Второе начало (закон) термодинамики – один из основных законов термодинамики; устанавливает необратимость макроскопических процессов, протекающих с

конечной скоростью: процессы, связанные с теплообменом при конечной разнице температур, с трением, с диффузией, с выделением джоулевой теплоты и другие, протекающие с конечной скоростью, необратимы, т.е. могут самопроизвольно протекать только в одном направлении.

Имеет две эквивалентные формулировки: 1) Формулировка Р.Клаузиуса: невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от менее нагретого тела к более нагретому телу; 2) Формулировка У.Томсона: невозможен периодический процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу.

В современной термодинамике второе начало термодинамики формулируется как закон возрастания энтропии: в замкнутой макроскопической системе энтропия при любом реальном процессе либо возрастает, либо остается неизменной (в случае обратимых процессов).

Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая невозможность перехода всей внутренней энергии системы в полезную работу.

Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно было создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.

Выталкивающая сила (сила Архимеда) - сила, действующая со стороны жидкости или газа на погруженное в них тело. Линия действия выталкивающей силы, проходит через центр водоизмещения.

Вязкость (внутреннее трение) – свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Вязкость проявляется при движении одних слоев жидкости (газа) относительно других. В этом случае между слоями возникают силы внутреннего трения, направленные вдоль поверхности соприкасающихся слоев и зависящие от их относительных скоростей. Сила внутреннего трения между слоями определяется формулой Ньютонагде– коэффициент динамической вязкости (динамическая вязкость);– градиент скорости в направлении, перпендикулярном движению;– площадь соприкасающихся слоев. Сила внутреннего трения ускоряет медленный слой и замедляет быстрый слой. Единица измерения динамической вязкости –Па∙с. Различают также кинематическую вязкость где– плотность жидкости. Единица измерения кинематической вязкости – м²/с.

В соответствии с законом Ньютона касательные напряжения в движущейся жидкости определяются по формуле:

Жидкости, динамическая вязкость которых зависит от физических свойств среды и не зависит от градиента скорости, называются ньютоновскими жидкостями (вода, керосин и др.). Жидкости, динамическая вязкость которых зависит и от градиента скорости называются неньютоновскими (расплавы полимеров, суспензии, коллоидные растворы и др.). Закон Ньютона для касательных напряжений справедлив только для ламинарных течений. В турбулентных потоках к касательным напряжениям, обусловленным вязкостью, добавляются турбулентные касательные напряжения, порожденные пульсациями скорости.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет вязкость движением и взаимодействием молекул. В газах расстояния между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому вязкость газов – результат хаотического (теплового) движения молекул – явление переноса. Хаотически движущиеся молекулы переносят импульс направленного движения из одного слоя в другой, в результате чего медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. В кинетической теории газов коэффициент динамической вязкости (внутреннего трения) вычисляется по формуле μ = где- средняя скорость теплового движения молекул,- средняя длина свободного пробега молекул. С ростом температуры вязкость газов увеличивается.

В жидкостях, где расстояние между молекулами много меньше, чем в газах, вязкость обусловлена в первую очередь межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. С повышением температуры вязкость жидкостей резко уменьшается.

Г

Газ (от греч. Chaos – хаос) – агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны между собой силами взаимодействия и движутся почти свободно и хаотически в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Время столкновения молекул в газах значительно меньше среднего времени их пробега. В отличие от жидкостей и твердых тел газы не образуют свободной поверхности и равномерно заполняют весь доступный им объем.

Газ идеальный – теоретическая модель газа, в которой молекулы рассматриваются как не взаимодействующие друг с другом материальные точки. Взаимодействие между молекулами сводится к их абсолютно упругим ударам. Разреженные реальные газы при температурах, далеких от температуры конденсации, близки по своим свойствам к идеальному газу. Для идеального газа справедливы следующие законы: Авогадро, Бойля – Мариотта, Гей – Люсакка, Шарля, уравнение Клапейрона – Менделеева.

Газовая динамика – раздел гидроаэромеханики, в котором изучается движение сжимаемых сплошных сред (газа, плазмы) и их взаимодействие с твердыми телами.

Газовая постоянная универсальная – фундаментальная физическая константа, численно равна работе расширения одного моля идеального газа при постоянном давлении при нагревании на 1 К. Численное значение универсальной газовой постоянной в единицах СИ: R = 8,31441 Дж/(моль·К). В механике жидкости и газа чаще используется газовая постоянная R´, равная универсальной газовой постоянной, делённой на массу моля газа R´=R/M, где М – масса моля. Измеряется в Дж/кг. Для газов, близких к идеальному, R=C_p – C_v, где C_p и C_v – молярные теплоёмкости газа при постоянных давлении и объёме соответственно.

Газодинамические функции (изоэнтропические формулы) – формулы, связывающие параметры газового потока – давление плотностьи температуру(и некоторые другие характеристики течения) в произвольном сечении с параметрами заторможенного потокав изоэнтропийном адиабатическом движении газа при помощи безразмерных скоростей, где–число Маха – отношение скорости потока в данном сечении к местной скорости звука;–приведенная скорость (скоростной коэффициент, коэффициент скорости) – отношение скорости потока ккритической скорости ;–относительная скорость – отношение скорости потока кмаксимальной скорости .

Приведем некоторые изоэнтропические формулы.

Функция температуры:

Функция давления:

.

Функция плотности:

Приведенная плотность тока:

где – критическая плотность,– площадь сечения, в котором достигается критический режим течения.

Приведенный статический импульс:

где

Приведенная плотность потока импульса – отношение плотности потока импульса в произвольном сечении энергетически изолированного потока к его значению в заторможенном потоке, т.е. к давлению торможения:

Существуют и другие газодинамические функции.

Газоструйные излучатели – генераторы акустических колебаний, источником энергии которых служит высокоскоростная газовая струя. Действие газоструйных излучателей основано на создании в струе пульсирующего режима течения; возникающие при этом периодические сжатия и разрежения газа излучаются в пространство в виде акустических волн. Пульсации потока являются следствием возникновения автоколебаний при взаимодействии струи с твёрдым препятствием в виде резонатора, клина или мембраны.

Гармоническая функция – функция, непрерывная со своими вторыми производными в области и удовлетворяющая вуравнению Лапласа. Гармонические функции возникают при решении задач гидродинамики несжимаемой жидкости и др. Гармоническими функциями являются потенциал скорости несжимаемой жидкости, функция тока.

Гей-Люссака закон – утверждает, что при постоянном давлении объем идеального газа меняется линейно с температурой: где ─ начальный объем газа, ─ разность начальной и конечной температур, =(1/273) ─ коэффициент теплового расширения, одинаков для всех газов. Закон Гей-Люссака для двух состояний газа можно представить также в виде , где– абсолютная температура. Гей – Люссака закон – частный случайКлапейрона - Менделеева уравнения.

Гельмгольца энергия (свободная энергия, изохорно-изотермический потенциал) – один из термодинамических потенциалов, характеристическая функция термодинамической системы при выборе в качестве независимых термодинамических переменных объёма и температуры . Она связана с внутренней энергией и энтропией соотношением . Изменение свободной энергии при квазистатическом процессе равно где – давление. Поэтому при изотермическом равновесном процессе убыль энергии Гельмгольца равна полной работе, совершаемой системой:

Гетерогенная система [от греч. heterogenѐs – разнородный] – термодинамическая система, состоящая из различных по физическим и химическим свойствам частей (фаз), отделенных друг от друга резкими поверхностями раздела.

Гиббса энергия (изобарно-изотермический потенциал, свободная энтальпия, термодинамический потенциал Гиббса) - один из термодинамических потенциалов, характеристическая функция термодинамической системы при выборе в качестве независимых термодинамических параметров давления и температуры . Энергия Гиббса связана с внутренней энергией , энтропией и объёмом соотношением Энергия Гиббса связана с энтальпией соотношением Энергия Гиббса для однокомпонентной системы пропорциональна числу частиц в системе: где – химический потенциал, зависящий от и

Гидравлика - наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решениям задач инженерной практики. Гидравлика изучает движение капельных жидкостей, считая их несжимаемыми. В гидравлике не рассматривается молекулярное строение жидкости, считается, что жидкость представляет сплошную, непрерывную среду.

Гидравлический радиус – отношение площади поперечного сечения потока к смоченному периметру, т.е. к периметру части русла, находящейся под уровнем жидкости:Гидравлический радиус служит обобщенной характеристикой размера сечения трубы некруглой формы или открытого русла.

Гидравлический удар — явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное быстрым (мгновенным) изменением скорости ее течения в напорном трубопроводе, возникающее при быстром перекрытии запорных устройств. Теорию гидравлического удара разработал в 1869 г. Н. Е. Жуковский. Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется в соответствии с его теорией по формуле:где— увеличение давления вН/м², ρ — плотность жидкости в кг/м³; и— средние скорости в трубопроводе до и после закрытиязадвижки (запорного клапана) в м/с;  —скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода. При полном закрытии задвижки

При абсолютно жестких стенках трубопровода скорость распространения ударной волны равна скорости звука в жидкости. В трубах с упругими стенками

где - плотность жидкости;- модуль упругости жидкости;- модуль упругости материала стенки;и- толщина стенки и диаметр трубы.

Если скорость v₁ = 0, гидравлический удар называется полным, если v₁ ≠ 0 – неполным.

С момента начала закрытия задвижки в трубе возникает волна повышения давления, которая распространяется по трубе, отражается от входного конца с переменой знака и в виде обратной волны возвращается к задвижке. Время от возникновения волны и до возврата ее к задвижке называется фазой удара:

где - фаза удара,- расстояние от начала трубы до задвижки. В зависимости от фазы удара и времениперекрытия задвижки (или другой запорной арматуры) t, различают два вида ударов:

• полный (прямой) гидравлический удар, если t < ;

• неполный (непрямой) гидравлический удар, если t >.

Максимальное повышение давления происходит при прямом (полном) гидравлическом ударе. При большом повышении давления гидравлический удар может вызвать аварии.

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов:

- увеличение времени закрытия задвижки;

- уменьшение скорости движения жидкости в трубе за счет увеличения диаметра трубы;

- уменьшение расстояния от начала трубы до задвижки;

- установка перед задвижкой демпфирующих устройств и предохранительных клапанов.

Гидравлический уклон – потери удельной энергии жидкости (напора) на единицу длины потока:

где – потеря гидродинамического напора на длиневыражение в скобках – удельная энергия потока (трехчлен Бернулли). При движении в трубах постоянного сечения, когда кинетическая энергия потока по длине трубы не изменяется, гидравлический уклон совпадает спьезометрическим уклоном.

Гидроаэромеханика (гидроаэродинамика, ме-ханика жидкости и газа) – раздел механики, изучающий законы равновесия и движения жидкостей и газов и их взаимодействия между собой и с твердыми телами.

Гидродинамика - раздел гидромеханики, в котором изучаются движение несжимаемых жидкостей и их взаимодействие с твердыми телами.

Методы гидродинамики позволяют также исследовать движение газов, если скорость этого движения значительно меньше скорости звука в рассматриваемом газе.

Гидродинамическое (гидравлическое) сопротивление – сопротивление движению жидкостей (газов) по трубам, каналам и т.д., обусловленное их вязкостью, или сопротивление движению тела со стороны обтекающей его жидкости.

В гидравлике различают два вида гидравлического сопротивления: сопротивление трения, прямо пропорциональное длине участка потока, и местные гидравлические сопротивления, связанные с изменением структуры потока (отрывы, вихреобразование) на коротком участке при обтекании различных препятствий (клапанов, задвижек, диафрагм), а также при внезапном расширении или сужении потока или при изменении его направления. Потери на трение по длине определяются по формуле Дарси – Вейсбаха, а потери в местных сопротивлениях – по формуле Вейсбаха.