I. Гидравлические системы

1. КАПЕЛЬНАЯ ЖИДКОСТЬ, КАК ЭНЕРГОНОСИТЕЛЬ В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Механика капельной жидкости – наука, рассматривающая основные законы движения и равновесия жидкостей. Она разрабатывает методы применения этих законов для решения задач встречающихся в практической деятельности человека.

1.1. Основные свойства и параметры капельной жидкости

Текучесть. Жидкость отличается от твёрдых тел лёгкой подвижностью частиц. Для изменения формы жидкости достаточно действия даже самых малых сил, действующих достаточно долгое время. Так, жидкость течёт (при определённых условиях) под действием собственного веса.

C плошность. Жидкость состоит из молекул и пустот между ними. Однако, ввиду чрезвычайной малости самих молекул и пустот между ними, по сравнению с объёмами, рассматриваемыми при изучении гидравлики, предполагается, что жидкость заполняет пространство сплошь, без образования пустот. Таким образом, вместо самой жидкости в гидравлике изучается её модель, обладающая свойством непрерывности (фиктивная сплошная среда – континуум). В этом состоит гипотеза о непрерывности и сплошности жидкости.

Капельные жидкости обладают определённым объёмом, величина которого практически не изменяется под действием сил.

Плотностью жидкости ρ называется её масса, заключённая в единице объёма,

, (1.1)

где М – масса жидкости в объёме V.

Если жидкость неоднородна, то по формуле (1.1) определяют лишь среднюю плотность жидкости.

Для определения плотности в данной точке используют формулу

(1.2)

В практических приложениях о массе жидкости судят по её весу. Вес жидкости, приходящийся на единицу объёма, называют объёмным или удельным весом,

, (1.3)

где G – вес жидкости в объёме V.

Для определения объёмного веса в данной точке (при неоднородной жидкости) используют выражение

(1.4)

Объёмный (удельный) вес определяют по формуле

(1.5)

где g – ускорение свободного падения.

Плотность и, следовательно, объёмный вес жидкости меняется при изменении давления и температуры. Эта зависимость существенно различается для капельных жидкостей и газов.

Сжимаемость капельных жидкостей под действием давления характеризуется коэффициентом объёмного сжатия представляющего собой относительное изменение объёма жидкости при увеличении давления на единицу,

. (1.6)

Здесь V – первоначальный объём жидкости; dV – изменение объёма при увеличении давления на dp. Знак «минус» в формуле (1.6) обусловлен тем, что положительное увеличение давления dp соответствует отрицательному приращению объёма dV.

Величина, обратная коэффициенту сжатия называется модулем упругости,

. (1.7)

Коэффициент объёмного сжатия капельных жидкостей мало меняется при изменении давления. Например, для воды при температуре 5 ⁰С Следовательно, при повышении давления на 10⁵ Па объём воды уменьшится на 1/20000 часть.

В подавляющем большинстве случаев, встречающихся в практической деятельности инженера, когда изменения давления не достигают большой величины, сжимаемостью жидкости можно пренебречь, считая и независящими от давления.

Температурное расширение капельных жидкостей характеризуется коэффициентом температурного расширения выражающим относительное увеличение объёма жидкости при увеличении температуры на 1 ⁰С, ,

, (1.8)

г де V – первоначальный объём жидкости; dV – изменение объёма при повышении температуры на величину dt.

Коэффициент температурного расширения воды в диапазоне от 10 до 20 ⁰С, при давлении р=10⁵ Па, имеет значение

Вязкость. Вязкостью называется способность жидкостей оказывать сопротивление усилиям, касательным к поверхности выделенного объёма, т. е. усилиям сдвига (рис. 1).

Закон вязкостного трения Ньютона

(.9)

Величина , характеризующая сопротивляемость жидкости касательному сдвигу, называется динамическим коэффициентом вязкости.