1 Общие сведения о жидкостях, методах расчета и обработки результатов измерений

1. Практическое занятие «физико-механические свойства жидкостей» Основные сведения

Термин «жидкость» имеет два значения. Так называют агрегатное состояние вещества, промежуточное по своим свойствам между твердым и газообразным, а также тело или вещество, находящееся в жидком состоянии.

Из жидкостей наибольшее применение в сельскохозяйственном производстве получила вода. Она используется в системах водоснабжения населения, производства и животноводства. Большие объемы воды перемещаются в мелиоративных системах.

В сельскохозяйственном машиностроении широкое применение получили различные минеральные и синтетические масла для смазки, а также в системах гидропривода. Жидкости, используемые как горючее для двигателей — бензин различных марок, дизельное топливо.

В практике сельскохозяйственного производства используют материалы, называемые гидросмесями. Гидросмесь — это материал, получаемый перемешиванием достаточно мелких твердых или пластичных частиц с жидкостью. Типичные гидросмеси — корм для свиней, строительные растворы и др.

Плотность жидкости  (кг/м³) характеризуется распределением массы m (кг) по объему V (м³) и определяется по формуле:

. (1.1)

Удельный вес  и плотность  связаны между собой на основе второго закона Ньютона:

, (1.2)

где g — ускорение свободного падения.

Средние значения плотности и удельного веса основных жидкостей приведены в приложении 1.

Сжимаемость жидкостей весьма незначительна, т. е. они хорошо сопротивляются сжатию, проявляя упругие свойства в соответствии с законом Гука:

(1.3)

где V — соответствующее изменение объема;

p — приращение давления;

V₀ — объем при начальном давлении;

E — объемный модуль упругости жидкости.

Средние значения объемного модуля упругости некоторых жидкостей приведены в приложении 2.

Температурное расширение жидкостей происходит с увеличением температуры, которое характеризуется коэффициентом температурного расширения:

, (1.4)

где t — изменение температуры.

Коэффициент температурного расширения зависит от давления, диапазона изменения температуры и приведен для некоторых жидкостей в приложении 3.

Вязкость — свойство жидкостей и газов сопротивляться двигающим (касательным) усилиям, возникающим на границе слоев жидкости, двигающихся с различными скоростями.

В соответствии с гипотезой Ньютона касательные напряжения вязкости определяются соотношением:

, (1.5)

где  — динамический коэффициент вязкости;

—градиент скорости.

В формулах гидравлики динамический коэффициент вязкости связан соотношением:

, (1.6)

где  — кинематический коэффициент вязкости, зависящий от температуры, приведен в приложение 4.

Кипение — свойство жидкости образовывать пар по всему объему жидкости. Жидкость закипает, если давление в ней равно давлению насыщенных паров при данной температуре (приложение 5).

Примеры расчетов

1. Определить количество воды, которое необходимо подать насосом в абсолютно жесткий трубопровод диаметром d = 300 мм и длиной l = 100 м, полностью заполненного при атмосферном давлении, чтобы давление в нем поднялось до 5 МПа.

Порядок расчета.

А) Определяем вместимость трубопровода при атмосферном давлении:

Б) Находим дополнительный объем воды, который необходимо подать в трубопровод, используя закон Гука (1.3), для чего предварительно находится по приложению 2 модуль упругости воды Е_в = 2 060 МПа.

2. Сосуд размерами d = 1 м, H_о = 120 см считается абсолютно жестким и заполнен бензином на высоту Н = 1 м, при температуре t₁ = 20 °C. Определить на какую высоту h поднимется поршень, если сосуд нагреть до температуры t₂ = 50 °C. Весом поршня пренебречь.

Порядок расчета.

1. Определяем объем жидкости при температуре t₁ = 20 °С.

2. Определяем изменение объема жидкости после нагревания, предварительно приняв _t = 0,0008 К^-1 , приложение 3.

3. Высота поднятия поршня определяется из выражения: