Растворяемость газов в жидкостях

Для различных жидкостей растворимость газов различна и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенный в жидкости до ее пол­ного насыщения, можно считать прямо пропорциональным давле­нию:

,                                      (1.18)

где W г –	объем растворенного газа при нормальных условиях;
W ж –	объем жидкости;
р 1 и р 2 –	начальное и конечное давления газа;
k –	коэффициент растворимости.

Коэффициент растворимости воздуха k имеет следующие значе­ния при t = 20 °С:

– для воды k = 0,016;

– для керосина k = 0,127;

– для трансформаторного масла k = 0,083;

– для индустриального масла k = 0,076.

При понижении давления в жидкости происходит выделение рас­творенного в ней газа, причем газ выделяется из жидкости ин­тен­сивнее, чем растворяется в ней.

 

Примеры

Пример 1. При гидравлическом испытании трубопровода диа­метром d = 200 мм и длиной 250 м давление в трубе было повышено до 3 МПа. Через час давление снизилось до 2 МПа. Сколько воды вытекло через неплотности?

Решение:

1. Определим объем воды в трубопроводе:

 м³.

2. Найдем изменение давления за время испытания:

 МПа.

3. Принимая коэффициент объемного сжатия воды _V = 5×10^-7 , находим количество воды, вытекающей через неплотности, по формуле

 л.

Пример 2. Сколько кубометров воды будет выходить из котла, если в течение часа в отопительный котел поступило 50 м³ воды при температуре 70 °С, а затем температура воды повысилась до 90 °С.

Решение:

1. Принимая коэффициент температурного расширения
_t = 0,00064 , находим увеличение расхода воды:

 м³/ч.

2. Расход воды из котла при t = 90 °C:

 м³/ч.

 

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные физические свойства жидкостей.

2. Что подразумевается под жидкостью в механике жидкости и газа?

3. Что подразумевается под сплошностью среды?

4. Какая связь существует между плотностью и удельным весом жидкостей?

5. Какова размерность плотности и удельного веса?

6. В каких единицах измеряется плотность и удельный вес в системе СИ?

7. Что такое относительный удельный вес?

8. Что такое коэффициент объемного сжатия жидкости? Какова его размерность?

9. Какая связь коэффициента объемного сжатия с модулем объемной упругости? Какова его размерность?

10. Что такое коэффициент температурного расширения? Какова его размерность?

11. Какая связь коэффициента температурного расширения с плотностью жидкости?

12. Что называется вязкостью жидкости?

13. Что такое коэффициент динамической вязкости? Какова его размерность?

14. Какая связь существует между коэффициентами динамичес­кой и кинематической вязкости?

15. В каких единицах измеряется динамическая и кинематичес­кая вязкость в системе СИ?

16. Какая связь существует между кинематической и динамичес­кой вязкостью с плотностью и температурой воды?

17. Какими приборами измеряется вязкость?

18. Какие жидкости относятся к аномальным?

19. В чем отличие аномальных жидкостей от ньютоновских?

20. Что характеризует испаряемость жидкости?

21. От чего зависит растворимость газов в жидкости?

22. Что такое коэффициент растворимости?

23. При каких условиях происходит выделение газа из жид­кости?

24. Какой закон из механики твердого тела аналогичен выра­жению ?

ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ

Основные сведения

Гидростатикаявляется разделом прикладной механики жидкости и газа, в котором изучаются законы равновесия жидкости.

Вследствие текучести жидкости в ней не могут действовать сосре­доточенные силы, а возможно лишь действие сил, непрерывно рас­пределенных по ее объему (массе) или по поверхности. Поэтому внешние силы, действующие на рассматриваемый объем жидкости, разделяют на массовые (объемные) и поверхностные.

Массовые силы пропорциональны массе жидкого тела или (для однородных жидкостей) его объему.

К ним относятся сила тяжести и силы инерции переносного движения, действующие на жидкость при относительном ее покое в ускоренно движущихся сосудах или при относительном движении жидкости в руслах.

К числу массовых сил относятся силы, вводимые при со­став­ле­нии уравнений движения жидкости по принципу Д’Аламбера-Ло­гран­жа[1].

Поверхностные силы проявляются на граничных поверхностях рассматриваемого жидкого тела.

Поверхностную силу, действующую нормально к какой-либо площадке, называют силой давления.

Поверхностная сила, действующая по касательной к площадке, является силой сопротивления.

Сила сопротивления проявляется только при движении жид­кости, а сила давления – как при движении, так и при покое жид­кости.

 

 

Гидростатическое давление

Рассмотрим произвольный объем жидкости W (рис. 2.1), на­ходя­щейся в равновесии под действием внешних сил P и ограни­чен­ной поверхностью S.

 

 

 

Рис. 2.1

Проведем секущую плоскость а-а, делящую объем W на две час­ти 1 и 2. Отбросим часть 1 и заменим распределенными по площади w силами D р _i, одна из которых D р приходится на долю площади Dw.

Напряжение сжатия s_с, возникающее при этом, определяется как частное от деления силы D р на площадь D:

.                                    (2.1)

Напряжение s_с принято называть средним гидростатическим дав­лением; предел отношения при Dw ® 0 называется гидро­ста­ти­ческим давлением в точке:

.                                    (2.2)

Размерность давления [ р ] = [s] = .

Единица измерения давления Па. Это давление, вызываемое силой в 1Н, равномерно распределено по поверхности площадью в 1м² (1 Па = 1 ).

Так как эта единица очень мала, то на практике давление из­ме­ряют в килопаскалях (1 кПа = 10³ Па) или мегапаскалях (1 МПа = 10⁶ Па).