Лекция №1. Тема: «Цели и задачи дисциплины. Жидкость и ее основные физические свойства»

Гидравлика – техническая механика жидкости – прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкости, а также способы применения этих законов к решению инженерных задач. В настоящее время гидравлика является общетехнической дисциплиной. В современной промышленности нет области, где не приводятся гидравлические расчеты процессов, устройств и механизмов. И поэтому она читается практически во всех технических вузах. Законы гидравлики изучаются и используются даже в таких далеких от нее областях, как биология, медицина и т.д. Гидравлика лежит в основе ряда перспективных направлений технического процесса.

Особое значение гидромеханика (гидравлика) имеет для нефтяной и газовой промышленности, так как все ее процессы, начиная от бурения разведочных скважин и заканчивая транспортировкой готовой продукции потребителю, связаны с перемещением и хранением жидкости. Для того, чтобы хорошо понимать работу этих систем, грамотно их эксплуатировать, уметь устанавливать причины неисправностей и назначить пути их устранения, а тем более для того, чтобы проектировать и рассчитывать эти системы, нужно иметь соответствующую подготовку в области технической гидромеханики. Отсюда целью преподавания дисциплины является подготовка специалистов для проектно-конструкторской, исследовательской и производственной деятельности в области создания, совершенствования и эксплуатации систем и механизмов, связанных так или иначе с движением и хранением жидкости. В результате изучения курса «Общая гидравлика» студенты должны овладеть ее методами в той степени, которая достаточна для решения не только инженерных задач, но для чтения современной научной и технической литературы.

Жидкостью называется непрерывная среда, обладающая свойством текучести.

Сжимаемость – свойство жидкости изменять свою плотность при изменении давления и (или) температуры.

Плотность капельных жидкостей при температуре и давлении, отличных от начальных, может быть найдена из выражения

, (1.1)

где - плотность жидкости при начальных температур и давлении; и - приращения температуры и давления; и - коэффициенты температурного расширения и объемного сжатия, представляющие собой относительное изменение объема жидкости при изменении температуры или давления на одну единицу:

; . (1.2)

Величина, обратная , называется модулем упругости жидкости . Значения коэффициентов и весьма малы.

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Если представить поток состоящим из отдельных слоев бесконечно малой толщины , то скорости этих слоев будут изменяться по некоторому закону от нуля (у стенки) до максимума (в центре потока). В прямолинейном движении (разность скоростей трущихся слоев жидкости) можно рассматривать как скорость деформации, а градиент скорости как угловую скорость деформации.

Согласно гипотезе И. Ньютона, высказанное им, а затем экспериментально и теоретически обоснованной проф. Н.П. Петровым, сила внутреннего трения Т, возникающая между двумя слоями движущейся прямолинейно жидкости, прямо пропорциональна поверхности соприкасающихся слоев , градиенту скорости , зависит от рода жидкости и температуры

, (1.3)

где - динамическая вязкость.

Жидкости, в которых силы внутреннего трения не подгоняются уравнению (1.3), называются аномальными или неньютоновскими. К ним относятся некоторые масла при отрицательных температурах, коллоиды, парафинистые нефтепродукты при низких температурах. Вода, воздух, спирт, ртуть, большинство масел, применяемых в гидроприводах, и другие относятся к обычным, т.е. ньютоновским жидкостям.

Разделив обе части уравнения (1.3) на , получим касательное напряжение (напряжение силы трения)

. (1.4)

Из уравнения (1.4) следует, что динамическая вязкость численно равна касательному напряжению при градиенте скорости , равном единице, т.е. имеет вполне определенный физический смысл и полностью характеризует вязкость жидкости. Единицей динамической вязкости в системе СИ является паскаль-секунда (Па·с]. Широко применялась также единица системы СГС – пуаз ; 1П=0,1 Па·с.

При выполнении технических расчетов в гидравлике обычно пользуются кинематической вязкостью , представляющей собой отношение динамической вязкости к ее плотности

(1.5)

Размерность кинематической вязкости в системе СИ является метр в квадрате на секунду ( ). Широко приминялась также единица системы СГС – сантиметр в квадрате на секунду, называющаяся стокс а также ее производная – сантистокс (сСт); 1 Кинематическая вязкость воды при нормальном атмосферном давлении ( ) и температуре 20 С равна . Для определения вязкости жидкостей используют приборы, называемые вискозиметрами.

Литература: 1 осн.[11-27]; 3осн.[12-21]; 4осн.[7-13].

Контрольные вопросы

1.Какими коэффициентами характеризуется свойство жидкости сжимаемость и каковы их размерности в системах СИ и СГС?

2.Что такое модуль упругости жидкости?

3.Как связаны между собой динамический и кинематический коэффициенты вязкости?