Тема 1: «основные свойства жидкости и газа».

1. Понятие идеальной жидкости.

Жидкость – физическое тело, обладающее свойствами текучести, т.е. способное изменять сколь угодно свою форму под действием сколь угодно малых сил, но в отличие от газа мало изменяющая свой объём при изменении давления.

Идеальная жидкость – абсолютно несжимаемая, в ней отсутствуют силы сопротивления и трения.

2. Модель «сплошной среды» и ее значение в гидравлике.

Жидкость рассматривают как деформируемую систему материальных частиц, непрерывно заполняющих пространство, в котором она движется.

Жидкая частица представляет собой бесконечно малый объём, в котором находится достаточно много молекул жидкости. Предполагают, что частица жидкости достаточно мала по сравнению с размерами области, занятой движущейся жидкостью.

При таком предположении жидкость в целом рассматривается как континуум. Континуум – состояние вещества, когда всё пространство в нём полностью заполнено её молекулами без разделения какой-либо средой.

Сплошная среда представляет собой модель, которую успешно используют при исследовании закономерностей покоя и движения жидкости. Правомерность применения модели «жидкость – сплошная среда» подтверждена всей практикой гидравлики.

3. Понятие идеального газа.

Идеальный (совершенный) газ – газ, разреженный настолько, что взаимодействие между его молекулами может не учитываться.

4. Плотность капельных жидкостей.

Плотность ρ характеризует распределение массы m жидкости по объёму W. В произвольной т. А жидкости плотность распределения массы равна:

Δm – масса, заключённая в объёме ΔW, стягиваемом в т. А.

Плотность однородной жидкости равна отношению массы m жидкости к её объёму W:

Она во всех точках данной жидкости одинакова. В общем случае плотность ρ может изменяться от точки к точке в занятом жидкостью объёме, и в каждой точке объёма с течением времени.

Единица плотности (плотности распределения массы) в системе СИ принята кг/м³. В системе СГС (физической системе единиц)– г/см³, в МКГСС (технической системе единиц) – .

5. Сжимаемость жидкостей и газов.

Сжимаемость – свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость характеризуется коэффициентом объёмного сжатия β _W, Па^-1, представляет собой относительное изменение объёма жидкости W, м³, при изменении давления, Па, на единицу:

Знак «минус» в формуле указывает, что при увеличении давления объём жидкости уменьшается. Учитывая, что при неизменной массе

Имеем:

Коэффициент объёмного сжатия определяет также относительное изменение плотности жидкости при изменении давления на единицу.

Модуль упругости жидкости E ₀, Па – величина, обратная коэффициенту объёмного сжатия:

Условия работы гидротехнических сооружений позволяют считать воду несжимаемой средой. Но не следует забывать, что такое допущение правомерно лишь в тех случаях, когда изменения давления невелики. Так, сжимаемость воды существенно сказывается на положении уровня водной поверхности Мирового океана. Если бы вода была абсолютно несжимаема, то отметки уровня воды в океанах поднялись бы примерно на 30 м. А практике эксплуатации гидравлических систем случается, что вследствие действия того или иного возмущения (например, резкого закрытия или открытия запорного устройства в трубопроводе) в жидкости давление значительно меняется. В таких случаях пренебрежение сжимаемостью приводит к существенным погрешностям.

6. Температурное расширение жидкости.

Температурное расширение – свойство менять объём при изменении температуры. Оно характеризуется температурным коэффициентом объёмного расширения β _t, (°С)^-1, представляющим собой относительное изменение объёма жидкости при изменении температуры на 1 °C при постоянном давлении:

Для большинства жидкостей данный коэффициент с увеличением давления уменьшается. Для воды с увеличением давления при температуре до 50 °С β _t растёт, а при температуре свыше 50 °С падает.

7. Вязкость капельных жидкостей и газов. В чем принципиальное отличие?

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу частиц при их перемещении. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоёв жидкости на поверхностях соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения или силами вязкости.

Численное значение касательного напряжения, возникающего  вследствие действия внутреннего трения (по закону вязкости Ньютона):

μ – коэффициент пропорциональности, учитывающий особенности конкретных жидкостей (динамическая вязкость жидкости), du/dy – градиент скорости (относительный сдвиг).

Связь температуры и динамической вязкости жидкости выявлена по формуле Пуазёйля:

Единица измерения динамической вязкости – пуаз (Пз). В системе СИ – Па*с, в МКГСС - .

С повышением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается, а газов увеличивается. Это есть принципиальное различие вязкости жидкости и вязкости газов.

Кинематическая вязкость – отношение динамической вязкости μ к плотности жидкости ρ:

Единица измерения кинематической вязкости – стокс (Ст). В системе СИ и МКГСС– м²/с.