Гидростатика

В аэро-, гидромеханике различают две задачи: внешнюю и внутреннюю. Внешняя изучает силовое взаимодействие тел и движущейся жидкости.

–сила аэродинамической реакции,

–сила лобового аэродинамического сопротивления,

–подъёмная сила,

–главный момент, проходящий через центр тяжести.

Внутренняя задача изучает законы взаимодействия движения жидкости с внутренними стенками канала.

Гидравлика – прикладная инженерная дисциплина, изучающая законы равновесия и движения жидкости в каналах (трубах). В понятие «жидкость» включают все тела, для которых свойственна текучесть, т.е. способность сильно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил. Таким образом, в это понятие включают как жидкости обычные, капельные, так и газы. Первые отличаются тем, что в малом количестве под действием поверхностного натяжения принимают сферическую форму, а в большом - обычно образуют свободную поверхность раздела с газом. Важной особенностью капельных жидкостей является то, что они ничтожно мало изменяют свой объем при изменении давления, поэтому их обычно считают несжимаемыми. Газы, наоборот, могут значительно уменьшаться в объеме под действием давления и неограниченно расширяться при отсутствии давления, т.е. они обладают большой сжимаемостью. Несмотря на это законы капельных жидкостей и газов при определенных условиях можно считать одинаковыми. Основным из этих условий является малая скорость течения газа по сравнению со скоростью распространения в нем звука.

Техническая аэрогидродинамика.

Жидкость как объект изучения.

Жидкость – физическое тело, обладающее текучестью.

Различают два вида жидкости: капельные и газообразные. Капельные жидкости в малых объёмах под действием силы тяжести приобретают форму капель. В больших количествах капельные жидкости образуют свободную поверхность.

Свободная поверхность – граница раздела капельных жидкостей различных плотностей.

Жидкость в гидравлике рассматривают как непрерывную среду, заполняющую

пространство без промежутков и пустот, т.е. отвлекаются от молекулярного строения жидкости и ее частиц, даже бесконечно малые, считают состоящими из большого числа молекул.

Вследствие текучести (подвижности частиц) в жидкости действуют силы не сосредоточенные, а непрерывно распределенные по её объему (массе) или поверхности. В связи с этим силы, действующие на объемы жидкости и являющиеся по отношению к ним внешними, разделяют на массовые (объемные) и поверхностные.

Физические и механические свойства жидкости.

1. Удельный вес жидкости, γ

2. Плотность жидкости (количество вещества в единице объёма), ρ [кг/м3].

,

,

.

3. Сжимаемость жидкости – свойство изменять свой объём при изменении давления.

– коэффициент сжимаемости,

,знак минус в формуле обусловлен тем, что положительному приращению давления p соответствует отрицательное приращение (т.е. уменьшение) объема V.

V₀ - первоначальный объём.

Величина, обратная β_ρ,представляет собой объемный модуль упругости K. Через модуль K и объемные отношения можно записать зависимость ∆V/V=−∆p/K, которую называют обобщенным законом Гука.

Капельные жидкости практически несжимаемы.

4. Температурное расширение (с увеличением температуры объём жидкости увеличивается).

β_Т — температурное расширение,

5. Вязкость жидкости – способность отдельных слоев жидкости при движении сопротивляться сдвигу одного слоя относительно другого.

Это свойство проявляется в том, что в жидкости при отдельных условиях возникают касательные напряжения. Вязкость есть свойство, противоположное текучести: более вязкие жидкости (глицерин, смазочные масла и др.) являются менее текучими, и наоборот.

При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока, обусловленное вязкостью. Скорость V уменьшается по мере уменьшения расстояния Y от стенки вплоть до V=0 при Y=0, а между слоями происходит проскальзывание, сопровождающееся возникновением касательных напряжений (напряжение трения).

Согласно гипотезе, высказанной впервые Ньютоном в 1686 г., а затем экспериментально доказанной проф. Н.П. Петровым в 1883г., касательные напряжения в жидкости зависят от её рода и характера течения и при слоистом течении изменяется прямо пропорционально так называемому поперечному градиенту скорости. Таким образом:

μ – коэффициент динамической вязкости вещества.

Вязкость проявляется только при движении жидкости. Наряду с динамической вязкостью μ применяют кинематическую

(единица измерения кинематической вязкости является стокс)

ν – кинематическая вязкость.

6. Испаряемость и кипение.

Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, однако интенсивность испарения неодинакова у различных жидкостей и зависит от условий, в которых они находятся. Одним из показателей испаряемости жидкости, является температура её кипения при нормальном атмосферном давлении; чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость жидкости. В гидросистемах нормальное атмосферное давление является лишь частным случаем; обычно приходится иметь дело с испарением, а иногда и кипением жидкостей в замкнутых объемах при различных температурах и давлениях. Поэтому более полной характеристикой испаряемости жидкости является давление (упругость) насыщенных паров Р_Н.П, выраженное в функции температуры. Чем больше давление насыщенных паров при данной температуре, тем больше испаряемость жидкости. С увеличением температуры давление Р_Н.П увеличивается, однако у разных жидкостей в разной степени.

Если для простой жидкости рассматриваемая зависимость является вполне определенной, то для сложных, представляющих собой многокомпонентные смеси (напр. бензин), давление Р_Н.П зависит не только от физико-химических свойств и температуры, но и от соотношения объемов жидкой и паровой фаз.

Р_Н.П. – давление насыщенных паров, соответствующие началу разрушения молекул жидкости и перехода их в молекулы газа.

Явление холодного кипения жидкости.