Осн.свойства и мех. хар-ки жидкостей.

Осн.свойства и мех. хар-ки жидкостей.

Жидкостью назыв. физ. тело способное изменять свою форму при воздействии на нее сколь угодно малых сил.

На жидкость постоянно воздействуют внешние силы, которые разделяют на массовые (тяж.иинерц) и поверхностные. давление. Р_абс=Р_изб+Р_а

Если давление Р отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют абсолютным Р_абс. Если давление отсчитывают от атмосферного, то оно называется избыточным Р_изб

Плотностью жидкости называют массу жидкости заключенную в единице объема.

Удельным весом называют вес единицы объема жидкости.

Сжимаемость - свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Характеризуется коэффициентом объемного сжатия. «-«, т.к.увеличению давления p соответствует уменьшение объема W.Объемный модуль упругости К.(обр. величина). Обобщ. закон Гука.

Температурное расширение – относит. изм. объема жидкости при увел. температуры на 1°С при Р = const

Сопротивление растяжению. Жидкость не способна сопротивляться растягивающим усилиям.

Силы поверхностного натяжения - стремятся придать сферическую форму жидкости. Обусловлены поверхностными силами и направлены внутрь.Сказывается лишь при малых размерах и для сферических объемов, (капель).

Вязкость жидкости – св-во жидкости сопротивляться скольжению или сдвигу ее слоев.Противпол. текучести. Кинемат. коэф. вязкости. 1 стокс = 1 см²/с Динам-скийкоэф. 1 Пуаз=0,1 Н*с/м². Вязкость уменьш. с увелич. температуры.Вязкостью, выраженной в градусах Энглера, назотнош-ие времени истечения 200 см³ испытуемой жидкости через капилляр d = 2,8 мм к времени истечения такого же объема воды при t = 20 С)

Испаряемость.

Растворимость газов в жидкостях харак-ся объемом растворенного газа в ед. объема жидкости где V_Г - объем раств-го газа; k – коэф. раствор-ти; Р –давл.

Абсол, избыт, атмосфдавл и вакуум. Ед.изм.

Давление – сила, с которой жидкость воздействует на помещенную в нее поверхность единичной площади в направлении к нормали к поверхности. Жидкость, налитая в сосуд, испытывает давление атмосферы, а каждая частица жидкости испытывает давление, создаваемое весом вышележащих частиц. Превышение давления над атмосферным называют избыточным. Давление на поверхности жидкости, т.е. на границе раздела сокружающейсре-дой, может быть как больше, так и меньше атмосферного. В последнем случае оно называется вакуумны м.

1 Па= 1 Н/м²

1 ат=1кгс/см²=1000кгс/м²=98100Па=735мм.рт.ст.

1 бар=10⁵ Па=1,02 ат

1 мм.рт.ст.=133,5 Па

1 мм.в.ст.=10 Па

1 мм.рт.ст.=13.3 мм.в.ст.

Энерг смысл ур-я Бернулли

Для вывода уравнения Бернулли применительно к элементарной струйки вязкой жидкости рассмотрим его энергетический смысл. С этой целью подсчитаем механическую энергию бесконечно малой частицы массой dm с центром в т. А, находящейся в пределах элементарной струйки, относительно горизонтальной плоскости сравнения О1 – О1.

Потенц. энергия равна:

Кинетическая энергия:

Полная механическая энергия состоит из суммы кинетической и потенциальной энергий:

Определим удельную энергию

Таким образом получим выражение, которое является уравнением Бернулли и выражает закон сохранения энергии: вдоль элементарной струйки идеальной жидкости сумма потенциальной и кинетической энергии постоянная величина, т.е.

Сумма представляет собой потенциальную энергию, состоящую из удельной энергии положения z и удельной энергии давления . Выражение называется удельной кинетической энергией.

Вдоль элементарной струйки удельные кинетическая и потенциальная энергии могут изменяться, но их сумма остается постоянной.При движении вязкой жидкости суммарная удельная энергия движущийся жидкости вдоль струйки убывает в силу различных гидро сопротивлений. Следовательно, для элементарной струйки вязкой жидкости, находящейся в установившемся движении:

Чтобы получить равенство левой и правой части, необходимо в правой части добавить дополнительный член hz, обозначающий затрату удельной энергии на преодоление сопротивлений при движении реальной вязкой жидкости в пределах между первым и вторым сечениями.

Затрачиваемая на преодоление гидравлических сопротивлений часть энергии превращается из механической в тепловую, причем необратимо. В связи с этим можно считать потерянной удельной энергией.

 

Насадки.виды.

Насадками называются короткие трубки, монти­руемые, как правило, с внешней стороны резервуара таким образом, чтобы внутренний канал насадка пол­ностью соответствовал размеру отверстия в тонкой стенке. Наличие такой направляющей трубки приве­ дет к увеличению расхода жидкости при прочих рав­ных условиях. Причины увеличения следующие Приотрыве струи от острой кромки отверстия струя попадает в канал насадка, а поскольку струя испытывает сжатие, то стенок насадка она касается на расстоянии от 1,0 до 1,5 его диаметра. Воздух, который первоначально находится в передней части насадка, вследст­вие неполного заполнения его жидкостью постепенно выносится вместе с потоком жидко­сти. Таким образом, в этой области образуется «мёртвая зона», давление в которой ниже,чем давление в окружающей среде (при истечении в атмосферу в «мёртвой зоне» образу­ется вакуум). За счёт этих факторов увеличивается перепад давления между резервуаром и областью за внешней его стенкой и в насадке генерируется так называемый эффект подса­сывания жидкости из резервуара. Однако наличие самого насадка увеличивает гидравли­ческое сопротивление для струи жидкости, т.к. в самом насадке появляются потери напо­ра по длине трубки. Если трубка имеет ограниченную длину, то влияние подсасывающего эффекта с лихвой компенсирует дополнительные потери напора по длине. Практически эти эффекты (подсасывание и дополнительные сопротивления по длине) компенсируются при соотношении: / = 55 d. По этой причине длина насадков ограничивается / = (3 -5)d. По месту расположения насадки принято делить на внешние и внутренние насадки. Когда насадок монтируется с внешней стороны резервуара (внешний насадок), то он оказывается более технологичным, что придаёт ему преимущество перед внутренними насадками. По форме исполнения насадки подразделяются на цилиндрические и конические, а по форме входа в насадок выделяют ещё коноидальные насадки, вход жидкости в которые выпол­нен по форме струи.

Внешний цилиндрический насадок. При истечении жидкости из цилиндрического насадка сечение выходящей струи и сечение отверстия одинаковы, а это значит, что ко­эффициент сжатия струи= 1. Скорость истечения:

Приняв, коэффициенты скорости и расхода:

Для вычисления степени вакуума в «мёртвой зоне» запишем уравнение Бернулли для двух сечений относительно плоскости сравнения проходящей через ось насадка: А - А и С - С (ввиду малости поперечного размера насадка сечение С - С будем считать «горизон­тальным»,^ плоским):Величинучасто называют действующим напором, что соответствуетизбыточному давлению. Приняв, а₀ =а_с =1 получим:Учитывая, что для цилиндрического насадка= 0,82, получим:

Для затопленного цилиндрического насадка все приведенные выше рассуждения ос­таются в силе, только за величину действующего напора принимается разность уровней свободных поверхностей жидкости между питающим резервуаром и приёмным резервуа­ром.

Если цилиндрический насадок расположен под некоторым углом к стенке резервуара

(под углом к вертикальной стенке резер­вуара или горизонтальный насадок к на­клонной стенке резервуара), то коэффи­циент скорости и расхода можно вычис­ лить, вводя соответствующуюпоправку. Значения коэффициента расхода можно взять из следующей таблицы:

Сходящиеся насадки. Если придать насадку форму конуса, сходящемуся по направ­лению к его выходному отверстию, то такой насадок будет относиться к группе сходящихся конических насадков. Та­кие насадки характеризуются углом конусности а. От ве­личины этого угла зависят все характеристики насадков. Как коэффициент скорости, так и коэффициент расхода увеличиваются с увеличением угла конусности, при угле» конусности в 13° достигается максимальное значение коэффициента расхода превышающее 0,94. При дальнейшем увеличении угла конусности насадок начинает работать как отверстие в тонкой стенке, при этом коэффициент скоро­сти продолжает увеличиваться, а коэффициент расхода начинает убывать. Это объясняет­ся тем, что уменьшаются потери на расширение струи после её сжатия. Область примене­ния сходящихся насадков связана с теми случаями, когда необходимостью иметь боль­шую выходную скорость струи жидкости при значительном напоре (сопла турбин, гидро­мониторы, брандспойты). -.-.. •

Расходящиеся насадки. Вакуум в сжатом сечении расходящихся насадков больше, чем у цилиндрических насадков и увеличивается с возрастанием угла конусности, что увеличивает расход жидкости. Но с увеличением угла конусности расходящихся насадков возрастает опасность отрыва струи от стенок насадков. Необходимо отметить, что потери энергии в расходящемся насадке больше, чем в насадках других типов. Область примене­ния расходящихся насадков охватывает те случаи, где требуется большая пропускная спо­собность при малых выходных скоростях жидкости (водоструйные насо­сы, эжекторы, гидроэлеваторы и др.)

Коноидальные насадки. В коноидальных насадках вход в насадки выполнен по профилю входящей струи. Это обеспечивает уменьшение потерь напора до минимума. Так значение коэффициентов скорости и расхода в коноидальных цилиндрических насадков достигает 0,97 - 0,99. 7.4. Истечение жидкости через широкое отверстие в боковой стенке. Истечение жидкости через большое отверстие в боковой стенке сосуда отличается отистечения через малое отверстие тем, что величина напора будет различной для различных площадок в сечении отвер­стия. Максимальным напором будет напор в площадках примыкающих к нижней кромке отверстия. В связи с этим и скорости в различных элементарных струйках проходящих через сечение отверстия также будут неодинаковы В то же время давление во внешней среде, в которую происходит истечение жидкости одинаково и равно атмосферному давлению.

Выделим в площади сечения отверстия малый элемент его сечения высотой dH, рас­положенный на глубине Н под уровнем свободной поверхности жидкости.Тогда расход жидкости через этот элемент сечения отверстия будет равен:

где Н - глубина погружения центра тяжести элемента площади сечения отвер­стияпод уровень свободной поверхности жидкости. Полный расход жидкости через всё сечение отверстия будет:

Данное выражение будет справедливым, если величиной скоростного напора на сво­бодной поверхности жидкости можно пренебречь.

 

 

Классификация трубопроводов

Роль трубопроводных систем в хозяйстве любой страны, отдельной корпорации или просто отдельного хозяйства трудно переоценить. Системы трубопроводов в настоящее время являются самым эффективным, надёжным и экологически чистым транспортом для жидких и газообразных продуктов. Со временем их роль в развитии научно-технического прогресса возрастает. Только с помощью трубопроводов достигается возможность объе­динения стран производителей углеводородного сырья со странами потребителями. Большая доля в перекачке жидкостей и газов по праву принадлежит системам газопрово­дов и нефтепроводов, но значительную роль играют такие системы как водоснабжение и канализация, теплоснабжение и вентиляция, добыча некоторых твёрдых ископаемых и их гидротранспорт. Практически в каждой машине и механизме значительная роль принад­лежит трубопроводам.

По своему назначению трубопроводы принято различать по виду транспортируемой по ним продукции: газопроводы, - нефтепроводы, - водопроводы, воздухопроводы, - продуктопроводы.

По виду движения по ним жидкостей трубопроводы можно разделить на две катего­рии:

напорные трубопроводы,

безнапорные (самотёчные) трубопроводы.

Также трубопроводы можно подразделить по виду сечения: на трубопроводы круг­лого и не круглого сечения (прямоугольные, квадратные и другого профиля). Трубопро­воды можно разделить и по материалу, из которого они изготовлены: стальные трубопро­воды, бетонные, пластиковые и др.

Дать полную и исчерпывающую классификацию трубопроводов вряд ли удастся из-за многообразия их функций и областей использования. Нас будут интересовать лишь те классификации, которые влияют на принятые методы и способы описания движения по ним жидкостей и газов.

 

Осн.свойства и мех. хар-ки жидкостей.

Жидкостью назыв. физ. тело способное изменять свою форму при воздействии на нее сколь угодно малых сил.

На жидкость постоянно воздействуют внешние силы, которые разделяют на массовые (тяж.иинерц) и поверхностные. давление. Р_абс=Р_изб+Р_а

Если давление Р отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют абсолютным Р_абс. Если давление отсчитывают от атмосферного, то оно называется избыточным Р_изб

Плотностью жидкости называют массу жидкости заключенную в единице объема.

Удельным весом называют вес единицы объема жидкости.

Сжимаемость - свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Характеризуется коэффициентом объемного сжатия. «-«, т.к.увеличению давления p соответствует уменьшение объема W.Объемный модуль упругости К.(обр. величина). Обобщ. закон Гука.

Температурное расширение – относит. изм. объема жидкости при увел. температуры на 1°С при Р = const

Сопротивление растяжению. Жидкость не способна сопротивляться растягивающим усилиям.

Силы поверхностного натяжения - стремятся придать сферическую форму жидкости. Обусловлены поверхностными силами и направлены внутрь.Сказывается лишь при малых размерах и для сферических объемов, (капель).

Вязкость жидкости – св-во жидкости сопротивляться скольжению или сдвигу ее слоев.Противпол. текучести. Кинемат. коэф. вязкости. 1 стокс = 1 см²/с Динам-скийкоэф. 1 Пуаз=0,1 Н*с/м². Вязкость уменьш. с увелич. температуры.Вязкостью, выраженной в градусах Энглера, назотнош-ие времени истечения 200 см³ испытуемой жидкости через капилляр d = 2,8 мм к времени истечения такого же объема воды при t = 20 С)

Испаряемость.

Растворимость газов в жидкостях харак-ся объемом растворенного газа в ед. объема жидкости где V_Г - объем раств-го газа; k – коэф. раствор-ти; Р –давл.