Стисливість рідин

Всі реальні рідини у тій чи іншій мірі стискаються, тобто під дією зовнішнього тиску зменшують свій об'єм. Стисливість — це здатність рідини змінювати свій об’єм при зміні тиску.

Стисливість рідини визначається рівнянням стану і, як правило, мала за величиною. Мала стисливість рідини обумовлена тим, що рідина характеризується сильною молекулярною взаємодією, а зміни величин тиску в технічних процесах порівняно невеликі.

Враховуючи відносну малість тисків, що зустрічаються в реаліях допускають, що рідина стискається за законом Гука (по лінійній залежності). Мірою стисливості рідин служить коефіцієнт об’ємного стиснення рідини β_S, що являє собою відносне зменшення об’єму V при підвищенні тиску p на одиницю:

Знак «мінус» у формулі означає, що при збільшенні тиску об’єм зменшується. Якщо вважати, що одиницею тиску є Паскаль, то коефіцієнт об’ємного стиску буде вимірюватись у Па^-1 (м²/Н).

Пружність — це здатність рідини відновлювати свій об’єм після припинення дії зовнішніх силових впливів.

Для якісної характеристики пружних властивостей використовують поняття модуля об’ємної пружності К, який, по суті, є оберненою величиною до коефіцієнта стисливості, тобто К=1/β_S. Наприклад, для води β_S=0,51·10^-9 Па^-1, що вказує на досить малу стисливість води.

Гіпотетичну рідину, для якої β_S=0, називають нестисливою

В'язкість рідини

Рідини характеризуються в'язкістю. Вона визначається як здатність чинити опір переміщенню однієї з частини рідини відносно іншої — тобто як внутрішнє тертя.

Коли сусідні шари рідини рухаються один відносно одного, неминуче відбувається зіткнення молекул додатково до того, яке обумовлене тепловим рухом. Виникають сили, що загальмовують впорядкований рух. При цьому кінетична енергія упорядкованого руху переходить в теплову — енергію хаотичного руху молекул.

У залежності від моделі в'язкості яка покладена в основу розгляду в'язких характеристик рідин, вони поділяються на ньютонівські рідини (класична модель) і неньютонівські рідини.

Поняття про ідеальну рідину

У багатьох випадках з достатньою для практики точністю у гідравліці можна знехтувати стисливістю рідини та опором розтягуванню і розглядати рідину як абсолютно нестисливу з відсутністю опору розтягуванню.

У гідрогазодинаміці зустрічається низка задач, коли можна знехтувати і в’язкістю, приймаючи, що дотичні напруження відсутні так, як це має місце у рідині, що знаходиться у стані спокою.

Описана гіпотетична рідина з переліченими властивостями, а саме:

абсолютною незмінністю об’єму;

повною відсутністю в’язкості

називається ідеальною рідиною.

Поняття «ідеальна рідина» вперше було введено Л.Ейлером.

Така рідина є граничною абстрактною моделлю і лише наближено відображає об’єктивно існуючі властивості реальних рідин. Ця модель дає змогу з достатньою точністю розв’язувати багато дуже важливих питань гідрогазодинаміки і сприяє спрощенню складних задач.

Віскозиметр

Віскозиметр— прилад для визначення в'язкості газів, рідин, суспензій, гідросумішей.

Різновиди

У ротаційному віскозиметрі досліджуване середовище розміщується в щілині між двома коаксіальними тілами обертання, наприклад, циліндрами, один з яких (зазвичай внутрішній) — нерухомий, а інший може обертатися з певною кутовою швидкістю. Межі вимірювання ротаційного віскозиметра: від 1 до 10⁵ Па×с, відносна похибка: 3-5%.

У кулькових віскозиметрах в'язкість вимірюють за швидкістю кочення кульки всередині каліброваної трубки, заповненої рідиною або газом, що досліджується. Межі вимірювання: від 10^-4 до 5x10² Па с, відносна похибка: близько 0,5%. Найвідоміший віскозиметр Гепплера.

У капілярних віскозиметрах принцип визначення в'язкості ґрунтується на виміру часу протікання заданого об'єму рідини через вузький отвір або трубку, при заданій різниці тисків. Найчастіше рідина з резервуару витікає під дією власної ваги. За цим принципом діють віскозиметри Енглера та Оствальда. Капілярний віскозиметр є достатньо точним і універсальним, з його допомогою вимірюється в'язкість від 10 мкПа∙с(гази) до 10 кПа∙с. Використовують віскозиметри за ASTM D 445(ГОСТ 33). В'язкість бурових розчинів визначають також в умовних одиницях — секундах — за часом витікання певного обсягу розчину з лійки приладу СПВ-5 через трубку з отвором діаметром 5 мм.

У віскозиметрах з вібруючим зондом використовується залежність між в'язкістю рідини і частотою коливань зонда. Оскільки частота залежатиме і від питомої маси (густини)рідини то результати вимірювань не завжди є точними.