1. Предмет курса. Флюиды. Классификация. Границы, при которых материальное тело приобретает свойства флюида.

Гидравлика изучает поведение флюидов в покое и движении, а также их взаимодействие с помещенными в них телами.

Флюид – материальное тело, которое обладает свойством текучести при малейшей приложенной нагрузке (газ, жидкость, твердое тело).

Флюиды:

• Жидкости (свойство текучести) или капельные жидкости – жидкости, образующие капли и границы раздела фаз (нефть, вода).

• Газы (свойство летучести) или газообразные жидкости – способны изменять объем при изменении давления и температуры. Занимают весь предоставленный им объем

• Плазма

• Смеси (вода – лед; буровой раствор – шлам)

Динамическое напряжение сдвига τ_o – напряжение в материальном теле, при котором тело приобретает свойство текучести.

Следовательно, границей, когда материальное тело приобретает свойства флюида, является динамическое напряжение сдвига. Чем меньшим динамическим напряжением обладает тело, тем быстрее оно приобретает свойства текучести и его можно считать флюидом.

2. Гипотеза сплошной среды и гипотеза взаимопроникающих сред.

Сплошная среда – система материальных точек, непрерывно заполняющая некоторую часть пространства.

Гипотеза сплошной среды даёт возможность придать определенный смысл понятию «значение в точке», применяемому к различным параметрам жидкости, например плотности, скорости, температуре, и вообще считать эти величины непрерывными функциями координат и времени. На этом основании можно составить уравнения, описывающие движение жидкости (уравнения движения), форма которых не зависит от микроскопической структуры частиц этой жидкости. В этом смысле движения жидкостей и газов изучаются одинаково – уравнения не зависят от того, существует ли какая-либо структура частиц.

Основой для описания течений в гетерогенных средах является гипотеза взаимопроникающих сред (континуумов): многокомпонентная гетерогенная среда представляется совокупностью N сплошных сред, каждая из которых описывается своей скоростью, плотностью, удельной внутренней энергией, давлением, температурой и т. д. Это положило начало использованию методов механики сплошных сред для описания различного рода смесей с привлечением идеи механики взаимопроникающих (многоскоростных) континуумов и определением взаимопроникающего движения составляющих смеси.

3. Плотность флюида. Многофазные и многокомпонентные флюиды.

Плотность – масса жидкости m, заключенная в единице объема V

ρ=m/V

Каждая жидкость при некоторых стандартных условиях (например, атмосферном давлении и температуре 20⁰С) имеет номинальную плотность ρ_о. Например, номинальная плотность пресной воды составляет 1000 кг/м³, плотность ртути равна 13590 кг/м³, сырых нефтей 840-890 кг/м³, бензинов 730-750 кг/м³, дизельных топлив 840-860 кг/м³. В то же время плотность воздуха составляет 1,21 кг/м³, а природного газа 0,72 кг/м³.

Однако при изменении давления и температуры плотность жидкости изменяется: как правило, при увеличении давления или уменьшении температуры она увеличивается, а при уменьшении давления или увеличении температуры она уменьшается.

В области контакта флюидов при вытеснении одного другим или при выделении одного флюида из другого в каждом микрообъёме содержится два или больше флюидов, занимающих отдельные четко различимые объёмы (пузырьки газа в жидкости, капли или плёнки в газе) и взаимодействующих на поверхностях раздела. Такие системы называют многофазными (двух, трёх и т.д.), в отличие от многокомпонентных смесей (природный газ, нефть), в которых взаимодействие происходит на молекулярном уровне, и поверхности раздела выделить нельзя. В гидродинамике такие среды называют однофазными или гомогенными.