2.3. Физические характеристики жидкостей

2.3.1. Весомость жидкости характеризуется объемным весом (удельной силой тяжести) и плотностью, которые фактически обозначают одно и то же свойство жидкости, - отношение веса или массы жидкости к ее объему. При расчетах обычно используют объемный вес (вес единицы объема вещества), который зачастую называют весовой плотностью, причем выражают его обычно как отношение веса в килограммах к объему в кубических сантиметрах или метрах.

При равномерном распределении массы объемный вес

где - вес некоторого объема V жидкости;

m = - масса рассматриваемого объема жидкости;

g – ускорение силы тяжести.

Для минеральных масел при упрощенных расчетах можно принять γ = 900 кг/м³

Различают также удельный объем жидкости, под которым понимают объем единицы ее массы:

или

Объемный вес не следует смешивать с безразмерным относительным удельным весом жидкости (σ), под которым понимается отношение веса данной жидкости G_m к весу дистиллированной воды G_в при 4 ⁰С, взятой в том же объеме.

2.3.2. Плотность ( ) имеет важное значение при расчетах режимов течения жидкости через местные сопротивления, потеря напора в которых обусловлена в основном ускорением жидкости, тогда перепад давления из соотношения

Плотность жидкости определяет величину ударного давления при гидравлическом ударе, а также сопротивление магистралей (трубопроводов)в переходных процессах. Например, для создания некоторого ускорения в трубопроводе, заполненном жидкостью с удельным весом ртути (13,6 г/см³) потребуется давление в 17 раз больше, чем в заполненном минеральным маслом с удельным весом 0,8 г/см³.

Плотность жидкостей незначительно зависит от температуры, поэтому при расчетах принимается постоянной.

2.3.3. Вязкость жидкости (динамическая), под которой понимается ее сопротивление деформации сдвига, является наиболее важной характеристикой для расчета и проектирования объемного гидравлического оборудования.

Механизм возникновения вязкости обусловлен тем, что при течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки скорость движения ее слоев в результате торможения потока различна, вследствие чего между слоями возникает сила трения. Величина этой силы (касательного напряжения) определяется из уравнения, выражающего закон жидкостного трения Ньютона:

где μ – коэффициент пропорциональности, который называется коэффициентом динамической (или абсолютной) вязкости жидкости;

F – площадь рассматриваемого слоя жидкости или стенки, соприкасающейся с ней;

- градиент скорости;

y – расстояние между слоями жидкости, измеренное перпендикулярно направлению движения жидкости;

u – скорость движения жидкости.

Из этого уравнения следует, что динамический коэффициент вязкости μ численно равен силе трения, развивающейся на единице поверхности при градиенте скорости, равном единице.

В системе единиц МКГСС единицей абсолютной вязкости принято считать касательную силу, в которой действует один слой жидкости площадью 1 м² на другой, при движении одного слоя относительно другого с градиентом скорости 1м/сек · м. Размерность этой единицы μ = 1 кГ · сек/м².

В системе СГС (сантиметр – грамм – секунда) вязкость выражается в пуазах (пз), причем вязкость жидкости равна 1 пз, если сила, необходимая для того, чтобы перемещать одну относительно другой две параллельные пластинки из жидкости поверхностью в 1 см², с градиентом скорости 1 см/сек · см, составляет 1 дин. Эта единица коэффициента вязкости обозначается μ_р и имеет размерность дин/см² ·сек или г/см² · сек.

Величину коэффициента динамической вязкости для маловязких жидкостей, применяемых в гидросистемах, обычно выражают в сантипуазах (спз), причем 1 спз = 0,01 пэ.

Единицы динамической вязкости связаны соотношением

1 спз = 1,0193 · 10^-4 кГ · сек/м² = 0,01 пз.

В системе СИ динамическая вязкость имеет размерность н · сек/м² (ньютон – секунда на квадратный метр).

Ниже приведено соотношение между этими единицами вязкости: