Сжимаемость капельной жидкости

Под действием давления сжимаемость жидкости ха­рак­теризуется коэффициентом объемного сжатия _V, , пред­став­ляющим собой относительное изменение объема жидкости на еди­ницу изменения давления:

,                                      (1.5)

где W –	первоначальный объем жидкости;
dW –	изменение этого объема при изменении давления на величину dp.

Знак “минус” в формуле (1.5) обусловлен тем, что положи­тель­ному приращению давления p соответствует отрицательное при­ра­щение объема W.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называет­ся модулем упругости жидкости E _ж, Па:

.                                          (1.6)

Плотность капельной жидкости мало изменяется при изменении давления. Это вытекает из зависимости

.                               (1.7)

Так, для воды среднее значение b _V = 5×10^-6 см²/Н = 5×10^-7 , а Е _ж = 2×10⁶ кПа.

Например, при повышении давления на 9,81×10⁴ Па

.

Во многих случаях инженерных расчётов сжимаемостью воды можно пренебречь, считая удельный вес и плотность её не зави­-сящей от давления.

 

Температурное расширение капельных жидкостей

Температурное расширение капельных жидкостей характеризу­ется коэффициентом температурного расширения , °C^-1:

,                                       (1.8)

где dW –

изменение этого объема при повышении температуры на величину dt.

При температуре от 10 до 20 °С и давлении 10⁵ Па можно при­бли­жённо принимать  °С^-1.

Если приближённо считать, что плотность не зависит от дав­ле­ния, а определяется только температурой, то, с учётом выражения для плотности  и формулы (1.8), получим

,                               (1.9)

где t 0 –

температура жидкости при нормальных условиях.

Зависимость плотности от температуры широко используется для создания естественной циркуляции в отопительных системах, для удаления продуктов сгорания и т.д.

 

 

Вязкость жидкости

Вязкостью называется стремление жид­кос­тей к сдвигу. Если к пластине (рис. 1.1) приложить силу F, то пос­ле некоторого интервала времени установится равномерное дви­же­ние с некоторой скоростью U ₀.

 

 

Рис. 1.1

За время разгона возникла сила вязкости F m = – F. Причем, вследствие межмолекулярных связей, слой жидкости, прилегающей к пластине, движется вместе с пластиной со скоростью U ₀. Пред­по­ло­жим, что распределение скоростей по высоте носит линейный ха­рактер: U = f (z), тогда

,                                   (1.9а)

где m –	динамический коэффициент вязкости;
S –	площадь соприкасающихся слоев;
–	градиент скорости (показатель интенсивности ее изменения по нормали). Знак (+) или (-) выбирают в зависимости от знака градиента скорости и направления силы F m.

Между слоями жидкости, движущимися со скоростями, отли­чаю­щимися друг от друга на величину dU, возникает касательное напряжение t:

.                              (1.10)

Размерность m [m] = .

Единица измерения .

Отношение динамической вязкости к плотности называется  ки­нематической вязкостью жидкости:

.                                         (1.11)

Размерность .

Единица измерения .

Связь кинематической и динамической вязкости с плотностью и температурой воды находится из выражений (1.9) и (1.11):

.                         (1.12)

Так, для чистой пресной воды зависимость динамической вяз­кос­ти от температуры определяется по формуле Пуазейля:

.                    (1.13)

Решая совместно уравнения (1.12) и (1.13), получим:

.                   (1.14)

На практике вязкость жидкостей определяется вискозиметрами, из которых наиболее широкое распространение получил вискози­метр Энглера.

Для перехода от условий вязкости в градусах Энглера к кине­матической вязкости в м²/с применяется несколько эмпирических формул, например формула Убеллоде:

,                     (1.15)

а также теоретическая формула А.Д. Альтшуля:

, (1.16)

где n –

кинематическая вязкость жидкости, см^2/с.

Кроме обычных (ньютоновских) жидкостей, характеризующихся зависимостью(1.10), существуют аномальные жидкости, к которым относятся коллоидные растворы, смазочные масла, нефтепродукты.

Для таких жидкостей закон внутреннего трения выражается в виде

,                                   (1.17)

где t0 –

касательное напряжение в покоящейся жидкости, после преодоления которой жидкость приходит в движение.

Испаряемость жидкости

Показателем испаряемости является температура ее кипения при нормальном атмосферном давлении.

Чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость.

Более полной характеристикой испаряемости является давление (уп­ругость) насыщенных паров p _н, выраженная в функции темпе­ра­ту­ры.

Чем больше давление насыщенных паров при данной темпера­ту­ре, тем больше испаряемость жидкости.

Для многокомпонентных жидкостей (например, для бензина и др.) давление р _нзависит не только от физико-химических свойств и температуры, но и от соотношения объемов жидкой и паровой фаз.

Давление насыщенных паров возрастает с увеличением части объема жидкой фазы.

Значения упругости паров для таких жидкостей даются для отношения паровой и жидкой фаз, равного 1:4.