1.3.2. Температурное расширение жидкости

С изменением температуры жидкости изменяется и ее объем. Это необходимо учитывать в практической деятельности, например, при заполнении резервуаров, цистерн и т.д.

Расширение жидкости при нагревании оценивается температурным коэффициентом объемного расширения β_t, которым называется число выражающее относительное изменение объема жидкости на единицу изменения температуры:

(1/˚С). (1.7)

Коэффициент объемного расширения жидкости находится в обратной зависимости от температуры.

1.3.3. Вязкость

В язкость является мерой способности жидкости сопротивляться относительному перемещению ее частиц при воздействии внешних сил. Это свойство жидкости сопротивляться сдвигу. Слои с большей скоростью стремятся увлечь слои с меньшей скоростью и наоборот, слои с меньшей скоростью тормозят слои с большей скоростью/1,2/.

В результате получается процесс, аналогичный трению, и он называется внутренним трением. Силы, возникающие при этом, называются силами внутреннего трения или силами вязкости (рис. 1).

Величина силы внутреннего трения зависит от характера изменения скорости по нормали к поверхности, от размеров трущихся поверхностей и от рода жидкости и не зависит от давления, таким образом, сила внутреннего трения:

, (1.8)

где S – площадь соприкасающихся слоев;

μ – коэффициент внутреннего трения или абсолютной (динамической) вязкости;

– градиент скорости, т.е. падение скорости на единицу расстояния между двумя параллельными слоями жидкости.

(1.9)

Градиент скорости может быть со знаком «+» или «–», в зависимости от изменения скорости по сечению.

Если силу внутреннего сопротивления отнести к единице площади получается значение касательного напряжения τ:

; . (1.10)

Единица вязкости “пуаз”: 1 пуаз = 0,1 Н∙с/м².

Кинематическим коэффициентом вязкости является отношение μ к плотности:

; (1.11)

или – называется «стоксом».

Кинематическая вязкость газов определяется по формуле:

, (1.12)

где – средняя скорость молекул;

l – длина свободного пробега молекул между двумя столкновениями ее с другими молекулами.

В язкость капельных жидкостей находится в обратно пропорциональной прямой зависимости от температуры, а газообразных наоборот (рис. 2).

Кинематический коэффициент вязкости масел при различных давлениях можно определить по эмпирической формуле:

, (1.13)

где ₀ – кинематический коэффициент вязкости при нормальном атмосферном давлении;

k – коэффициент, принимаемый для легких масел 0,002, для тяжелых масел 0,003.

1.4. Понятие о кавитации

Кавитацией называется следующее явление – при пониженном давлении в какой-либо точке потока жидкости до величины ниже давления насыщенных паров при данной температуре жидкость вскипает; выделившиеся пузырьки пара (каверны) разрывают жидкость, далее паровые пузырьки переносятся потоком в область более высокого давления, где он конденсируются, т.к. процесс конденсации парового пузырька происходи мгновенно, то частицы жидкости, заполняя его, перемещаются к центру с большой скоростью (м/с). В результате кинематическая энергия соударяющихся частиц жидкости в момент завершения конденсации, переходя в потенциальную энергию, вызывают резкое возрастание давления в центре конденсации. Если конденсация паровых пузырьков будет происходить у стенок канала, где протекает жидкость, то они будут подвергаться действию высокого давления, в результате чего на поверхности стенок образуются микроскопические углубления (эрозия), что приводит к быстрому износу стенок канала. Кавитация может возникнуть в трубопроводах, в насадках, в насосах и в других устройствах. Кавитация оказывает отрицательное действие, нарушая нормальный режим работы гидросистем, а в отдельных случаях приводит к их разрушению.