Раздел 1 свойства жидкости

Плотность жидкости – параметр, характеризующий количество ее массы m в единице объема V,

(1.1)

Плотность смеси разных веществ определяется выражением

(1.2)

В табл.1.1 приведены значения плотности некоторых жидкостей и газов.

Таблица 1.1

Жидкость	Температура, оС	Плотность, кг/м3	Жидкость	Температура, оС	Плотность, кг/м3
Метан	20	0,668	Мазут	-	933-998
Воздух	20	1,186	Минеральные масла	-	850-920
Воздух	0	1,293
Керосин	15	806-831	Вода	4	1000
Спирт	20	790	Глицерин	20	1260
Нефть	20	850-950	Ртуть	20	13546

Удельный вес – сила тяжести (вес) вещества в единице объема:

Н/м³. (1.3)

Сжимаемость – свойство жидкости изменять свой объем V при изменении давления р. Сжимаемость характеризуется коэффициентом сжимаемости _р (м²/Н) или модулем упругости жидкости Е_ж (Н/м² = Па) (табл.1.2),

(1.4)

При увеличении давления на величину р начальный объем жидкости V уменьшится на величину V:

(1.5)

Плотность этой жидкости изменится согласно зависимости

(1.6)

где _о – начальная плотность жидкости при начальном давлении; _р – плотность при конечном давлении.

Таблица 1.2

Жидкость	Среднее значение Еж, МПа	Жидкость	Среднее значение Еж, МПа
Спирт	1280	Мин. масла	1670
Керосин	1300	Вода	2050
Нефть	1325	Глицерин	4000

Тепловое расширение – свойство жидкости изменять свой объем при изменении температуры. Тепловое расширение характеризуется коэффициентом объемного расширения _t. При увеличении температуры на величину t начальный объем жидкости V увеличится:

(1.7)

а плотность изменится в соответствии с формулой

(1.8)

Среднее значение _t для некоторых жидкостей при t = 20 С дано в табл.1.3.

Таблица 1.3

Жидкость	t, К-1	Жидкость	t, К-1
Вода	(1,5-2)	Керосин	9,6
Глицерин	4,9	Спирт	11
Минеральные масла	7

Величина _t зависит от температуры и давления. Значения коэффициента _t для воды при р = 0,1 МПа приведены в табл.1.4.

Таблица 1.4

T, оС	1-10	10-20	40-50	60-70	90-100
t, К-1

Совместное влияние давления и температуры на плотность жидкости можно примерно оценить зависимостью

(1.9)

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу ее слоев или их относительному смещению. Вязкость проявляется при движении жидкости, при этом возникают касательные напряжения , которые пропорциональны (коэффициент пропорциональности ) градиенту скорости , т.е.

(1.10)

Коэффициент пропорциональности есть динамический коэффициент вязкости

, , (1.11)

где  – кинематический коэффициент вязкости, м²/с.

Иногда встречаются внесистемные единицы: для  – пуаз (П), для  – стокс (Ст). Соотношение между внесистемными единицами и единицами СИ:

В табл.1.5 приведены значения  для некоторых жидкостей.

Таблица 1.5

Жидкость	Температура, оС	106, м2/с	Жидкость	Температура, оС	106, м2/с
Бензин	15	0,60	Масла минеральные (гидропривод)	50	9,6-55
Вода	20	1,006
Спирт этиловый	20	1,51	Нефть	18	25-140
Керосин	15-20	2-2,5	Мазут топочный	80	44-118
Воздух	15	14,5	Глицерин	20	870

Кинематический коэффициент вязкости для воды в зависимости от температуры можно определить по эмпирической формуле

м²/с. (1.12)

В табл.1.6 приведены значения  воздуха и керосина для разных температур

Таблица 1.6

Жидкость	106, м2/с
	t = 0 С	15 С	18 С	20 С
Воздух	13	14,5	-	15
Керосин	-	-	2,5	2,2

Вязкость также может быть представлена условными единицами (ВУ – вязкость условная) или градусами Энглера (Е)

Е = t/t_о, (1.13)

где t_о = 52 с – водное число, соответствующее времени истечения 200 см³ дистиллированной воды при 20 С; t – время истечения из вискозиметра Энглера того же объема жидкости при заданной температуре.

Через градус Энглера (или ВУ) коэффициент  выражается следующим образом:

м²/с. (1.14)

Сведения о коэффициентах  и  также содержатся в справочной литературе [1].

В ряде случаев может быть задан закон изменения местной скорости в рассматриваемом сечении плоского потока, например, в виде , где u и n – величины, входящие в градиент скорости . Определять заданные параметры следует с использованием соответствующей производной при заданных граничных параметрах.

В других ситуациях возникает необходимость определять силы трения или момент сил трения при вращении одной детали относительно другой, если в кольцевом зазоре между ними находится какая-либо жидкость. Здесь сила трения определяется по формуле

Н, (1.15)

где D и b – соответственно диаметр и длина цапфы; s – зазор между перемещающимися поверхностями; u_o – скорость движущейся поверхности.