Определение свойств жидкости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Единицы измерения физических величин, применяемых в гидромеханике. Основные физико-механические свойства жидкости

Силы действующие в жидкости. Вязкость

Задача

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ГИДРОМЕХАНИКЕ. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ

Прикладная гидромеханика, или гидравлика, - техническая наука, представляющая собой механику жидкости, в которой широко используются обоснованные допущения и предположения, упрощающие рассмотрение процессов. В гидравлике широко используют экспериментальные данные, которые позволяют решать сравнительно сложные практические задачи механики жидкости.

С этой целью в гидромеханике вводится понятие идеальной жидкости, которая в отличие от реальной (вязкой) жидкости абсолютно несжимаема, т. е. не меняет плотность при изменении давления и температуры, а также не обладает внутренним трением между ее слоями (вязкостью).

В свою очередь реальные жидкости делятся на капельные (жидкости) и упругие (газы и пары), причем, если первые практически несжимаемы и обладают малым коэффициентом объемного расширения, объем последних значительно изменяется при изменении температуры и давления.

К основным физическим величинам, характеризующим Свойства рассматриваемых сред, относятся:

плотность (с, кг/м³), определяемая в случае однородного тела отношением

с=m/V,

где m - масса тела; V- его объем;

удельный вес (г, Н/мз), определяемый для однородного тела отношением

г= G/V,

где G - вес тела.

Поскольку вес тела и его масса связаны соотношением

G = mg,

где g - ускорение свободного падения (на поверхности Земли g = 9,81 м/с²), плотность тела является величиной постоянной, а удельный вес того же тела - величиной переменной в зависимости от значения ускорения свободного падения.

Плотность и удельный вес капельных жидкостей значительно больше, чем соответствующие характеристики упругих жидкостей (газов);

· давление (р, Н/м²), определяемое выражением

P = P/F

где Р - сила, действующая на поверхность F перпендикулярно к ней.

Поскольку упругие жидкости обладают сжимаемостью, их плотность в значительной степени зависит от давления и температуры. Связь между ними может быть определена уравнением состояния

где V - объем газа, м³; m - масса газа, кг; R = 8,31*103 Дж/(кмоль*град) - универсальная газовая постоянная; Т - температура, К; М - молекулярная масса газа, кг/кмоль.

Из уравнения (1.1) следует, что плотность упругих жидкостей определяется зависимостью

· вязкость молекулярная (физическая) - свойство реальной жидкости оказывать сопротивление движению в результате возникновения сил внутреннего трения.

При течении реальной жидкости скорость соседних слоев различается на величину dw. Таким образом, для перемещения одного слоя относительно другого необходимо приложить некоторую силу Т, которая, отнесенная к поверхности перемещаемых слоев F, позволяет получить характерный для рассматриваемой жидкости параметр, называемый напряжением внутреннего трения ф, ф = Т/F.

Согласно закону Ньютона - Петрова

где dw/dn - градиент скорости, характеризующий изменение скорости по нормали между слоями.

Коэффициент пропорциональности (µ, Па*с) в уравнении (1.2) называется динамической вязкостью (иногда его называют коэффициентом вязкости, коэффициентом внутреннего трения).

Величину, равную отношению динамической вязкости к плотности среды, называют кинематической вязкостью (н, м²/с)

Вязкость капельных жидкостей снижается с увеличением температуры, в отличии от вязкости газов, которая увеличивается с ее повышением;

· поверхностное натяжение (коэффициент поверхностного натяжения) (б, Н/м) определяется как отношение силы Р, действующей на участок контура поверхности жидкости, к длине l этого участка:

и определяет формирование поверхности на границе раздела жидкость - газ (пар) или жидкость - жидкость (несмешиваемые друг с другом).

Значения величин плотностей, вязкостей и поверхностного

натяжения для различных сред и условий можно найти в специальной справочной литературе.

К основным физическим свойствам жидкости относятся текучесть, цвет, плотность, вязкость, сжимаемость, тепловое расширение.

Плотностью жидкости называется физическая величина, равная отношению массы жидкости к ее объему

Рис. Ареометры для жидкостей различной плотности

Рис. Ареометр, погруженный в цилиндр с жидкостью:

Удельный вес-- физическая величина, равная отношению веса жидкости к объему, занимаемому ею:

где G -- вес жидкости, Н; V -- объем жидкости, м³; g -- ускорение свободного падения, м/с².

Вязкость жидкости-- свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу или относительному перемещению ее слоев. Различают динамическую и кинематическую вязкость жидкости.

Динамической вязкостью жидкости называется величина, равная отношению касательного напряжения между слоями жидкости к градиенту скорости их сдвига.

Кинематической вязкостью жидкости называется величина, равная отношению динамической вязкости к ее плотности при той же температуре

Сжимаемость жидкости-- свойство изменять объем под действием давления. Количественно сжимаемость жидкости характеризуется модулем объемного сжатия Е.

Единица модуля объемного сжатия в системе СИ--1 Па. Из выражения определяют изменение объема жидкости

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ЖИДКОСТИ. ВЯЗКОСТЬ

В гидромеханике под жидкостью понимают все вещества, обладающие более или менее существенной текучестью, то есть способностью деформироваться под действием приложенных сил. Такие текучие вещества иногда называются флюидами (от латинского fluidus- текучий). К текучим веществам относятся все обычные жидкости и газы.

К основным свойствам жидкости можно отнести плотность, сплошность, вязкость, растворимость, капиллярность, текучесть и др. Рассмотрим некоторые из них.

Сплошность. Свойство сплошности противоположно свойству дискретности системы.

Характерное свойство сплошной среды - непрерывность распределения вещества и физических характеристик среды в пространстве.

Примеры: неизменяемая сплошная среда - абсолютно твердое тело. Изменяемая сплошная среда - упругие, пластические, жидкие, газообразные тела.

Текучесть, или легкая подвижность

Характеризуется тем, что касательные напряжения в среде (внутреннее трение) существуют лишь при относительном (относительно друг друга) движение слоев среды. В состоянии покоя эти напряжения исчезают. Иными словами, касательные напряжения в жидкости существуют при наличии скорости деформации.

Деформация проявляется в движении слоев среды относительно друг друга. Если такого сдвига скоростей нет, если все слои движутся с одинаковой скоростью, деформации среды нет.

Плотность. Плотность - это масса единицы объема. В жидкости она в общем случае является функцией точки. Плотность в точке

где DМ - масса в объеме DV.

В качестве стандартной плотности воздуха при проведении расчетов вентиляционных систем принимается r = 1,2 кг/м3, что соответствует сухому воздуху при t = 200С и давлении 1,01·105 Па (760 мм рт. ст.).

Жидкость, в которой плотность зависит от давления и температуры, т.е. для которой

называется бароклинной. Однако во многих случаях достаточно учитывать лишь зависимость плотности от давления, т.е. учитывать зависимость r = f(р).

Вязкость. Вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление ее деформации, т.е. перемещению одной ее части (слоя) относительно другой. Это свойство (вязкость) проявляется в «прилипании» соприкасающихся между собою слоев жидкости, а также жидкости к ее твердым границам.

Вязкость характеризуется динамическим коэффициентом вязкости m, называемым иногда просто вязкостью, и кинематическим коэффициентом вязкости n, находящимися в соотношении

(1.16)

где r- плотность жидкости. Их размерности: = ; =

Величина равная называется «пуаз»: 1 пуаз = .

Динамическая вязкость в основном зависит от температуры и рода текучего вещества и практически не зависит от давления.

Сжимаемость -свойство жидкости изменять свою плотность при изменении давления и (или) температуры.

Плотность капельных жидкостей при температуре и давлении отличных от начального

,

где и - коэффициенты температурного расширения и объемного сжатия, то есть относительные изменения жидкости при изменении соответственно температуры и давления на 1 единицу

;

Величина обратная называется модулем упругости

.

Сжимаемость жидкостей характеризуется модулем объемной упругости , входящим в обобщенный закон Гука

,

где приращение (в данном случае уменьшение) объема жидкости , обусловленное увеличением давления на .

Температурное расширение определяется соответствующим коэффициентом, равным относительному изменению объема, при изменении температуры на :

.

Испаряемость жидкостей характеризуется давлением насыщенных паров в функции температуры.

жидкость вязкость бурение скважина

ЗАДАЧА

Рис.3.2.

Грунтовые воды, формирующие систему с нефтяным пластом, выходят на поверхность (рис.). Определить плотность глинистого, раствора, применяемого для бурения, чтобы предотвратить фонтанирование нефти при вскрытии пласта. Глубина скважины h=2500 м; расстояния h1=3200, h2=600; плотность подземных вод с=1100

; плотность нефти =850 .

Решение.

Составим уравнение равновесия системы «грунтовые воды нефть»:

сg=,

следовательно

Ответ: .

Размещено на Allbest.ru