шпорэ (Экз мжг)

1Гидравликойназываетсяприкладнойразделмеханики,изучающийзаконыравновесия и движения жидкостей для решения технических задач.Гидромеханика - наука, изучающая равновесие и движение жидкостей и ихвзаимодействие с твердыми телами, полностью или частично погруженными в жидкость.Жидкостью в гидромеханике считаются все среды, которым свойственнатекучесть, то есть способность изменять свою форму под действием сколь угодномалых сил. Обычные жидкости называют капельными, газы называют некапельнымижидкостями.Капельные жидкости в малом количестве под действием поверхностного натяженияпринимают сферическую форму, а в большом количестве образуют свободнуюповерхность раздела с газом. Особенностью капельных жидкостей является то, что онимало изменяют свой объем при изменении давления, поэтому их обычно считаютнесжимаемыми.Некапельные жидкости или газымогут значительно уменьшаться в объеме поддействием давления и неограниченно расширяться при отсутствии давления, т. е.обладают большей сжимаемостью.Механическое движение этих сред описывается едиными дифференциальнымиуравнениями.В гидравлике рассматривают, главным образом потоки жидкости, ограниченные инаправляемые твердыми стенками, т.

е. течения в открытых и закрытых руслах иликаналах. В понятие русло или канал включают поверхности или стенки, которыеограничивают и направляют поток, следовательно, не только русла рек, каналов и лотков,но и различные трубопроводы, насадки, элементы гидромашин и других устройств,внутри которых протекает жидкость.1.2. Предмет гидравликиПредмет гидравлики – законы движения жидкостей и газов при малой скороститечения.Законы движения капельных жидкостей и газов при малой скорости течения газаможно считать одинаковыми.Течения газа относятся к области гидравлики в тех случаях, когда их скоростизначительно меньше скорости звука и, следовательно, сжимаемостью газа можнопренебречь.Примеромтакогодвижениягазовявляютсятечениевоздухаввентиляционных системах, в системах кондиционирования воздуха и некоторыхгазопроводах.21.3. Силы, действующие на жидкость.Вследствие текучести (подвижности частиц) в жидкости действуют силы несосредоточенные, а непрерывно распределенные по ее объему (массе) или поверхности.Внешние силы, действующие на жидкость, разделяют на массовые (объемные) иповерхностные.Массовые силы в соответствии со вторым законом Ньютона пропорциональны массежидкости или, для однородной жидкости, ее объему.

К ним относятся сила тяжести и силыинерции переносного движения, действующая на жидкость при относительном ее покое вускоренно движущихся сосудах или при относительном движении жидкости в руслах,перемещающихся с ускорением.Поделив массовую силу на массу,в правой части закона Ньютона получимускорение равное единичной массовой силе.Поверхностные силы непрерывно, распределены по поверхности жидкости и приравномерном их распределении пропорциональны площади этой поверхности. Эти силыобусловлены непосредственным воздействием соседних объемов жидкости на данныйобъем или же воздействием других тел (твердых или газообразных), соприкасающихся сданной жидкостью.

Как следует из третьего закона Ньютона, с такими же силами, но впротивоположном направлении, жидкость действует на соседние с нею тела.В общем случае поверхностная сила ΔR, действующая па площадке ΔS , направленапод некоторым углом к ней, и раскладывается на нормальную ΔР и тангенциальную ΔТсоставляющие (рис. 1.7). Первая называется силой давления , а вторая - силой трения.31.4.Давление жидкости.Давление в данной точке равно пределу, к которому стремится отношение силыдавления ΔР к площади ΔS, на которую она действует, при стремлении ΔS к нулю.Гидростатическим давлением в покоящейся жидкости называется напряжениесжатия:р = lim ΔР / ΔS(2.1)ΔS→0Если сила давления ΔР равномерно распределена по площадке ΔS то, среднеедавление определяют по формулер= ΔР / ΔS.(2.1)Касательное напряжение в жидкости, т.

е. напряжение трения, обозначается буквой τи выражается подобно давлению пределомτ = lim ΔT / ΔS(2.3)ΔS→01.5.Абсолютное и избыточное давление. Разряжение.1.5.1.Давление, измеренное от абсолютного нуля, называют абсолютным. В техникеотсчитывают давление от абсолютного условного нуля, за который принимается давлениеатмосферного воздуха на поверхности земли, равное примерно одной атмосфере или 1кГ/см2=105 Па.Расположение абсолютного нуля в атмосфере относительно земнойповерхности может быть определено по формуле основного гидростатического закона приусловии, что мы принимаем плотность воздуха постоянной и равной ρ = 1,25 кг/м2.h= Р/ρg = 105/(1,25*9,81) = 8154 м.1.5.2. Давление, измеренное от атмосферного давления Рат, называют избыточнымРизб или манометрическим, потому что его измеряют различными приборами в том числеманометрами.Абсолютное давление равноРабс = Рат +Ризб1.5.3.

Вакуумом илиразряжением называется недостаток давления доатмосферного. Вакуум определяется, как разность между атмосферным давлением иабсолютным, если абсолютное меньше атмосферного.Рвак = Рат - Рабс41.6.Использование пьезометра.Прибор для измерения давления на основе прозрачной трубки, один конец которойприсоединяется к точке, где измеряется давление, другой конец обычно соединен сатмосферой.Свободной поверхностью называется поверхность раздела жидкости и газа.Уровни равного давления параллельны свободной поверхности.Горизонтальные плоскости, проведенные по уровням равного давления,называются: 1)поверхностями равного давления или 2)пьезометрическими плоскостями.Пьезометрической высотой называется заглубление точки измерения относительнопьезометрической плоскости.Если резервуар закрыть герметичной крышкой, и откачать из-под нее давление, такчто давление над свободной поверхностью уменьшится Ро < Ратм, уровень жидкости впьезометре под действием атмосферного давления опустится ниже уровня свободнойP  0g) /  .поверхности на величину hР0 в  ( атмПримем положение пьезометрической плоскости, соответствующей атмосферномудавлению, за начало отсчета.Для точек, лежащих выше этого уровня, будет иметь место разряжение, иизбыточное давление берется со знаком минусДля точек, лежащих ниже уровня атмосферного давления избыточное давлениеположительно, так как разность.51.7.Единицы измерения.В международной системе единиц (СИ) основные механические единицы: метрдлины, килограмм-массы и секунда.

За единицу давления в принят Паскаль.1 Па=1 Н/м2=10-3 кПа=10-6 МПа.В технике в настоящее время продолжают применять систему единиц МКГСС,основные единицы которой: метр, килограмм-сила, секунда. За единицу давления вМКГСС принят 1 кГс/см2, эта величина получила название техническая атмосфера.Соотношение между этими единицами следующее1 Па = 0,102*10-4 кГс/см2.1 кГс/см2 = 98066,5 ПаТакже используется система физических величин СГС (сантиметр, грамм-масса,секунда).

В СГС сила является производной величиной, для ее определения используетсявторой закон НьютонаF = m*a = 1 г*1 см/с2 = 1 г*(см/с2)/с2 = 1 дина.Соотношение между одной диной и Ньютоном равно: 1 дин = 1*10—5 Н.Соответственно в СГС применяются единицы давления при действии силы в 1 динна 1 см2 площади. Соотношение между единицами давления в СГС и СИ1 дин/см2 = 0,1 Па.Внесистемной единицей, но часто употребляемой единицей измерения давленияявляется бар. Бар (по гречески — тяжесть) примерно равная одной атмосфере.Соотношение между баром, Паскалем и технической атмосферой:1 бар = 105 Па=1,02 кГ/см2.Значение атмосферного давления зависит от высоты над уровнем моря и отсостояния воздушной атмосферы.

За нормальное атмосферное давление на уровне моряпринята физическая атмосфера равная 1,033 кГс/см2 , обозначаемая, как 1 атм.Соотношения между этой единицей и Паскалем1 атм =101325Па ≈ 1*105Па62.1. Основные свойства капельных жидкостей1.

Плотностью называется масса вещества, содержащаяся в единице объема.Различают абсолютную и относительную плотность. Абсолютная плотность ρ = М/V.Относительной плотностью δ = ρ/ρв, к плотности воды при температуре 4 °С.2. Удельным весом называют вес единицы объема жидкости. γ = G/V= ρ*gУдельный вес измеряется в системе СИ в Н/м3.3.

Вязкость жидкости.Вязкостью жидкости называется способность сопротивляться деформации (сдвигуее слоев). Вязкость есть свойство противоположное текучести.Рассмотрим два слоя жидкости, двигающиеся на расстоянии Δу. Слой А движетсясо скоростью V, слой В со скоростью V + ΔV. При стремлении величины Δy→0 слои будутбесконечно сближаться и можно перейти к дифференциалам.Закон Ньютона о трении в жидкости: τ = μ(dυ/dy).Коэффициент пропорциональности μ в формуле для определения касательногонапряжения в жидкости называется динамической (абсолютной) вязкостью ихарактеризует сопротивляемость жидкости сдвигу.Сила сопротивления сдвигу Т называется силой внутреннего трения, припостоянстве касательного напряжения на поверхности S.

Т = τS = ± μ (dυ/dy)S.Размерность динамической вязкости можем получить из формулы для касательногонапряжения [μ] = [τ]/[(dυ/dy)].В системе СИ единица динамической вязкости называется «Паскаль- секунда».В системе СГС единица динамической вязкости называется «Пуаз» 1 Пуаз = 1(дина*сек)/см2=0,1 Па*сКинематическая вязкость υ= μ/ ρ.Единицей измерения кинематической вязкости с системе СИ является м2/с, в системе СГС1 м2/с = 104 см2/с(Стокс) =106 сСт - сантиСтокс.Вязкость капельных жидкостей при увеличении температуры уменьшается.Вязкость газов, с увеличением температуры возрастает.Вязкость рабочей жидкости при увеличении температуры уменьшается, при этомтеряется смазывающая способность рабочей жидкости.Зависимость вязкости от давления проявляется при давлениях в несколькодесятков МПа. С увеличением давления вязкость большинства жидкостей возрастает.74. Сжимаемость - свойство жидкости изменять объем под действием давления,характеризуется коэффициентом объемного сжатия, который представляет собойотносительное изменение объема ΔV=V1-V2 при изменении давления ΔР на единицудавления, V1 – первоначальный объем, V2 – конечный объем .

 р = -1 V 2*,м /Н или Па-1.V1 PУвеличению давления Р2>Р1 соответствует уменьшение объема V2<V1, поэтому вформуле имеется знак минус. V2 ≈ V1 *(1— βр *ΔP), ρ2 ≈ ρ1 /(1— βр *Δр)Объемным модулем упругости (ОМУ) К = 1 / βр.Обобщенный закон Гука для жидкостиV P=.VК1Объемный модуль упругости К уменьшается с увеличением температуры ивозрастает с повышением давления.5. Температурное расширение характеризуется коэффициентом объемногорасширения, который представляет собой относительное изменение объема приизменении температуры Т па 1°С и постоянном давлении, т. е.

βт =1 V*.VТ1V2 = V1 (1+ βт*ΔТ), ρ2 = ρ1/(1+ βт*ΔТ),7.Силы поверхностного натяжения. Свободная поверхность жидкостигоризонтальна по всей поверхности раздела между жидкой и газообразной средой, крометочек вблизи твердой стенки сосуда, где проявляются молекулярные силы взаимодействиятвердого стенок с жидкостью. На поверхности раздела жидкости и воздуха действуютсилы поверхностного натяжения, стремящиеся придать объему жидкости сферическуюформу.Поверхность у стенок сосуда искривлена, и искривление сопровождаетсяпоявлением дополнительного давления. Касательная к проекции сферическойповерхности, направленная в сторону стенок трубки в зависимости от смачивания или несмачивания твердой поверхности жидкостью может иметь разный краевой угол θ,соответствующий смачиванию или его отсутствию.Дополнительное давление, возникающее в капилляре определяется формулойР = 2σ/ r,где σ — коэффициент поверхностного натяжения жидкости; r — радиус сферы,которая формируется в соответствие со свойствами жидкости и воздействием внешнейсреды и приблизительно равна радиусу капилляра.С ростом температуры поверхностное натяжение уменьшается.8Высоту подъема смачивающей жидкости или опускания несмачивающей жидкостив стеклянной трубке диаметром d определяют по формуле для полусферического менискаh = 2σ/dρg.(2.10)8.