- •1. Гидравлтка как предмет
- •2. Методы исследования
- •3. Жидкость как объект изучения гидравлики
- •Гипотеза сплошности
- •4. Основные свойства жидкости Плотность
- •Удельный вес
- •Относительный удельный вес
- •Сжимаемость жидкости
- •Температурное расширение жидкости
- •Растворение газов
- •Кипение
- •Сопротивление растяжению жидкостей
- •Вязкость
- •Анализ свойства вязкости
- •Неньютоновские жидкости
4. Основные свойства жидкости Плотность
Плотность жидкости , так же как любых других тел, представляет собой массу единицы объёма, и для бесконечно малого объёма жидкости dV массой dM может быть определена по формуле:
Для однородных жидкостей можно считать, что
где M – масса жидкости,
V – объём жидкости.
Единицы измерения:
[кг/м3], [кг/дм3], [кг/л], [г/см3].
Плотность жидкости зависит от температуры и давления. Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности с ростом температуры. Плотность воды имеет максимум приt = 4 оC и уменьшается при любых других температурах. В этом проявляется одно из аномальных свойств воды. Температура, при которой плотность воды максимальная, с увеличением давления уменьшается. Так, при давлении 14 МПа вода имеет максимальную плотность при 0,6 оC.
Плотность пресной воды равна 1000 кг/м3, солёной морской воды - 1020 ÷ 1030, нефти и нефтепродуктов – 650 ÷ 900 кг/м3, ртути – 13596 кг/м3.
При изменении давления плотность жидкостей изменяется незначительно. В большинстве случаев плотность жидкости в расчётах можно принимать постоянной. Однако встречаются случаи, когда изменением плотности пренебрегать нельзя, т.к. это может привести к значительным ошибкам.
Удельный вес
Удельным весом жидкости - называется вес единицы её объёма. Эта величина выражается формулой для бесконечно малого объёма жидкости dV с весом dG:
Для однородных жидкостей можно считать:
,
где G – вес жидкости.
Удельный вес жидкости и плотность связаны соотношением:
,
где g – ускорение свободного падения.
Единицы измерения: [Н/м3], [Н/дм3], [Н/л], [Н/см3], 1Н=1кг•м/с2.
Значение ускорения свободного падения g на земле изменяется от 9,831 м/с2 на полюсах до 9,781 м/с2 на экваторе.
Относительный удельный вес
Иногда удобно использовать такую характеристику жидкости, которая называется «относительный удельный вес». Это отношение удельного веса жидкости к удельному весу пресной воды
Единицы измерения: Относительный удельный вес - величина безразмерная.
Сжимаемость жидкости
Сжимаемость жидкости это свойство жидкостей изменять свой объём при изменении давления.
Сжимаемость характеризуетсякоэффициентом объёмного сжатия (сжимаемости) βP, представляющим собой относительное изменение объёма жидкости V при изменении давления P на единицу.
Знак минус в формуле указывает, что при увеличении давления объём жидкости уменьшается.
Единицы измерения: Па-1 (Паскаль. 1Па=1Н/м2).
Отсутствие знака минус в этом выражении означает, что увеличение давления приводит к увеличению плотности.
Величина, обратная коэффициенту сжимаемости, или, по-другому, коэффициенту объёмного сжатия , обозначается
и называется объёмным модулем упругости жидкости.
Тогда предыдущая формула примет вид
.
Это выражение называется законом Гука для жидкости.
Единицы измерения: [Па], [МПа], [кГс/ см2].
Модуль упругостиЕж зависит от температуры и давления. Поэтому различают два модуля упругости: адиабатический и изотермический. Первый имеет место при быстротекущих процессах без теплообмена. Процессы, происходящие в большинстве гидросистем, происходят с теплообменом, поэтому чаще используется изотермический модуль упругости. Примерная форма зависимостей Eж от P и t0 представлена на графиках. Всё это говорит о том, что жидкости не вполне точно следуют закону Гука.
Приведём несколько примеров значений модулей упругости.
Минеральные масла, используемые в технологических машинах с гидравлическим приводом, при t0 = 20 оC имеют объёмные модули упругости 1,35·103 ÷ 1,75·103 МПа (меньшее значение относится к более легкому маслу), бензин и керосин – приблизительно 1,3·103 МПа, глицерин - 4,4·103 МПа, ртуть – в среднем 3,2·103 МПа.
В практике эксплуатации гидравлических систем имеются случаи, когда вследствие действия того или иного возмущения в жидкости может значительно изменяться давление. В таких случаях пренебрежение сжимаемостью приводит к существенным погрешностям.