Физические свойства жидкостей

• Название: Физические свойства жидкостей
• Дата: 16.02.2023
• Размер: 68.35 Kb.
• Имя файла: 238f84acd41a5edaa30242f03a460f55.docx
• Тип: Документы; #939594

1. 
   ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ
   
   1. 
      Сведения из теории
      

Жидкостью называется физическое тело, обладающее двумя отличительными особенностями: незначительным изменением своего объема под действием больших внешних сил и текучестью, легкоподвижностью, т.е. изменением своей формы под действием даже незначительных внешних сил. Одной из основных механических характеристик жидкости является плотность.

Плотностью  (кг/м³) называется масса единицы объема жидкости:

(1.1)
где m – масса жидкого тела, кг; W – объем, м³.
Плотность жидкостей уменьшается с увеличением температуры. Исключение представляет вода в диапазоне температур от 0 до 4 ⁰С, когда ее плотность увеличивается, достигая наибольшего значения при температуре 4 ⁰С  = 1000 кг/м³.

Удельным весом  (Н/м³) жидкости называется вес единицы объема этой жидкости:

(1.2)
где G – вес жидкого тела, Н; W – объем, м³.
Для воды при температуре 4 ⁰С g = 9810 Н/м³. Между плотностью и удельным весом существует связь:

(1.3)
где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².
Сопротивление жидкостей изменению своего объема под действием давления и температуры характеризуется коэффициентами объемного сжатия и температурного расширения.

Коэффициент объемного сжатия  _w (Па^-1) – это относительное изменение объема жидкости при изменении давления на единицу:
(1.4)
где W – изменение объема W;  – изменение плотности , соответствующие изменению давления на величину p.
Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости жидкостей E_ж (Па):
(1.5)
Значение модуля упругости жидкостей зависит от давления и температуры. Если принять, что приращение давления , а изменение объема то:
(1.6)

(1.7)
Коэффициент температурного расширения _t (⁰С)^-1, выражает относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на один градус:

(1.8)
где  W – изменение объема W, соответствующее изменению температуры на величину t.
Коэффициент температурного расширения воды увеличивается с возрастанием температуры и давления; для большинства других капельных жидкостей _t с увеличением давления уменьшается. Если принять, что приращение температуры t = t – t₀, а изменение объема  W = W – W₀ , то:

(1.9)
(1.10)
Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. Вязкость проявляется только при движении жидкости и сказывается на распределении скоростей по живому сечению потока (рис. 1.1).



Согласно гипотезе Ньютона сила внутреннего трения F в жидкостях пропорциональна градиенту изменения скорости , площади соприкосновенияслоев S, зависит от рода жидкости и очень незначительно зависит от давления.

(1.11)
где S – площадь соприкасающихся слоев, м²; du – скорость смещения слоя "b" относительно слоя "a", м/с; dy – расстояние, на котором скорость движения слоев изменилась на du, м; – градиент скорости, изменение скорости по нормали к направлению движения (с^-1);  – коэффициент динамической вязкости (Па  с).
Если силу трения F отнести к единице площади соприкасающихся слоев, то получим величину касательного напряжения , и тогда (1.11) примет вид:

(1.12)
Из (1.12) следует, что коэффициент динамической вязкости может быть определен как:

(1.13)

Из (1.13) нетрудно установить физический смысл коэффициента динамической вязкости. При градиенте скорости = 1;  =  и выражает силу внутреннего трения, приходящуюся на единицу площади поверхности соприкасающихся слоев жидкости.

В практике, для характеристики вязкости жидкости, чаще применяют не коэффициент динамической вязкости, а коэффициент кинематической вязкости  (м²/с). Коэффициентом кинематической вязкости называется отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости:

(1.14)
Вязкость жидкости зависит от рода жидкости, от температуры и от давления. Зависимость вязкости минеральных масел, применяемых в гидросистемах, от давления p при возрастании его до 50 МПа, можно определять с помощью приближенной эмпирической формулы:
(1.15)
где  _pи  – кинематическая вязкость соответственно при давлении p и 0,1 МПа; K – опытный коэффициент, зависящий от марки масла: для легких масел ( ₅₀ < 15 10^-6м²/с) К = 0,02, для тяжелых масел ( ⁵⁰ > 15 10^-6м²/с) К = 0,03.
При незначительных давлениях изменением вязкости пренебрегают. С повышением температуры вязкость жидкости уменьшается. Зависимость коэффициента кинематической вязкости от температуры определяется по эмпирической формуле:
(1.16)
Для смазочных масел, применяемых в машинах и гидросистемах, рекомендуется следующая зависимость:

(1.17)
где _t – кинематическая вязкость при температуре t; ₅₀ – кинематическая вязкость при температуре 50⁰С; n – показатель степени, зависящий от ₅₀, определяемый по формуле:
(1.18)
Вязкость жидкости определяют при помощи вискозиметра Энглера и выражают в градусах Энглера (⁰Е). Градус Энглера (⁰Е) есть отношение времени истечения испытуемой жидкости ко времени истечения дистиллированной воды. Для перехода от вязкости в градусах Энглера к коэффициенту кинематической вязкости  применяется формула Убеллоде:
(1.19)

Вязкость также определяют капиллярным вискозиметром Оствальда. Коэффициент кинематической вязкости в этом случае определяют по формуле:

(1.20)
где с – постоянная прибора; T_ж – время истечения жидкости, с.