Никитин О.Ф. Гидравлика и гидропневмопривод DJVU (948287), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Отсутствие длительных межмолекулярных связей обусловливает как текучесть газа, так и его сжимаемость. В общем случае давление и температура газа определяются его обьемом. Зависимость между давлейием и объемом устанавливается характеристическим уравнением состояния идеального газа Клапейрона — Менделеева: р, = р„Я7", где р„, р, — давление и плотность газа соответственно; Я вЂ” газовая постоянная (для воздуха— 287 Дгкг(кг К)); Т вЂ” абсолютная температура. Тепловое расширение — изменение размеров тела в процессе нагревания (при р = сопзг) — характеризуется коэффициентом объемного РасшиРениЯ 1)г, котоРый Равен отношению относительного изменения объема г5 грг к приращению температуры на 1'С при р = Л11"г 1 = сопзг, т.
е. 11г =, где И"в — объем пРи начальной темпегго ратуре. Единица в СИ вЂ” К ', 'С '. Гл. 1, Гндроетатика Для рабочих жидкостей на нефтяной основе (минеральных масел) рг = 7 10~...8. 10 1!'С. Для нефти и нефтепродуктов 1(.И. Менделеевым получена зависимость изменения плотности от изменения температуры: р = Ро , где р и ре -- плотность при 1+15 ЬТ температуре Т и Те соответственно; Ь Т = Т вЂ” Те.
Вязкость — свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Между слоями, движущимися с разными скоростями, действуют касательные силы внутреннего трения. Другими словами, вязкость— внутреннее трение. Различают объемную и тангенциальную вязкость. Обьемная ьязкость характеризует способность жидкости воспринимать сжимающие и растягивающие силы и проявляется в сдвиге фаз между давлением, оказываемом на жидкость, и объемной деформацией, которую создает это давление. Тангенниальная вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу (скольжению) или относительному перемещению се слоев. При течении жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока, обусловленное вязкостью (рис. 1.4).
Скорость движения и уменьшается по мере сокращения рас- и или стояния у до стенки вплоть до и = 0 при у = О. Между слоями происходит проскальзывание, сопровождающееся возникновением касатель- Рис. 1.4. Профиль иых напряжений вследствие взаимодействия скоростей при двимолекул, расположенных по разные стороны женин вязкой жид~раницы между слоями, а не за счет переноса кости вли1ль стенки молекул через эту границу. В газе вязкость, характеризующая перенос количества движения, обусловлена тепловым хаотическим движением молекул и переходом молекул из одного слоя в другой, при этом касательные напряжения компенсируют перенос количества движения. Скорость хаотического неупорядоченного (поперечного) движения молекул газа на два порядка выше скорости упорядоченного (продольного) движения.
В жидкостях вязкость и связанный с этим перенос количества движения обусловлены разрушением межмолекулярных связей, а диффузия— тепловым движением. В отличие от твердых тел, где напряжение пропорционально деформации, в жидкостях, согласно гипотезе Ньютона, касатель- 25 Ч. 1. Гидравлика ные напряжения зависят от типа жидкости и скорости деформации. При слоистом течении касательное напряжение изменяется прямо пропорционально так называемому поперечному градиенту скорости (скорости деформации): с1и т= 4- р- —, ф где р — коэффициент пропорциональности, называемый динамической вязкостью; ои/4у — изменение скорости, приходящееся на единицу длины в направлении толщи у потока и, следовательно, характеризующее интенсивность сдвига слоев жидкости в некоторой точке.
Знак плюс или минус выбирают в зависимости от знака скорости деформации так, чтобы напряжение было полоя<ительным. Таким образом, Р= атаби За единицу динамической вязкости в СИ принят паскаль- секунда (Па с); в СГС вЂ” пуаз (П), 1 П = 0,1 Па.с = 0,0102 кгс. с/м~. Наряду с динамической вязкостью р применяют ютегиатическую вязкость и, которая определяется как и = р7р. Единицей измерения в СИ является квадратный метр на секунду (м~~с); в М КГСС— стоке (Ст); 1 Ст = 1 10 мт/с. Сотая доля стокса — сантистокс (сСт): 1сСТ =0,01Ст=1мм'/с=10 м~!с. В жидкостях молекулы расположены на малом расстоянии друг от друга, и вязкость обусловлена силами межмолскулярного взаимодействия, которые с повышением температуры ослабевают, поэтому вязкость уменьшается (рис. 1.5).
В газах вязкость — результат обмена количеством движения между молекулами при их беспорядочном тепловом движении, интенсивность которого увеличивается с ростом температуры. Поэтому вязкость газов с повышением температуры увеличивается (см. рис. 1.5). Влияние температуры на вязкость жидкостей определяется следующей формулой; л (Тз Т)3, где 1тз и р1 — вязкость при температуре Тэ = 273 + гз и Т, = 273 + й; 1.
— коэффициент, зависящий от типа и марки жидкости, 1!'С; для 26 Гд. 1. Гидростатика жидкостей на нефтяной основе Х = 0,02...0,03 11'С (большее значение соответствует температуре около 20 'С, а меньшее — 80...90 'С). Вязкость жидкости зависит от давления, что существенно проявляется при давлении, превышающем 30...40 МПа.
С ростом даввсния (Р > 20 МПа) вязкость большинства жидкостей увеличиваетгя в соответствии с формулой Нз =(т~ехР(п(Р2 Р1)) где 1тз и ц~ — вЯзкость пРи давлении Рз и Рб а — коэффициент, зависящий от типа и марки жидкости, МПа ~; для масел на нефтяной основе коэффициент гт изменяется в пределах 0,002...0,003 (нижний уровень соответствует высокой температуре, а верхний — низкой). ч, ммт1е 5000 1000 100 10 1,57 1,0 0,3 -50 -40 04 40 80 ЬчС 100 13 10 -50-40 0 20 40 80 0'С Рис.
1.5. Зависимости вязкости капельпой жидкости (масло, вода) и газа (воздуха) от температуры В отличие от жидкостей вязкость газа не зависит от давления, так как произведение плотности р и длины 1 свободного пробега молекулы между двумя столкновениями не зависит от давления. Таким образом, законы трения жидкостей, обусловленных вязкостью, принципиально отличаются от законов трения твердых тел. В соответствии с гипотезой Ньютона в покоящейся жидкости касательные напряжения будем считать равными нулю.
27 Ч. 1 Гидравлика Жидкости, для которых справедлива гипотеза Ньютона, называют ньютоновскими. Существуют жидкости (коллоидные суспензин, растворы полимеров, строительные растворы и т. п.), для которых связь между касательным напряжением и скоростью деформации при сдвиге выражается другими законами.
Такие жидкости называют неньютоновскими. Например, для неньютоновской (вязкопластичной) жидкости а'и т тв ьр ау это свидетельствует о том, что движение лишь начнется после того, как внешней силой будет преодолено напряжение сдвига тм т. е. в состоянии покоя существуют касательные напряжения, а вязкость проявляется лишь при движении жидкости. Растворимость — возможность образования растворов. Газ растворяется в жидкостях при любых условиях. В единице объема жидкости количество растворенного газа различно лля разных жидкостей и зависит от температуры и давления среды. Относительный объем газа, растворенного в жидкости до полного насыщения, согласно закону Генри — Дальтона, прямо пропорционален давлению смеси: Рл — =)г —, н'л Ра где 5; — объем растворенного газа, приведенный к нормальным условиям (за нормальные условия принято абсолютнос давление рь = 0,1 МПа и температура среды ~л = 20 'С); И; — объем смеси; к — коэффициент растворимости газа в жидкости при тсмпературе 1ь, р, — давление смеси, измеренное в абсолютных величинах.
При нормальных условиях для фаз вода — воздух й = 0,01б; нефть— воздух к = 0,075...0,127. Прн понижении давления осуществляется интенсивное выделение газа, причем процесс выделения газа из жидкости происходит более интенсивно, чем процесс растворения. Экспериментально доказано, что плотность и модуль упругости жидкости в растворе не изменяются. В жидкостях может находиться достаточно большое количество смешанных с ней газов. Количество смешанных газов (воздуха) оценивают коэффициентом растворимости й = 11'„/В;.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
