Теоретичні відомості. Основними фізичними властивостями рідини є густина, стисливість, пружність, в’язкість, температурне розширення

Основними фізичними властивостями рідини є густина, стисливість, пружність, в’язкість, температурне розширення.

Густина рідини – це відношення маси рідини до об’єму, який вона займає:

.

Густина рідини залежить від температури, із збільшенням якої густина зменшується, але винятком є вода, при температурі 4^оС має найбільшу густину 1000 .

У гідравліці часто використовують поняття питомої ваги рідини . Питомою вагою називають вагу рідини G в одиниці її об’єму:

,

.

Стисливість – це здатність рідини змінювати свій об’єм V при зміні тиску P. Мірою стисливості рідини є коефіцієнт об’ємного стиску (), який визначається:

,

де – зміна об’єму; – початковий об’єм; – зміна тиску.

Знак „–” показує, що при збільшенні тиску об’єм зменшується.

Пружність рідини – це здатність рідини відновлювати свій об’єм після припинення дії зовнішніх сил і характеризується модулем пружності :

.

Температурне розширення – це властивість рідини змінювати свій об’єм при зміні температури, яказалежить від фізичної природи рідини і характеризується коефіцієнтом об’ємного розширення :

,

де – зміна об’єму при зміні температури на .

В’язкість – це властивість чинити опір відносному руху частинок рідини. В’язкість рідини залежить від тертя між її частинками при русі.

При русі в’язкої рідини вздовж твердої стінки пристінний шар рідини прилипає до стінки, тобто стає нерухомим. Із віддаленням від стінки швидкість руху рідини зростає так, що утворюється градієнт швидкості у напрямі перпендикулярному до напрямку потоку рідини. Різниця у швидкості руху веде до того, що починається проковзування сусідніх шарів рідини і виникають дотичні напруження. Експериментально встановлено, що дотичні напруження визначаються:

,

де – напруження сил тертя; – це коефіцієнт динамічної в’язкості; – градієнт швидкості в напрямі нормалі до напрямку потоку рідини.

Градієнт швидкості показує, як змінюється швидкість рідини за одиницю довжини у перпендикулярному до потоку напрямі. Значення коефіцієнта динамічної в’язкості визначається експериментально за допомогою віскозиметра.

Рідини, для яких справедливе це рівняння, називаються нормальними, або ньютонівськими, інші, які не можуть бути описані таким рівнянням, називаються аномальними. До них відносяться глиняні розчини, масляні фарби, різного роду емульсії, а також мастила при низьких температурах. Вони відрізняються від нормальних рідин тим, що сили тертя між частинками рідини виникають навіть у стані спокою, і тому рух такої рідини починається тільки після подолання деякого початкового напруження . Такі рідини описуються рівнянням Бінгема:

.

У гідравлічних розрахунках часто використовують поняття коефіцієнта кінематичної в’язкості :

.

Коефіцієнт кінематичної в’язкості показує, як змінюється швидкість руху рідини за одиницю довжини трубопроводу.

Прилади, які використовують для вимірювання сили в’язкості, тобто коефіцієнтів в’язкості рідини, називають віскозиметрами.

У різних віскозиметрах використовують основні два методи.

Перший – кінематичний, або метод підрахунку рідини.

Вимірюється час витікання певного об’єму рідини, коефіцієнт в’язкості якої відомий і порівнюється із часом витікання такого ж об’єму іншої, невідомої рідини. До них належать віскозиметри: Ейлера, Жуковського, капілярні та інші.

Другий метод – динамічний, створений на безпосередньому вимірюванні сили в’язкості досліджуваної рідини. На основі такого методу сконструйовані віскозиметри Пуайзеля, віскозиметри з двома коаксіальними циліндрами або диском. За допомогою двох останніх спостерігають затухаючі крутильні коливання циліндра або рідини, яку вивчаємо.

Поиск по сайту: