Гидравлика

Системы водоснабжения и водоотведения предприятий, отдельных зданий и сооружений связаны с перемещением жидкостей по трубопроводам, перемешиванием, разделением смесей путем отстаивания, фильтрования и центрифугирования.

В зависимости от основных законов, определяющих скорость процессов, различают:

- гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидродинамики- науки о движении жидкостей и газов( перемещение жидкостей и газов, разделение неоднородных систем в поле сил тяжести или центробежных сил, под действием разности давлений, перемешивание жидкостей);

- тепловые процессы, скорость определяется законами теплопередачи ( нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсация). Скорость тепловых процессов определяется разностью температур, а также гидродинамическими условиями ( режимы движения теплоносителей);

- массообменные процессы, характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз (абсорбция, ректификация, экстракция, выщелачивание, кристаллизация, адсорбция). Протекание процессов массообмена связано с гидродинамическими условиями в фазах и на границе их раздела и, часто, с процессами теплопереноса.

- химические процессы, скорость протекания которых зависит от законов химической кинетики;

- механические процессы, описываются законами механики твердых тел. Эти процессы происходят при подготовке исходных твердых материалов и обработки конечных продуктов (измельчение, транспортирование, смешение твердых веществ)

Все эти процессы связаны с движением потоков и называются гидромеханическими процессами. Практическое приложение законов гидромеханики изучается в гидравлике, которая делится на гидростатику ( учение о равновесии жидкостей) и гидродинамику ( учение о движении жидкостей) .

Законы гидродинамики используются, главным образом, для расчета скорости движения и расхода жидкостей при заданной движущей силе (перепад давлений), или для решения обратной задачи – определение необходимой движущей силы для обеспечения заданного расхода жидкости или скорости ее движения. Законы гидродинамики составляют также основу гидромеханических процессов, в значительной мере определяют характер течения теплообменных и массообменных процессов.

Гидростатика рассматривает законы равновесия и состояния покоя.

Основные определения

В гидравлике принято объединять жидкости, газы и пары под единым наименованием – жидкости. Под термином «жидкость» понимают вещества, обладающие текучстью при приложении к ним минимальных сил сдвига( сохраняют форму и занимают полностью объем).

При исследовании гидравлических процессов вводится понятие идеальной жидкости. Идеальная жидкость абсолютно несжимаема, не изменяет плотности при изменении температуры и не обладает внутренним трением между частицами (вязкостью).

Реальные жидкости делятся на собственно жидкости, называемые капельными и упругие жидкости – газы (способны изменять объем при изменении давления).

Физические свойства жидкостей

Жидкости характеризуются плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением.

Масса жидкости, заключенная в единице объема, называется плотностью (кг/м³ ).

Вес единицы объема жидкости называется удельным весом ( н/ м³).

Величина, обратная плотности называется удельным объемом ( м³/ кг).

Плотность газов может быть рассчитана из уравнения состояния для идеальных газов

рV= RT m/ M,

где р –давление , V – объем, R- универсальная газовая постоянная, T- абсолютная температура, m – масса газа, M- молекулярный вес газа.

= m/ V=рM\RT

Удельный объем газа = RT / рM

Свойство жидкости оказывать сопротивление движению называется вязкостью.

При движении реальной жидкости в ней возникают силы внутреннего трения, оказывающие сопротивление движению. Слои жидкости движутся с относительной скоростью, скорость движения слоев уменьшается от оси к стенкам трубы, на поверхности трубы скорость движения жидкости становится равной нулю. Сила сопротивления перемещению слоев относительно друг друга, отнесенная к единице площади называется напряжением внутреннего трения =T /F,

причем согласно закону Ньютона (Δ / Δn);

где Δ / Δn - градиент скорости по нормали, т.е. относительное изменение скорости на единицу расстояния между силами по направлению, перпендикулярному к направлению течения жидкости.

- динамический коэффициент вязкости или просто вязкость, зависит от физических свойств жидкости [н сек / м² = Па·с].

Отношение вязкости к плотности жидкости называется кинематическим коэффициентом вязкости или просто кинематической вязкостью

[м²/сек].

1 спз = 10^-3 Па·с

- коэффициент кинематической вязкости

Характеристкиа реальных жидкостей