Фізичні властивості рідин

Рідини відрізняються по ряду властивостей, що можуть суттєво впливати на закономірності їх рівноваги чи руху.

Властивості рідин залежать від особливостей молекулярної будови. Деякі властивості можуть бути вивчені і без проникнення в деталі молекулярної будови. Для цього можна скористатися середніми для маси рідини характеристиками молекулярного руху, наприклад характеристиками, які визначають середню кінетичну енергію молекул. Такими характеристиками є термодинамічні параметри стану - температура і тиск.

Випаровування є процесом переходу рідини в газоподібний стан. Цей процес обумовлений проривом молекул рідини крізь вільну поверхню та розповсюдженням їх в оточуючому просторі. Якщо об'єм цього простору достатньо великий, випаровування триває до зникнення рідини, хоча частина молекул, що випарувались, повертається в рідину — конденсується. Якщо об'єм недостатньо великий, випаровування триває до настання динамічної рівноваги, коли кількість випаруваних і кількість молекул, що конденсуються за деякий час, вирівнюються. При цьому в оточуючому просторі встановлюється тиск, що називається тиском насиченої пари р_н.п або пружністю насиченої пари. Величина цього тиску залежить від температури.

Розчинення газів в рідинах є процесом проникнення молекул газу з навколишнього середовища через вільну поверхню всередину рідини.

Кількість розчинених в рідині газів може збільшуватися з часом не дивлячись на те, що частина молекул газу з рідини повертається в навколишнє середовище. Процес розчинення триває до насичення рідини газом, тобто до такого стану, при якому кількість розчинення та кількість газу, що виділяється за деякий час, виявляється рівними.

Об'єм газу, який може розчинитися при даній температурі в даному об'ємі рідини до її насичення, пропорційний тиску на вільній поверхні рідини (закон Генрі):

де Wго - об'єм розчиненого газу при тиску р, для співставлення об'ємів віднесений до еталонного тиску р_о;

k — коефіцієнт розчинності;

W_ж — об'єм рідини;

р — тиск на вільній поверхні.

Величина коефіцієнта розчинності залежить від хімічного складу рідини і газу та їх температури.

Час насичення рідини газом залежить від площі і стану вільної поверхні. Збурення поверхні прискорюють процес розчинення газу.

При пониженні тиску на поверхні рідини газ виділяється до тих пір, доки його об'єм в рідині не прийде у відповідність з новою величиною тиску. Виділяється газ інтенсивніше, чим розчиняється. При виділенні газу рідина піниться.

Кипіння — процес зростання пухирців пару всередині рідини з подальшим їх проривом крізь вільну поверхню в навколишнє середовище.

При розгляді процесу кипіння слід мати на увазі, що технічні рідини завжди містять пухирці нерозчинених газів. Поверхні цих пухирців являють собою вільну поверхню, через яку всередину пухирців випаровується рідина до стану насичення. Тиск всередині пухирця практично рівний тиску насиченої пари.

Якщо зовнішній тиск перевищує тиск насиченої пари, розмір пухирця зменшується, підйомна сила збоку рідини, що діє на нього, також зменшується і виявляється недостатньою для подолання опору середовища та виштовхування пухирця з рідини.

Якщо ж тиск на поверхні рідини менше тиску насиченої пари, зовнішній тиск на пухирець виявляється менше внутрішнього; пухирець збільшується, спливає до поверхні та проривається крізь неї в навколишнє середовище. Відбувається кипіння рідини.

Оскільки тиск насиченої пари залежить від температури, рідина може кипіти при будь-якому тиску, якщо її температура досягне величини, при якій даний тиск є тиском насиченої пари. Ця температура називається температурою кипіння. З властивістю кипіння пов'язана міцність рідини на розрив. Технічні рідини не витримують розтягуючих зусиль, оскільки при стискаючому зусиллі, рівному тиску насиченої пари, в них вже виникають розриви.

Теплове розширення — здатність рідин змінювати об'єм при зміні температури - характеризується коефіцієнтом теплового розширення. Він рівний відносній зміні об'єму W при зміні температури t на один градус при постійному тиску:

Коефіцієнт в залежить для даної рідини від температури і тиску. Користуючись співвідношенням (0-8), можна визначити зміну об'єму при зміні температури:

Користуючись середнім в даному діапазоні температур значенням коефіцієнта теплового розширення, цю формулу можна спростити:

З останнього виразу випливає, що густина

В деяких випадках зважаючи на незначне значення коефіцієнта теплового розширення зміною густини рідини із зміною температури можна нехтувати.

Стисливість — здатність рідин зменшувати об'єм при збільшенні тиску — характеризується коефіцієнтом стисливості вр, який рівний відносній зміні об'єму W при зміні тиску р на одиницю:

З останнього виразу випливає, що густина

Модулі пружності більшості рідин настільки великі, що рідини можна вважати практично нестискуваними.

В'язкість — властивість рідин чинити опір відносному зсуву шарів, що викликаний деформацію зсуву.

Процес зміни об'єму W рідини під впливом тиску може відбуватися в різних умовах: ізотермічно при t = соnst і адіабатично. Стиснення рідини можна вважати ізотермічним, якщо процес відбувається поволі і тепло, що виділяється, встигає розсіюватися. При швидко протікаючому стисненні процес вважають адіабатичним. Відповідно до цього розрізняють ізотермічний та адіабатичний коефіцієнти стисливості. Величини цих коефіцієнтів залежать від температури і тиску.

Величини, зворотні коефіцієнтам стисливості, називають відповідно ізотермічним і адіабатичним модулями пружності:

Користуючись співвідношеннями (0-9) і (0-10), можна визначити зміну об'єму рідини при зміні тиску:

Рис.3. До закону внутрішнього тертя в рідинах

Сила опору зсуву називається силою внутрішнього тертя. При прямолінійному шаруватому русі рідини (рис. 0-3) сила внутрішнього тертя між шарами, що зміщуються один відносно іншого, виражається формулою Ньютона:

При роботі гідравлічних систем і агрегатів в умовах незначних змін температури і тиску коефіцієнти стисливості можна вважати постійними і визначати зміну об'єму при зміні тиску по наближеній формулі:

де – динамічна в'язкість рідини; F — площа шарів, що труть;

— поперечний градієнт швидкості, що виражає

швидкість кутової деформації при зсуві.

Знак «±» вибирається залежно від знака градієнта швидкості так, щоб сила Т була позитивною.

Дотичні напруги між шарами рідини визначаються співвідношенням

Закон, що зв'язує дотичну напругу із швидкістю деформації, може бути відмінним від закону Ньютона. В цьому випадку рідини називаються неньютонівськими.

В гідравлічних розрахунках зручно користуватися кінематичною в'язкістю

Динамічна і кінематична в'язкості залежать від температури і тиску: із зростанням температури в'язкість зменшується, з підвищенням тиску збільшується. Залежність в'язкості від тиску істотна тільки при великих перепадах тиску.

Пограничний шар, для якого характерний великий поперечний градієнт температури, що викликає поперечнеперенесення теплоти.

Пограничний шар з характерним великим поперечним градієнтом складової швидкості вздовж течії, під дією якого відбувається поперечне перенесення кількості руху.

В залежності від характеру руху рідини розрізняють ламінарний і турбулентний пограничні шари. Використовують також термін „змішаний динамічний пограничний шар”, коли у потоці одночасно спостерігаються ділянки ламінарного і турбулентного рухів.

Свободная конвекция на вертикальной пластине [править]

^[3]

где — число Рэлея.

Свободная конвекция на горизонтальной пластине [править]

Для ориентированной вверх горячей поверхности в холодной среде или для ориентированной вниз холодной поверхности в горячей среде:^[3]

Для ориентированной вниз горячей поверхности в холодной среде или для ориентированной вверх холодной поверхности в горячей среде:

Эквивалентный коэффициент теплопроводности между поверхностями твердых тел Яд обусловлен эффектом Смолуховского. Вследствие этого эффекта в таких зазорах обычное движение молекул газа настолько подавлено на граничной поверхности, что возникает дополнительное сопротивление переносу теплоты. Так как это сопротивление прямо пропорционально средней длине свободного пробега газа, то чем меньше расстояние между поверхностями твердых частиц, тем более важным становится это сопротивление. В области, расположенной вокруг точки контакта частиц в слое, расстояние между поверхностями этих частиц всегда сравнимо со средней длиной свободного пробега. [ 1 ]

Эквивалентный коэффициент теплопроводности, больший истинной теплопроводности на величину Лп, определяет способность влажного материала проводить тепло кондук-цией и конвекцией за счет переноса пара через материал. [ 2 ]

Эквивалентный коэффициент теплопроводности также определяется по графику (фиг. Для грубых приближенных расчетов можно считать, что коэффициент Яэ не зависит от толщины отливки, а однозначно определяется по температуре греющей поверхности. [ 3 ]

Эквивалентный коэффициент теплопроводности находим по уравнениям (13.28); для этого определяем число Грасгофа и произведение GrPr. За определяющий линейный pasvep принята толщина прослойки 8 1 / 2 (dB он - dH из) 1 / 2 (158 - 76) 41 мм. [ 4 ]

Эквивалентный коэффициент теплопроводности включает, помимо теплопроводности, и конвективный теплообмен между жидкостью, находящейся в замкнутом пространстве и обеими ограничивающими поверхностями. [ 5 ]

Эквивалентный коэффициент теплопроводности учитывает теплопроводность и конвективный теплообмен между жидкостью, находящейся в замкнутом пространстве, и ограничивающими ото пространство поверхностями. [ 6 ]

Эквивалентный коэффициент теплопроводности ккал / м - час. [ 7 ]

Эквивалентный коэффициент теплопроводности многослойной стенки равен коэффициенту теплопроводности однородной стенки той же толщины, с теми же температурами поверхностей и пропускающей тот же тепловой поток. [ 8 ]

Эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляционной конструкции исчисляется по нижеприводимым формулам в зависимости от диаметра заизолированного объекта. [ 9 ]

Определитьэквивалентный коэффициент теплопроводности и удельный тепловой поток через воздушную прослойку толщиной 6 30 мм (рис. 16.4), если температуры горячей и холодной поверхностей стенок, между которыми находится воздух, равны tWi 150 и tWi 50 С. [ 10 ]

Определитьэквивалентный коэффициент теплопроводности и тепловой поток qi через цилиндрическую воздушную прослойку толщиной 20 мм, если температуры горячей и холодной поверхностей соответственно равны, 80 С, tw, 20 С, а средний диаметр прослойки с. [ 11 ]

Величинаэквивалентного коэффициента теплопроводности для цилиндрической стенки определяется так же, как и для плоской. [ 12 ]

Поиск по сайту: