Материал: Маленькие не доделаны

1) Понятие жидкости. Реальная и идеальная жидкости

Жидкость – физическое тело, молекулы которого слабо связаны между содой. Поэтому незначительные силы способны легко изменить форму жидкости, которая способна сохранить объем, но не форму. В гидравлике жидкость рассматривают как непрерывную среду, заполняющую пространство без пустот и промежутков, т.е. отвлекаются от молекулярного строения жидкости и её частицы, даже бесконечно малые, считают состоящими из большого числа молекул.

Реальной жидкостью называют жидкость, обладающую вязкостью (свойство жидкости сопротивляться сдвигу ее слоев).

Идеальная или невязкая жидкость является упрощенной моделью реальной (вязкой) жидкости. По предположению, идеальная жидкость имеет все свойства реальной, кроме вязкости.

Профиль скоростей течения жидкости.

2) Метод гидравлических исследований.

Метод, используемый в современной гидравлике, заключается в следующем: исследуемые явления сначала упрощают и к ним применяют законы теоретической механики. Затем полученные результаты сравнивают с данными опытов, выясняют степень расхождения, уточняют и исправляют теоретические выводы и формулы для приспособления их к практическому использованию.

Гидравлика дает методы расчета и проектирования разнообразных гидротехнических сооружений (плотин, каналов, водосливов, трубопроводов для подачи всевозможных жидкостей), гидромашин (насосов, гидротурбин, гидропередач), а также других гидравличе­ских устройств, применяемых во многих областях техники.

3) Силы, действующие на жидкость. Понятие давления

На жидкость постоянно воздействуют внешние силы, которые разделяют на массовые и поверхностные.

Массовые: силы тяжести и инерции. Сила тяжести в земных условиях действует на жидкость постоянно, а сила инерции только при сообщении объему жидкости ускорений (положительных или отрицательных).

Поверхностные: обусловлены воздействием соседних объемов жидкости на данный объем или воздействием других тел.

Рассмотрим сосуд, наполненный жидкостью. Если выделить в нем бесконечно малый объем жидкости, то на этот объем будут действовать силы со стороны соседних таких же бесконечно малых объемов. Кроме этого на свободную поверхность жидкости действует сила атмосферного давления Pатм и силы со стороны стенок сосуда.

P=F/S (Па)

Давление атмосферы называют избыточным. Абсолютное давление это давление учитывающее атмосферное давление. Рабс=Ратм+Ризб

4) Основные свойства жидкостей

1. Сжимаемость - свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия, который определяется по формуле

2. Температурное расширение - относительное изменение объема жидкости при увеличении температуры на 1°С при Р = const. Характеризуется коэффициентом температурного расширения

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.

5) Гидростатическое давление и его свойства

Размерная величина, определяющая значение сжимающего напряжения в точке покоящейся Ж называется гидростатическим давлением.

Свойства гидростатического давления:

Свойство 1. Давление действует по внутренней нормали к площадке действия, поскольку определяет числовое значение напряжения сжатия в данной точке

Свойство 2. Величина давления в данной точке не зависит от ориентации в пространстве площадки, на которую оно действует.

Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве, т.е. р=f(x,y,z).

6) Уравнение равновесия

Рассмотрим распространенный частный случай равновесия жидкости, когда на нее действует лишь одна массовая сила, сила тяжести, и получим уравнение, позволяющее находить гидростатическое давление в любой точке рассматриваемого объема жидкости.

Полученное уравнение называют основным уравнением гидростатики; по нему можно подсчитать давление в любой точке покоящейся жидкости. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин: давления на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.

Величина является одинаковой для всех точек объема жидкости, поэтому, учитывая свойство гидростатического давления, можно сказать, что давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости и по всем направлениям одинаково. Это положение известно под названием закона Паскаля.

Давление жидкости, возрастает с увеличением глубины по закону прямой и на данной глубине есть величина постоянная.

7) Абсолютное и избыточное (манометрическое) давление. Барометры и манометры

Если давление Р отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют абсолютным давлением Р_абс. Если давление отсчитывают от атмосферного, то оно называется избыточным Р_изб.

Если Р_абс больше Р_атм, то избыточное давление больше 0, показывает избыток давления над атмосферным и его называют манометрическим.

Если Р_абс меньше Р_атм, то избыточное давление меньше 0,показывает недостаток до атмосферного давления и его называют вакуумметрическим.

Р_вак=Р_атм-Р_абс

Р_вак=-Р_изб. Максимальный вакуум возможен, если Р_абс станет равным давлению насыщенного пара, т.е. Р_абс=Р_нп отсюда Р_вак max=Р_абс-Р_нп, если пренебречь давлением насыщенного пара Р_нп, то Р_вак max= Р_абс

8) Вакуум. Пьезометры и вакуумметры

Пьезометрическая высота, равная , представляет собой высоту столба данной жидкости, соответствующую данному давлению (абсолютному или избыточному). Пьезометрическую высоту, соответствующую избыточному давлению, можно определить по пьезометру простейшему устройству для измерения давления. Пьезометр представляет собой вертикальную стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединен к емкости, в которой измеряется давление

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. Р=2/R, где R – радиус сферы,  - коэффициент поверхностного натяжения

5. Вязкость жидкости - свойство жидкости сопротивляться скольжению или сдвигу ее слоев.

6. Испаряемость жидкости. Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, Важной характеристикой является давление насыщенных паров Рнп, это давление является функцией от температуры

7. Растворимость газов в жидкостях характеризуется объемом растворенного газа в единице объема жидкости и определяется по закону Генри:

где k – коэф.растворимости, Р, Ра – давление Ж

Применяя формулу к жидкости, заключенной в пьезометре, получим

.

где — абсолютное давление в жидкости на уровне присоединения пьезометра; — атмосферное давление.

Отсюда высота подъема жидкости в пьезометре

), (2.9)

где р_изб — избыточное давление на уровне присоединения пьезометра. Очевидно, что если на свободную поверхность покоящейся жидкости действует атмосферное давление, то пьезометрическая высота для любой точки рассматриваемого объема жидкости равна глубине расположения этой точки.

Если абсолютное давление в жидкости или газе меньше атмосферного, то говорят, что имеет место разрежение, или вакуум. За величину разрежения, или вакуума, принимается недостаток до атмосферного давления:

или

Простейшим устройством для измерения вакуума может служить стеклянная трубка. Вакуум в жидкости можно измерять при помощи U-образной трубки или перевернутой U-образной трубки, один конец которой опущен в сосуд с жидкостью.

Для измерения давления жидкостей и газов в лабораторных условиях помимо пьезометра пользуются жидкостными и механи­ческими манометрами.

9) Основное уравнение гидростатики. Потенциальная удельная энергия жидкости

Полученное уравнение называют основным уравнением гидростатики; по нему можно подсчитать давление в любой точке покоящейся жидкости. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин: давления на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.

Величина является одинаковой для всех точек объема жидкости, поэтому, учитывая свойство гидростатического давления, можно сказать, что давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости и по всем направлениям одинаково. Это положение известно под названием закона Паскаля.

Давление жидкости возрастает с увеличением глубины по закону прямой и на данной глубине есть величина постоянная.

Поверхность, во всех точках которой давление одинаково, называется поверхностью уровня. В данном случае поверхностями уровня являются горизонтальные плоскости, а свободная поверхность является одной из поверхностей уровня.

Возьмем на произвольной высоте горизонтальную плоскость сравнения, от которой вертикально вверх будем отсчитывать координаты . Обозначив через координату точки М, через координату свободной поверхности жидкости и заменив в уравнении (2.2) h на и , получим

. (2.3)

Так как точка М взята произвольно, можно утверждать, что для всего рассматриваемого неподвижного объема жидкости

.

Координата называется геометрической высотой. Величина имеет линейную размерность и называется пьезометрической высотой. Сумма ) называется гидростатическим напором.

Таким образом, гидростатический напор есть величина постоянная для всего объема неподвижной жидкости.

С энергетической точки зрения z+ - удельная потенциальная энергия жидкости