Файл: Занятие 2 Учебные вопросы Механические характеристики и основные.pdf

Общие положения гидравлики
Тема № 1 Занятие 2

Учебные вопросы
:
1.3. Механические характеристики и основные
свойства жидкостей

Учебная цель занятия:
-
изучение и первичное закрепление
знаний об основных характеристиках
и свойствах жидкости.

Основные механические характеристики жидкости
Основными механическими характеристиками жидкости являются:
-
плотность
;
-
удельный вес
Плотностью жидкости называют массу жидкости заключенную в единице объема:
Удельным весом называют вес единицы объема жидкости, который определяется по формуле:
С увеличением
- жидкости уменьшается.

Основные физические свойства жидкости
1.
Сжимаемость
- свойство жидкости изменять свой объем под действием давления.
Сжимаемость жидкости характеризуется
коэффициентом объемного сжатия
,
который определяется по формуле где V - первоначальный объем жидкости, dV - изменение этого объема, при увеличении давления на величину dP.
Величина обратная β
V
называется
модулем объемной упругости
жидкости:
Модуль объемной упругости не постоянен и зависит от давления и температуры.
При гидравлических расчетах сжимаемостью жидкости
обычно пренебрегают и считают жидкости практически
несжимаемыми
Сжатие жидкостей в основном обусловлено сжатием растворенного в них газа.
Надо отметить, что при рассмотрении отдельных вопросов,
например гидравлического удара, сжимаемость жидкости следует учитывать.

2.
Температурное расширение
- относительное изменение объема жидкости при увеличении температуры на
1
°С
при
Р
=
const.
Характеризуется
коэффициентом температурного расширения
.
Поскольку для капельных жидкостей коэффициент температурного расширения ничтожно мал, то при практических расчетах его не учитывают.
3.
Сопротивление растяжению
Особыми физическими опытами было показано, что покоящаяся жидкость (в частности вода, ртуть) иногда способна сопротивляться очень большим растягивающим усилиям. Но в обычных условиях такого не происходит, и поэтому считают, что жидкость не
способна сопротивляться растягивающим усилиям.
4.
Силы поверхностного натяжения
- эти силы стремятся придать сферическую форму жидкости.
Силы поверхностного натяжения обусловлены поверхностными силами и направлены всегда внутрь рассматриваемого объема перпендикулярно свободной поверхности жидкости. Рассмотрим бесконечно малый объем жидкости на свободной поверхности. На него будут действовать силы со стороны соседних объемов. В результате, если сложить вектора всех сил действующих на рассматриваемый объем, то суммарная составляющая сила будет направлена перпендикулярно внутрь рассматриваемого объема.

5.
Пенообразование
Выделение воздуха из рабочей жидкости при падении давления может вызвать пенообразование.
На интенсивность пенообразования оказывает влияние содержащаяся в рабочей жидкости вода:
даже при ничтожном количестве воды (менее 0,1% по массе рабочей жидкости) возникает устойчивая пена.
Образование и стойкость пены зависят от типа рабочей жидкости, от ее температуры и размеров пузырьков, от материалов и покрытий гидроаппаратуры. Особенно пенообразование происходит интенсивно в загрязненных жидкостях и бывших в эксплуатации. При температуре жидкости свыше 70°С происходит быстрый спад пены.
6.
Химическая и механическая стойкость
Характеризует способность жидкости сохранять свои первоначальные физические свойства при эксплуатации и хранении.
Окисление жидкости сопровождается выпадением из нее смол и шлаков, которые откладываются на поверхности элементов гидропривода в виде твердого налета.
Снижается вязкость и изменяется цвет жидкости.
Продукты окисления вызывают коррозию металлов и уменьшают надежность работы гидроаппаратуры.
Налет вызывает заклинивание подвижных соединений, плунжерных пар, дросселирующих отверстий, разрушение уплотнений и разгерметизацию гидросистемы.

7.
Совместимость
Совместимость рабочих жидкостей с конструкционными материалами и особенно с материалами уплотнений имеет очень большое значение.
Рабочие жидкости на нефтяной основе совместимы со всеми металлами, применяемыми в гидромашиностроении,
и плохо совместимы с
уплотнениями,
изготовленными из синтетической резины и из кожи.
Синтетические рабочие жидкости плохо совмещаются с некоторыми конструкционными материалами и не совместимы с уплотнениями из маслостойкой резины.
8.
Испаряемость жидкости
Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, однако интенсивность испарения неодинакова у различных жидкостей и зависит от:
- температуры,
- площади испарения,
- давления,
- скорости движения газообразной среды над свободной поверхностью жидкости (от ветра).

9.
Растворимость газов в жидкостях (абсорбция)
характеризуется объемом растворенного газа в единице объема жидкости и определяется по закону Генри:
где V
Г
- объем растворенного газа;
V
Ж
- объем жидкости; k - коэффициент растворимости;
Р - давление;
Р
а
- атмосферное давление.
Коэффициент k имеет следующие значения при 20ºС: для воды - 0,016, керосина - 0,13, минеральных масел - 0,08, жидкости АМГ-10 - 0,1.
При понижении давления выделяется растворимый в жидкости газ (при наборе высоты избыток воздуха в топливе выделяется в виде пузырьков). Это явление может отрицательно сказываться на работе топливной и гидравлической систем.
При обычной температуре и нормальном давлении в воде содержится около 2% воздуха,
в авиатопливе содержится 12-
16%
объема топлива.
КАВИТАЦИЯ !!!

10.
Вязкость жидкости
- свойство жидкости сопротивляться скольжению или сдвигу ее слоев.
Суть ее заключается в возникновении внутренней силы трения между движущимися слоями жидкости.
При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока,
обусловленное вязкостью.
Скорость уменьшается по мере уменьшения расстояния
y
от стенки.
При y = 0, скорость падает до нуля, а между слоями происходит проскальзывание,
сопровождающееся возникновением касательных напряжений τ.

где S - площадь слоев жидкости или стенки, соприкасающейся с жидкостью, м
2
,
μ- динамический коэффициент вязкости, или сила вязкостного трения, d Ѵ/dy - градиент скорости, перпендикулярный к поверхности сдвига.
Отсюда
динамическая вязкость
равна
Градиент (от лат. Gradiens − шагающий) − характеристика, показывающая направление наискорейшего возрастания некоторой величины, значение которой меняется от одной точки пространства к другой.
где Ƭ - касательное напряжение в жидкости.
Внутренняя сила трения
Т
слоев жидкости определяется по формуле Ньютона:
Величина обратная динамическому коэффициенту вязкости (1/μ) называется
текучестью жидкости

Отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости называется
кинематическим коэффициентом вязкости
:
Величина ν (произносится "ню") равная 1см²/с называется стоксом (Ст), а 0,01 Ст - 1
сантистоксом (сСт).
Процесс определения вязкости называется вискозимЕтрией, а приборы, которыми она определяется вискозимЕтрами.
Помимо оценки вязкости с помощью динамического и кинематического коэффициентов пользуются условной вязкостью - градусы Энглера (°Е).
Вязкостью, выраженной в градусах Энглера, называется отношение времени истечения 200 см³
испытуемой жидкости через капилляр d = 2,8 мм к времени истечения такого же объема воды при t =
20
ºС

Такой прибор называется вискозиметром Энглера. Для пересчета градусов Энглера в стоксы для минеральных масел применяется формула
Таким образом, для оценки вязкости жидкости можно использовать три величины, которые связаны между собой

Вязкость жидкости зависит от температуры и от давления.
При повышении уменьшается и наоборот.
У газов наблюдается обратное явление:
с повышением увеличивается
,
с понижением уменьшается

Вопросы контроля:
Что такое плотность и удельный вес жидкости?
Чем характеризуется сжимаемость жидкости?
От чего зависит модуль объемной упругости?
Температурное расширение-это?
«Физика» сил поверхностного натяжения?
Суть возникновения вязкости жидкости?

Вопросы контроля:
Динамическая, кинематическая вязкость, текучесть жидкости?
Вязкость жидкости при увеличении температуры..?
Что происходит при окислении жидкости?
Интенсивность испарения жидкости зависит от…?
Закон Генри для растворенного газа?

Литература на самоподготовку
[1]
стр. 9…13