Жидкости. В природе различают четыре вида состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Основное отличие жидкостей от твердых тел заключается в их текучести, т.е. способности легко принимать форму сосуда, в который жидкость поместили, при этом объем жидкости не изменяется. Газ тоже обладает текучестью, но при этом занимает любой предоставленный ему объем. В сосудах жидкость образует свободную поверхность, а газ аналогичной поверхностью не обладает. Однако с точки зрения механики и жидкость, и газ подчиняются одним и тем же закономерностям в случае, если сжимаемостью газа можно пренебречь. Поэтому в гидравлике под термином «жидкость» понимаются и собственно жидкости (которые часто называют капельными жидкостями), и газы (газообразные жидкости).
Основные свойства жидкости (при рассмотрении задач механики жидкости) — это плотность, способность изменять свой объем при нагревании (охлаждении) и изменениях давления, вязкость жидкости. Рассмотрим каждое из свойств жидкости подробнее.
Плотность жидкости. Плотностью жидкости ρ называется ее масса, заключенная в единице объема:
где m — масса жидкости; W — объем жидкости.
Единица измерения плотности — кг/м3.
Так как вода является наиболее распространенной в природе жидкостью, в качестве примера количественного значения параметра, определяющего то или иное свойство жидкости, будем приводить значение рассматриваемого параметра для воды.
Плотность воды при 4 °С ρв = 1000 кг/м3. Плотность жидкости уменьшается при увеличении температуры. Однако для воды эта закономерность справедлива только с 4 °С, в чем проявляется одно из аномальных свойств воды.
Удельный вес. Удельный вес γ — это вес жидкости, приходящийся на единицу объема:
где G — вес жидкости в объеме W.
Единица измерения удельного веса — Н/м3.
Удельный вес воды при температуре 4 °С γв= 9810 Н/м3.
Плотность и удельный вес связаны между собой соотношением
где g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с2).
Вообще плотность и удельный вес отичаются лиш тем, что у плотности сила веса измеряется в килограммах, а у удельного веса в ньютонах. Килограммы легко переводятся в ньютоны и обратно. Вообще эти параметры нам помогут вычислять массу в любых объемах.
Температурное расширение. Это свойство жидкости характеризуется изменением объема при изменении температуры, которое определяется температурным коэффициентом объемного расширения жидкости βt:
где W — начальный объем жидкости; ΔW — Изменение объема после уменьшения или увеличения температуры; Δt — изменение температуры.
То есть ΔW=Wконечный-Wначальный
Единица измерения βt; — град-1,
для воды,при t=20 °С βt = 0,00015 [1/°С].
Это свойство нужно обязательно знать! В будущем нам придется вычислять количество жидкости которое будет увеличиваться в замкнутой системе отопления. И при этом мы сможем посчитать на сколько литров нам необходим раширительный бак для системы отопления.
Получается, что этот параметр βt показывает изменение величины объема на единицу температуры. То есть, если температура изменилась на 10 градусов, то объем увеличится в 10раз от величины βt.
Сжимаемость. Это свойство жидкости менять свой объем при изменении давления, которое характеризуется коэффициентом объемного сжатия βp :
где W — начальный объем жидкости; ΔW — изменение объема после изменения давления; ΔP — изменение давления.
Единица измерения βp — Па-1Коэффициент объемного сжатия капельных жидкостей мало меняется в зависимости от давления и температуры.
Для воды βp = 5×10-10 Па-1
Вы только не путайте давление с плотностью. Так как буквы похожи, я и сам сначало об этом подумал. О давлении будет рассказано в следующих статьях. Вообще я сейчас не рекомендую вникать в понятие сжимаемость, так как вы возможно незнакомы с понятием давления и поэтому возможно несможите понять связь.
Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости жидкости Е и определяется по формуле:
для воды E=2×109 Па.
Вязкость жидкости — свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу. Это свойство проявляется только при движении жидкостей. Вязкость характеризует степень текучести жидкости. Наряду с легко подвижными жидкостями (вода, спирт, воздух и др.) существуют очень вязкие жидкости (глицерин, машинные масла и др.).
Я предлогаю понять вязкость следующем образом: Представте жидкое вещество ввиде находящихся в ней большого количество мелких шариков, атомов, малекул, кому как угодно. И представте, что их начинает ктото толкать. И во время толкания шарики начинают терется друг об друга сопротивляясь перемещению. Дык вот, а теперь представим ситуацию когда эти шарики стали липкими и тогда эти шарики будут еще сильнее сопротивлятся сдвигу. И вот чем сильнее они буду сопротивлятся сдвигу об друг друга, тем сильнее будет вязкость.
Вязкость жидкости характеризуется динамической вязкостью μ.
И. Ньютон выдвинул гипотезу о силе трения F, возникающей между двумя слоями жидкости на поверхности их раздела площадью ω, согласно которой сила внутреннего трения в жидкости не зависит от давления, прямо пропорциональна площади соприкосновения слоев ω и быстроте изменения скорости в направлении, перпендикулярном направлению движения слоев, и зависит от рода жидкости.
Пусть жидкость течет по плоскому дну параллельными ему слоями
Вследствие тормозящего влияния дна слои жидкости будут двигаться с разными скоростями. Скорости слоев Показаны стрелками. Рассмотрим два слоя жидкости, середины которых расположены на расстоянии Δу друг от друга. Слой А движется со скоростью u, а слой В со скоростью u + Δu.
На площадке ω вследствие вязкости возникает сила сопротивления F. Согласно гипотезе Ньютона эта сила
коэффициент пропорциональности μ, в этой формуле и является динамической вязкостью, отношение Δu/Δy называется градиентом скорости.
Таким образом, динамическая вязкость является силой трения, приходящейся на единицу площади соприкосновения слоев жидкости при градиенте скорости, равном единице.
Размерность μ — Па • с.
Гипотеза И. Ньютона, представленная в формуле, экспериментально подтверждена и математически оформлена в дифференциальном виде
основоположником гидравлической теории смазки Н.П. Петровым и в настоящее время носит название закона внутреннего трения Ньютона.
В гидравлических расчетах часто удобнее пользоваться другой величиной, характеризующей вязкость жидкости, — ν:
Эта величина называется кинематической вязкостью. Размерность v — м2/с
Название «кинематическая вязкость» не несет особого физического смысла, так как название было предложено потому, что размерность v похожа на размерность скорости.
Вязкость жидкости зависит как от температуры, так и от давления. Кинематическая вязкость капельных жидкостей уменьшается с увеличением температуры, а вот вязкость газов, наоборот, возрастает с увеличением температуры. Кинематическая вязкость жидкостей при давлениях, встречающихся в большинстве случаев на практике, мало зависит от давления, а вязкость газов с возрастанием давления уменьшается.
Вязкость жидкости измеряют с помощью вискозиметров различных конструкций.
Жидкости, для которых справедлив закон внутреннего тяготения Ньютона, называют ньютоновскими. Существуют жидкости, которые не подчиняются закономерности формулам, к ним относятся растворы полимеров, гидросмеси из цемента, глины, мела и др. Такие жидкости относятся к неньютоновским.
Вообще для меня понятие вязкость , несколько смутное понятие, потому что нехвотает примеров как находится вязкость в реальных условиях, а не ввымышленных как описано выше. Меня берет сомнение площадь соприкосновения с жидкостью. Тут описана площадь просто как ввиде листа. А мне нужно было бы, площадь ввиде замкнутой трубы. В будущем я найду задачи по вязкости и объяснюдетали расчетов сопротивления в трубопроводе.
Я кстати уже нашел формулы которые нужны сантехникам и инженерам, опишу их в других статьях. Пишите коментарии, я обязательно отвечу на ваши вопросы и постараюсь подкорректировать статьи под вашы нужды.
Следующий раздел: Гидростатическое давление
В разделе ремонт отопления, можете подробно ознакомиться с нашими услугами. Что мы делаем:
- работаем круглосуточно;
- собственная аварийная служба;
- большое количество офисов по Москве и Московской области;
- используем только профессиональный инструмент;
- гарантия на выполненные работы;
- сервисное обслуживание систем отопления.
ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ
Надежный помощник по ремонту отопления.
+7(495)744-67-74
Рассчитать стоимость отопления можно в разделе калькулятор отопления
Узнать подробнее про водоснабжение
Ознакомиться с котельными тут