Материал: Шелегов Насосное оборудование АЕС 2011

Таблица 1.2

Зависимость вязкости воды от температуры

Вязкость жидкостей также зависит от давления, однако эта зависимость существенно проявляется лишь при относительно больших (порядка нескольких сотен атмосфер) изменениях давления.

5.Молекулы жидкости, расположенные у поверхности контакта

сдругой жидкостью, газом или твердым телом, находятся в условиях, отличных от условий молекул, находящихся внутри объема. Внутри объема жидкости молекулы окружены со всех сторон такими же молекулами, вблизи поверхности – лишь с одной стороны, поэтому энергия поверхностных молекул отличается от энергии молекул, находящихся в объеме жидкости, на некоторую величину, силы поверхностного натяжения, стремящейся придать объему жидкости сферическую форму и вызывающей некоторое дополнительное давление в жидкости. Однако это давление заметно сказывается лишь на малых размерах и для сферических объемов (капель).

Влияние сил поверхностного натяжения приходится учитывать при работе с жидкостными приборами для измерения давления, при истечении жидкости из малых отверстий, фильтрации, образовании капель и в других случаях, когда прочие силы, действующие на жидкость (вес, давление) малы. Действительно в трубках малого диаметра возникает дополнительное давление, обусловленное поверхностным натяжением, которое вызывает подъем или опускание жидкости в ней относительно нормального уровня. Высоту подъема смачивающей жидкостью или опускание несмачивающей жидкости в трубке диаметром d (рис. 1.1) определяют по формуле

16

где коэффициент k имеет следующие значения: для воды +30 мм2, для ртути –10,1 мм2.

Это значит, что при замере давления с помощью трубочки диаметром 1 мм, мы будем мерить давление на 30 мм Н2О больше чем оно есть на самом деле, для ртути на 10 мм Hg меньше давление, чем оно есть на самом деле из-за того, что жидкость в трубочках поднялась или опустилась из-за сил поверхностного натяжения.

Поэтому при измерениях следует применять трубки большого диаметра, когда силы поверхностного натяжения минимальны.

6. Теплоемкость – параметр, характеризующий способность среды или тела аккумулировать тепло. Количество энергии, передаваемое при тепловом взаимодействии тел, называется количеством тепла. В системе СИ теплота измеряется в джоулях, но может измеряться и в калориях. Они связаны следующим соотношением

1 кал = 4,1868 Дж.

Удельная теплоемкость численно равна количеству тепла, которое необходимо сообщить телу единичной массы для повышения его температуры от t °С до (t +1)°С. Количество тепла, полученное

где C – удельная теплоемкость.

Теплоемкость зависит от условий нагревания. При изобарическом процессе (нагревание происходит при постоянном давлении), она называется теплоемкостью при постоянном давлении – CP .

Теплоемкость при изохорическом процессе (нагревание осуществляется при постоянном объеме) называется теплоемкостью при постоянном объеме – CV . Всегда CP >CV . Для веществ в твердом

или жидком состоянии CP и CV отличаются незначительно. По-

этому в дальнейшем удельную теплоемкость будем обозначать как C.

17

Единицы измерения удельной теплоемкости: Дж(кг К) или ккал(кг К). В интервале от 0 до 100 °С удельная теплоемкость воды мало изменяются, и ее можно принять равной 1 ккал(кг К). Существенное увеличение удельной теплоемкости воды происходит при температуре более 200 °С.

7.Переход жидкости в газообразное состояние, происходящее с

ееповерхности, называется испарением, а обратный переход − конденсацией. Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, однако интенсивность испарения неодинакова у различных жидкостей и зависит от условий, в которых они находятся.

Испарение, происходящее не только на поверхности, но и внутри жидкости, называется кипением. Оно происходит всегда при постоянной (для данного внешнего давления) температуре, которая называется температурой кипения. Испарение жидкости в открытом сосуде может продолжаться до полного исчезновения жидкости. В закрытом сосуде испарение жидкости продолжается до установления равновесия между массой вещества, находящегося в жидком состоянии и массой пара. При этом равновесии будут наблюдаться процессы испарения и конденсации, компенсирующие друг друга. Это так называемое динамическое равновесие. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, назы-

вается насыщенным.

С повышением температуры увеличиваются давление и плотность насыщенного пара, а плотность жидкости уменьшается. Так будет продолжаться до температуры, при которой их плотности станут равными друг другу. При этом пропадет граница между ними.

Один из показателей, характеризующих испаряемость жидко-

сти, − температура ее кипения при нормальном атмосферном давлении: чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость жидкости.

В гидравлических системах работа насоса при нормальном атмосферном давлении является лишь частным случаем. Обычно приходится иметь дело с испарением, а иногда и кипением жидкостей при различных температурах и давлениях. Поэтому более полной характеристикой испаряемости является давление (упругость) насыщенных паров PП , выраженное в функции от темпера-

18

туры. Давление, при котором закипает жидкость при данной температуре жидкости, называется давлением насыщенного пара. Чем больше давление насыщенных паров при данной температуре, тем больше испаряемость жидкости. С увеличением температуры давление PП повышается. В табл. 1.3 приведены значения давления

насыщенного пара для воды от температуры.

Таблица 1.3 Значения давления насыщенного пара для воды от температуры

Давление насыщенных паров зависит не только от физикохимических свойств жидкости, но и от соотношения объемов жидкой и газопаровой фаз. Давление насыщенных паров возрастает с увеличением части объема, занятого газовой фазой. Понятие насыщенного пара или упругости паров очень важно для оценки кавитационных свойств насосов.

8. Растворимость газов в жидкостях происходит при всех условиях, но количество растворенного газа в единице объема жидкости для разных жидкостей различно и изменяется с увеличением давления. Во всех жидкостях имеется растворенный газ. Его относительный объем, растворенный в жидкости до полного ее насыщения, можно считать прямо пропорциональным давлению, т.е.

где VГ – объем растворенного газа в объеме жидкости VЖ при нормальных стандартных условиях (давление = 1 атм, температура = 20 °С), k – коэффициент растворимости. Для стандартных

условий коэффициент k имеет следующие значения: для воды – 0,016, для керосина – 0,127, для масла – 0,08. То есть при прочих равных условиях в керосине всегда растворено большее количество газов (воздуха). При атмосферном давлении в 1 м3 воды находится

19

0,016 м3 воздуха. При увеличении давления в два раза во столько же увеличивается количество растворенного воздуха в том же объеме жидкости. При понижении давлении в жидкости или на входе в насос происходит выделение растворенного в ней газа. Причем газ выделяется из жидкости интенсивнее, чем растворяется в ней. Это явление отрицательно сказывается на работе насосов и гидравлических систем.

9. Если на тело действуют внешние силы, то в теле возникают силы реакции, направленные в сторону, противоположную действию сил, что обусловлено межмолекулярными связями. Выделим из общего объема небольшой замкнутый объем жидкости или газа. В этом случае силы реакции располагаются на поверхности выделенного объема. Произвольно действующую по отношению к поверхности силу реакции разложим на две составляющие: касательную и нормальную. Касательная составляющая, обусловленная вязкостью, действует вдоль поверхности элемента жидкости и проявляется только во время движения жидкости или газа. Нормальная составляющая силы реакции существует как в процессе движения, так и в покое.

Рассмотрим жидкостную систему, находящуюся в равновесии. Пусть имеется сосуд, содержащий объем жидкости или газа (рис. 1.2).

Расположим внутри объема этой жидкости произвольным образом плоскость АВ, которая разделит массу жидкости на две массы: I и II. Если отбросить массу II, то для того, чтобы равновесие остального объема не нарушалось, необходимо в каждой точке поверхности АB ввести силы, уравновешивающие воздействие массы II на оставшуюся часть жидкости. Предположим, что эти силы направлены произвольно к поверхности АВ (точное

направление их неизвестно). Считаем, что поверхность состоит из маленьких площадок размером S. На элементарную площадку действует произвольно направленная сила R . Разложим эту силу

20