Гидростатическое давление

Часть 1 - ГИДРАВЛИКА

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И

ГАЗОВ,

ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ, ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ГИДРОСТАТИКИ

Основные физико-механические свойства жидкостей и газов

В гидравлике и смежных с ней дисциплинах, при технических измерениях до настоящего времени распространена система МкГс. основные единицы этой системы: единицы длины – метр (м), единица силы – килограмм – силы (кг) и единица времени – секунда (с). С 1963 года государственным стандартом введена, как предпочтительная, Международная система единиц измерения си. Основные единицы этой системы: единицы длины – метр (м), единицы массы - килограмм (кг), единица времени – секунда (с). Единицей силы в системе си является ньютон (Н). Ниже приводятся основные физико-механические свойства жидкостей и газов, а также их размерности в системе СИ. Таблица 1 приложения дает возможность без труда осуществить перевод в систему МкГс и, применяемую до сих пор, систему единиц СГС. В некоторых случаях приводятся широко используемые в гидравлике внесистемные единицы.

Плотность жидкости есть ее масса в единице объема:

, кг/м³, (1.1)

где m - масса в объеме W.

Удельный объем – объем, занимаемый единицей массы:

, м³/кг. (1.2)

Удельный объем является величиной, обратной плотности:

. (1.3)

Удельный вес – представляет собой вес жидкости в единице объема.

, Н/м³, (1.4)

где G – вес жидкости, занимающий объем W, так как G = m × g, то g =r × g.

Плотность и удельный вес капельных жидкостей и, особенно, газов зависят от их температуры и давления. Значения этих величин для различных веществ определяются опытным путем и приводятся в справочниках (часть из них приведена в таблице № 1 приложения).

В обычных условиях для воды

r_вд = 10³ кг/м³, g_вд = 9,81×10³ Н/м³.

Сжимаемость капельной жидкости под действием давления оценивается коэффициентом объемного сжатия b_р.

, м²/Н. (1.5)

Здесь W₀ – начальный объем жидкости;

DW – изменение объема при изменении давления на величину Dр.

Знак минус в формуле обусловлен тем, что DW и Dр всегда имеют различные знаки.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия называется объемным модулем упругости и обозначается Е₀.

Среди всех жидкостей наибольшей сжимаемостью обладает жидкий гелий, у которого при давлении в несколько атмосфер коэффициент β_р равен 8×10^-3 м²/Н. Коэффициент сжимаемости воды равен 4,53×10^-5, а ртути –3,95×10^-6 м²/Н.

Тепловое расширение жидкости характеризуется коэффициентом температурного расширения b_t, который определяется выражением:

, 1/град. (1.6)

Здесь W₀ – начальный объем;

DW – изменение объема при изменении температуры.

Числовые значения коэффициента b_t сильно зависят от температуры и давления. Для различных жидкостей значения b_t при одинаковых температурах могут меняться весьма значительно. Так, например, для воды b_t= 15× 10^-5 К^-1, для жидкой углекислоты b_t = 1050×10^-5 К^-1, глицерина b_t = 53×10^-5 К^-1 и т.д. При повышении температуры b сильно возрастает. Так для жидкой углекислоты при повышении температуры от 0° до 20°С коэффициент теплового расширения возрастает вдвое. Увеличение давления несколько снижает значение b_t.

Вязкость жидкости. Вязкость (внутреннее трение) – это свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу. Вязкость количественно выражается законом вязкого трения Ньютона – Петрова.

, (1.7)

где t - напряжение сил внутреннего трения (касательное напряжение);

- градиент скорости (скорость деформации сдвига);

m - динамический коэффициент вязкости.

Отношение динамического коэффициента вязкости m к плотности r называется кинематическим коэффициентом вязкости:

. (1.8)

Гидростатическое давление

Давлением в покоящейся жидкости называется напряжение сжатия.

, (1.9)

где р_м – давление в точке м;

DF – элементарная площадка, содержащая точку А;

DР – сжимающая сила, действующая на площадку.

Давление направлено по нормали к площадке, его величина не зависит от ориентировки площадки в пространстве и является функцией координат точек жидкости:

р = f (х₁, y₁, z₁).

В международной системе единиц физических величин единицей измерения давления является 1 Н/м²–паскаль (Па). Более удобными для практического использования являются кратные единицы – килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа).

1 кПа = 10³ Па; 1МПа = 10⁶ Па.

Давление, представляющее полное напряжение сжатия всех внешних сил, называется абсолютным давлением. В технике удобно отсчитывать давление от условного нуля, за который принимается давление атмосферного воздуха, на поверхности земли, примерно равное 100 кПа. в этом случае величина давления показывает избыточное абсолютное давление р над атмосферным р_ат и называется избыточным р_и.

Рисунок 1.1

р_и = р – р_атм. (1.10)

Избыточное давление отрицательно, если абсолютное давление меньше атмосферного. Недостаток давления до атмосферного называется вакуумом р_в, который, следовательно, выражается соотношениями:

р_вак = р_атм – р. (1.11)

В этом случае избыточное давление называют остаточным

р_атм = р_вак.+ р_ост. (1.12)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: