Реальная и идеальная жидкость.
Вязкость, присущая реальным жидкостям и приводящая к возникновению сил трения в движущейся жидкости, различных по величине в разных точках потока, значительно осложняет изучение законов движе-ния жидкости и применение аналитических методов. Для облегчения теоретическо-го решения задач, связанных с движением жидкости, в гидравлике используют понятие об идеальной жидкости.
Под идеальной жидкостью понимается фиктивная (несуществующая) жидкость, которая обладает абсолютной несжимаемостью (w = 0), абсолютной неизменяемостью объема (t = 0) и абсолютной подвижностью частиц ( = = 0). В части изменяемости объема под действием внешнего давления и температуры реа-льная и идеальная жидкости приближаются достаточно близко друг к другу. Таким образом, идеальная жидкость представляет собой некоторую модель жидкости, главным отличием которой от реальной жидкости является полное отсутствие вязкости. Законы и зависимости, полученные теоретическим путем для идеальной жидкости, корректируются в гидравлике введением поправочных коэффициентов, учитывающих влияние вязкости на происходящие явления. Эти коэффициенты определяются в большинстве случаев экспериментальным путем.
При решении отдельных гидравлических задач необходимо помимо рассмотренных выше учитывать также и другие свойства жидкостей. Например, при использовании жидкостей в качестве рабочей среды гидравлических передачах имеют важное значение такие свойства, как смазывающая способность, механическая стабильность при периодическом смятии, склонность к пенообразованию. При движении жидкости в условиях пониженного давления (например, во всасывающих трубах насосов), а также при повышенной температуре приобретают значение такие свойства, как испаряемость жидкости, характеризуемая давлением насыщенных паров, а также растворимость газов в жидкости. Если не учитывать эти свойств в указанных условиях, то это может привести к нарушению нормальной работы гидравлической системы вследствие развития, например, кавитации и других явлений.
1.1.2. Гидростатика Абсолютный и относительный покой (равновесие) жидких сред. Силы, действующие в жидкостях
При применении законов механики необходимо выделять некоторый объем жидкости и рассматривать его изолированно от окружающей среды. Все силы, действующие на изолированный объем жидкости по характеру их действия делятся на объемные (или массовые) силы и силы поверхностные.
Под объемной силой понимают силу, которая приложена ко всякой частице рассматриваемого объема и пропорциональна массе этой частицы. К объемным силам относятся сила тяжести, силы инерции, центростремительные силы. Они характеризуются проекциями на оси координат X, Y, Z сил, действующих на единицу массы жидкости.
Если направить ось Oz вертикально вверх, для силы тяжести будем иметь:
X=0; Y=0; Z=-g, (3.1)
где g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести.
Если жидкость неподвижна относительно поверхности земли (абсолютно покоящаяся жидкость) или движется раномерно как одно целое (находится в относительном покое), сила тяжести будет единственной, действующей на нее объемной силой. Для жидкости, движущейся в направлении оси ox c ускорением a:
X=-a; Y=0; Z=-g. (3.2)
Поверхностные силы характеризуются напряжением r, т.е. силой, действующей на поверхность единичной площади. Если на площадку ΔS действует сила (вектор) ΔR,
(3.3)
Проекция напряжения r на нормаль к поверхности будет нормальным напряжением σ, проекция r на плоскость площадки ΔS – касательным напряжением τ. Более подробно напряжения σ и τ будут рассмотрены в дальнейшем.