1.3. Механические характеристики и основные свойства жидкостей
Основные механические характеристики
Одной из основных механических характеристик жидкости является ее плотность. Плотностью жидкости называют массу жидкости заключенную в единице объема.
Удельным весомназывают вес единицы объема жидкости, который определяется по формуле:
С увеличением температуры удельный вес жидкости уменьшается.
Основные физические свойства
1. Сжимаемость — свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия, который определяется по формуле
где V — первоначальный объем жидкости, dV — изменение этого объема, при увеличении давления на величину dP.
Величина обратная βV называется модулем объемной упругости жидкости:
Модуль объемной упругости не постоянен
и зависит от давления и температуры.
Сжимаемость понижает жесткость гидропривода, т.к., на сжатие затрачивается энергия. Сжимаемость может явиться причиной возникновения автоколебаний в гидросистеме, создает запаздывание в срабатывании гидроаппаратуры и исполнительных механизмах.
Иногда сжимаемость жидкостей полезна — ее используют в гидравлических амортизаторах и пружинах.
2. Температурное расширение — относительное изменение объема жидкости при увеличении температуры на 1°С при Р = const. Характеризуется коэффициентом температурного расширения
Поскольку для капельных жидкостей коэффициент температурного расширения ничтожно мал, то при практических расчетах его не учитывают.
3. Сопротивление растяжению
. Особыми физическими опытами было показано, что покоящаяся жидкость (в частности вода, ртуть) иногда способна сопротивляться очень большим растягивающим усилиям.
Но в обычных условиях такого не происходит,
и поэтому считают, что жидкость не
способна сопротивляться растягивающим
усилиям.Рис. 1.6. Силы поверхностного натяжения
4. Силы поверхностного натяжения — эти силы стремятся придать сферическую форму жидкости. Силы поверхностного натяжения обусловлены поверхностными силами и направлены всегда внутрь рассматриваемого объема перпендикулярно свободной поверхности жидкости. Рассмотрим бесконечно малый объем жидкости на свободной поверхности. На него будут действовать силы со стороны соседних объемов. В результате, если сложить вектора всех сил действующих на рассматриваемый объем, то суммарная составляющая сила будет направлена перпендикулярно внутрь рассматриваемого объема.
5. Вязкость жидкости — свойство жидкости сопротивляться скольжению или сдвигу ее слоев. Суть ее заключается в возникновении внутренней силы трения между движущимися слоями жидкости, которая определяется по формуле Ньютона
где S — площадь слоев жидкости или стенки,
соприкасающейся с жидкостью, м2,
μ-
динамический коэффициент вязкости, или
сила вязкостного трения, dυ /dy — градиент скорости,
перпендикулярный к поверхности сдвига.
Отсюда динамическая вязкость равна
где τ — касательные напряжения жидкости, τ = T/S.
При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока, обусловленное вязкостью (рис.1.7). Скорость уменьшается по мере уменьшения расстояния y от стенки. При этом при y = 0, скорость падает до нуля, а между слоями происходит проскальзывание, сопровождающееся возникновением касательных напряжений τ.
Рис. 1.7. Профиль скоростей при течении вязкой жидкости вдоль стенки
Величина обратная динамическому коэффициенту вязкости (1/μ) называется текучестью жидкости.
Отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости называется кинематическим коэффициентом вязкости:
Величина ν (произносится «ню») равная 1см²/с называется стоксом (Ст), а 0,01 Ст — 1 сантистоксом (сСт).
Процесс определения вязкости
называется вискозиметрией, а приборы,
которыми она определяется вискозиметрами.
Помимо оценки вязкости с помощью
динамического и кинематического
коэффициентов пользуются условной
вязкостью — градусы Энглера ( Е). Вязкостью,
выраженной в градусах Энглера, называется
отношение времени истечения 200 см³
испытуемой жидкости через капилляр
Такой прибор называется вискозиметром Энглера. Для пересчета градусов Энглера в стоксы для минеральных масел применяется формула
Таким образом, для оценки вязкости жидкости можно использовать три величины, которые связаны межу собой
Рис. 1.8. Способы оценки вязкости жидкости
Вязкость жидкости зависит от температуры и от давления. При повышении температуры вязкость жидкости уменьшается и наоборот. У газов наблюдается обратное явление: с повышением температуры вязкость увеличивается, с понижением температуры — уменьшается.
6. Пенообразование.
7. Химическая и механическая стойкость. Характеризует способность жидкости сохранять свои первоначальные физические свойства при эксплуатации и хранении.
Окисление жидкости сопровождается
выпадением из нее смол и шлаков, которые
откладываются на поверхности элементов
гидропривода в виде твердого налета.
Снижается вязкость и изменяется цвет
жидкости. Продукты окисления вызывают
коррозию металлов и уменьшают надежность
работы гидроаппаратуры.
8. Совместимость. Совместимость рабочих жидкостей с конструкционными материалами и особенно с материалами уплотнений имеет очень большое значение. Рабочие жидкости на нефтяной основе совместимы со всеми металлами, применяемыми в гидромашиностроении, и плохо совместимы с уплотнениями, изготовленными из синтетической резины и из кожи. Синтетические рабочие жидкости плохо совмещаются с некоторыми конструкционными материалами и не совместимы с уплотнениями из маслостойкой резины.
9. Испаряемость жидкости. Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, однако интенсивность испарения неодинакова у различных жидкостей и зависит от условий в которых она находится: от температуры, от площади испарения, от давления, и от скорости движения газообразной среды над свободной поверхностью жидкости (от ветра).
10. Растворимость газов в жидкостях характеризуется объемом растворенного газа в единице объема жидкости и определяется по закону Генри:
где VГ — объем растворенного газа; VЖ — объем жидкости; k — коэффициент растворимости; Р — давление; Ра — атмосферное давление.
Коэффициент k имеет следующие значения при 20 С: для воды 0,016, керосина 0,13, минеральных масел 0,08, жидкости АМГ-10 — 0,1. При понижении давления выделяется растворимый в жидкости газ. Это явление может отрицательно сказываться на работе гидросистем.
Характеристики рекомендуемых рабочих жидкостей | Гидравлическое оборудование
Основные характеристики рабочей жидкости для гидроприводов
Рабочие жидкости, рекомендуемые для применения
*-только для районов особо сурового климата. Рекомендуемые рабочие жидкости для золотниковых гидрораспределителей типа: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3-85 17479.4-87
Характеристики жидкости – Инженерный успех
В просторечии о жидкостях думают только как о жидкостях, но инженерная практика признает два типа жидкостей – жидкости и газы . Жидкости и газы имеют некоторые общие характеристики, такие как отсутствие сопротивления сдвигу, что делает их одинаково полезными, но они также имеют разные характеристики, которые требуют от инженера разных подходов к двум типам жидкостей.
СЖИМАЕМОСТЬ
Сжимаемость является одной из характеристик, при которой газы и жидкости изменяются. Газы сильно сжимаемый . Подумайте о баллонах с кислородом или азотом, которые часто содержат газ под высоким давлением.
Помещение газа под большое давление позволяет поместить гораздо большую массу газа в меньший контейнер. В основном это означает, что давление заставляет газ уменьшаться в объеме.
Жидкости, с другой стороны, едва сжимаемы. Под большим давлением или силой жидкость сохраняет объем, очень близкий к первоначальному объему. Часто жидкости обладают настолько малой сжимаемостью, что их считают сжимаемыми.0003 несжимаемый в инженерных расчетах.
ФОРМА И ОБЪЕМ
В отличие от твердых тел, жидкости принимают форму сосуда, в котором они хранятся. Вода в кувшине имеет форму кувшина. Воздух в воздушном шаре имеет форму воздушного шара. Это может быть контейнер самой странной формы, которую только можно себе представить, и жидкости и газы будут течь, чтобы соответствовать форме контейнера.
Разница в объеме. Газы будут расширяться, чтобы заполнить объем контейнера. Воздух в воздушном шаре занимает все пространство воздушного шара. Жидкости будут поддерживать относительно постоянный объем, поэтому они не обязательно будут заполнять объем контейнера.
Означает ли это, что стакан наполовину полон или наполовину пуст? Хорошо, если этот стакан наполнен воздухом, он полностью полон.
СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИЖУ
Разрушение при сдвиге происходит, когда к материалу прикладывается сила, и материал разрушается параллельно этой силе – например, когда вы режете бумагу ножницами. Газы не обладают сопротивлением сдвигу. Когда вы размахиваете ножом по воздуху, воздух не оказывает сопротивления вашему разделению ножа. Частицы просто перемещаются вокруг ножа.
Жидкости также практически не обладают сопротивлением сдвигу. Как и в случае с воздухом, лезвие ножа можно крутить в воде практически без сопротивления сдвигу. Есть некоторые жидкости, которые могут оказывать некоторое сопротивление, например жидкость с консистенцией чего-то вроде зубной пасты. Однако по сравнению с твердыми телами сопротивление сдвигу практически отсутствует. Молекулы как газов, так и жидкостей хотят постоянно деформироваться вокруг силы сдвига, а не сопротивляться этой силе.
ВЯЗКОСТЬ
Вязкость — это сопротивление жидкости течению. Чем более вязкая жидкость, тем труднее заставить жидкость течь. Вы когда-нибудь слышали выражение «зимой медленнее патоки»? Что ж, патока такая медленная, потому что это очень вязкая жидкость, поэтому она очень устойчива к течению. Вязкость также зависит от температуры, но насколько она зависит от самой жидкости.
Газы имеют очень-очень низкую вязкость. Почти любой перепад давления вызовет течение газа. Жидкости имеют шкалу вязкости. На более вязком конце шкалы находятся густые жидкости, такие как желе, арахисовое масло и моторное масло. К менее вязким концам шкалы приближаются жидкости, такие как вода, а затем спирты.
МОЛЕКУЛЯРНОЕ ПРОСТРАНСТВО
В газах молекулы расположены относительно далеко друг от друга. Молекулы в основном подпрыгивают повсюду и не удерживаются сильными силами притяжения. Поскольку молекулы подпрыгивают повсюду, это означает, что они обладают высокой кинетической энергией.
Эта высокая кинетическая энергия делает газ под высоким давлением очень полезным и одновременно очень опасным. Если газовая труба высокого давления выйдет из строя, вполне вероятно, что отказ приведет к взрыву.
Жидкости по сравнению с газами содержат молекулы, которые плотно упакованы. Силы притяжения в жидкостях намного сильнее, чем в газах, и из-за этого жидкости также имеют гораздо меньшую кинетическую энергию. Эта более низкая кинетическая энергия делает жидкости обычно намного более безопасными при высоких давлениях.
Считаете эту статью полезной? Рассмотрите возможность использования приведенной ниже ссылки, чтобы совершить покупку через Amazon. Как партнер Amazon, небольшая часть любой покупки, сделанной после перехода по ссылке, будет идти к нам, чтобы мы продолжали предоставлять вам больше инженерного контента.
Жидкости: характеристики, классификация, отличия…
Термин жидкость используется для обозначения всех веществ, состоящих из молекул, которые притягиваются друг к другу благодаря очень слабой силе притяжения .
Это не позволяет им сохранять определенную, стабильную форму, что отличает их от твердых материалов, обладающих этим свойством.
Физически жидкости могут быть жидкостями или газами , поскольку ни один из них не может сохранять стабильную форму. Однако разница между ними заключается в том, что первый приспосабливается к форме своего контейнера, а второй имеет меньшее притяжение между его частицами, поэтому они могут сжиматься, поэтому им не хватает ни объема, ни формы.
Какими свойствами обладают жидкости?Жидкости, независимо от того, что они собой представляют, обладают определенными физическими свойствами, такими как:
- Изменение формы: нет восстанавливающая сила , которая требует от них восстановления исходного состава массы, отличающей их от пластичного твердого тела , который действительно имеет восстановительные силы.
- Молекулярная дисперсия: они могут переходить из одного состояния в другое, и благодаря их текучести эта дисперсия может концентрироваться, если применяется внешняя переменная, например температура.
- Плотность: они могут иметь более высокую или более низкую плотность в зависимости от количества вещества в объеме жидкости. Плотность обычно выражается в кг/м3.
- Вязкость: это связано с сопротивлением жидкости формированию, что ограничивает ее текучесть.
- Объем: пространство, занимаемое жидкостью в данном пространстве, определяемое по высоте, ширине и длине. Жидкие жидкости обычно принимают форму своего сосуда. Газы, с другой стороны, не имеют ни объема, ни формы, поэтому они будут максимально расширяться в содержащем их пространстве.
- Давление: сила, с которой масса жидкости действует на тела, погруженные в нее. Например, давление на морском дне намного выше, чем на суше.
Жидкости могут быть:
- Реальные жидкости: все они вязкие или сжимаемые; положение их молекул может непрерывно меняться.
- Ньютоновские жидкости: имеют постоянную вязкость, которая не зависит от приложенной к ним силы. Законы движения Ньютона объясняют поведение этого типа жидкости.
- Неньютоновские жидкости: не имеют уникальной вязкости, поскольку она зависит от приложенной к ним силы, а также от изменений температуры, поэтому они могут находиться в промежуточном состоянии между жидкостью и твердым телом.
- Сверхтекучие вещества: они характеризуются тем, что они могут течь под действием малейшей силы, приложенной к ним, без какого-либо сопротивления или трения.
Хотя и жидкости, и газы считаются жидкостями, для жидкости межмолекулярные силы способствуют движению частиц . У них также есть фиксированный объем . Когда жидкость наливается в сосуд, она занимает объем, меньший или равный объему сосуда.
С другой стороны, газы имеют отдельные движущиеся частицы , которые сталкиваются друг с другом и разлетаются; вот почему у них нет определенного тома . Таким образом, они, как правило, занимают максимально возможный объем контейнера и легко расширяются.
Газы также сжимаемы , так как их объем уменьшается при приложении к ним сил. Жидкости, однако, не уменьшаются в объеме, когда на них действует очень большая сила, поэтому они считаются несжимаемыми . Жидкие жидкости также обычно оказывают давление (известное как гидростатическое давление ) на тела, погруженные в них, или на стенки контейнеров.
Что такое гидромеханика? Гидромеханика является отраслью механики сплошных сред и изучает поведение и движение жидкостей как в состоянии покоя (гидростатика), так и в движении (гидродинамика), а также их взаимодействие с емкостью или ограничивающим их контуром.