Меню

Жидкости и ее свойства в оборудовании



Жидкость и ее свойства.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО КУРСУ ГИДРАВЛИКА

для гр (МСХ, НТС,ТМД,СПД, ИСД)
Раздел механики, который занимается изучением равновесия и движения жидкости, а также взаимодействия жидкости с твердыми телами, называется гидромеханикой.

Гидравлика – раздел гидромеханики, который занимается теми же вопросами, но в применении к решению задач.

Жидкость и ее свойства.

Жидкостью называют физическое тело, обладающее текучестью, не имеющее своей формы и принимающее форму сосуда, в котором находится.

Жидкости подразделяются на:

Капельные Газообразные
1.малая сжимаемость 2.крайне малые сопротивления растягиванию и касательным усилиям 3.образуют свободную поверхность 1.большая сжимаемость 2.большое сопротивление растягиванию и касательным усилиям 3.не образуют свободной поверхности.

Несмотря на эти различия, капельные и газообразные жидкости описываются одними уравнениями, если скорость их движения ≤0,5 скорости звука

Текучесть – основное физическое свойство жидкость – способность изменять свою форму, не дробясь, под действием сколь угодно малых сил.

1. плотность:ρ– основная механическая характеристика жидкости. Плотностью называется масса жидкости, заключенная в единице объема.

γ – удельный вес жидкости

,где

G – вес жидкости;

δ –относительная плотность,

2. сжимаемость – свойство жидкости изменять объем при изменении давления. Характеризуется коэффициентом .

знак «-» объясняет изменение объема при изменении давления (при повышении давления объем уменьшается).

Величина обратная представляет собой объемный модуль упругости К.

, таким образом, при увеличении давления на 1Мпа объем воды уменьшается на , что весьма незначительно.

Сжимаемость жидкости следует учитывать при очень высоких давлениях и при упругих колебаниях.

3. Температурное расширение – характеризуется коэффициентом объемного расширения , который представляется собой относительное изменение объема при изменении температуры на 1°С

4. Объемная прочность. Капельная жидкость, согласно молекулярной теории, может иметь высокой сопротивление растяжению.

— тщательно очищенная и дегазированная жидкость

— реальная жидкость (из-за содержания твердых частиц и газа)

5. Поверхностное натяжение.

На поверхности жидкости действуют силы поверхностного натяжения, стремящиеся придать жидкости сферическую форму, однако это проявляется только при малых объемах или в трубках малого диаметра, вызывая при этом подъем или опущение жидкости «h» (свойство капиллярности)

6. Вязкость – свойство жидкости сопротивляться скольжению слоев относительно друг друга. Это приводит к тому, что в жидкости при движении возникают касательные напряжения.

Дата добавления: 2016-08-07 ; просмотров: 1771 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Основные свойства жидкостей

Жидкостью называют вещество, которое находится в агрегатном состоянии, являющимся промежуточным между твердым и газообразным. При этом ее состояние, как и в случае с твердыми телами, является конденсируемым, то есть предполагает связь между частицами (атомами, молекулами, ионами). Жидкость обладает свойствами, кардинально отличающими ее от веществ, которые находятся в других агрегатных состояниях. Главное из них – способность к многократному изменению формы под воздействием механических напряжений без потери объема. Сегодня мы с вами выясним, какими свойствами обладают жидкости, и что они вообще собой представляют.

Общая характеристика

Газ не сохраняет объем и форму, твердое тело сохраняет и то, и другое, а жидкость – только объем. Именно поэтому жидкое агрегатное состояние считается промежуточным. Поверхность жидкости представляет подобие упругой мембраны и определяет ее форму. Молекулы таких тел, с одной стороны, не имеют определенного положения, а с другой – не могут получить полную свободу перемещения. Они могут собираться в капли и течь под собственной поверхностью. Между молекулами жидкости существует притяжение, которого достаточно, чтобы удерживать их на близком расстоянии.

Вещество пребывает в жидком состоянии в определенном температурном интервале. Если температура опускается ниже него, происходит переход в твердую форму (кристаллизация), а если поднимается выше – в газообразную (испарение). Границы данного интервала для одной и той же жидкости могут колебаться в зависимости от давления. К примеру, в горах, где давление существенно ниже, чем на равнинах, вода закипает при более низкой температуре.

Обычно жидкость имеет только одну модификацию, поэтому является одновременно и агрегатным состоянием, и термодинамической фазой. Все жидкости делятся на чистые вещества и смеси. Некоторые из таких смесей имеют определяющее значение в жизни человека: кровь, морская вода и прочие.

Рассмотрим основные свойства жидкостей.

Текучесть

От других веществ жидкость отличается, в первую очередь, текучестью. Если к ней приложить внешнюю силу, в направлении ее приложения возникает поток частиц. Таким образом, при воздействии внешних неуравновешенных сил, жидкость не способна к сохранению формы и относительного расположения частиц. По этой же причине, она принимает форму сосуда, в который попадает. В отличие от твердых пластичных тел, жидкости не имеют предела текучести, то есть текут при малейшем выходе из равновесного состояния.

Сохранение объема

Одним из характерных физических свойств жидкостей является способность к сохранению объема при механическом воздействии. Их чрезвычайно трудно сжать из-за высокой плотности молекул. Согласно закону Паскаля, давление, которое производится на жидкость, заключенную в сосуд, без изменения передается в каждую точку ее объема. Наряду с минимальной сжимаемостью, эта особенность широко используется в гидравлике. Большинство жидкостей при нагревании увеличивается в объеме, а при охлаждении – уменьшается.

Вязкость

Среди главных свойств жидкостей, как и в случае с газами, стоит отметить вязкость. Вязкостью называют способность частиц сопротивляться движению друг относительно друга, то есть внутреннее трение. При движении соседних слоев жидкости относительно друг друга, происходит неизбежное столкновение молекул, и возникают силы, которые затормаживают упорядоченное перемещение. Кинетическая энергия упорядоченного движения преобразуется в тепловую энергию хаотического движения. Если жидкость, помещенную в сосуд, переместить, а затем оставить в покое, то она постепенно остановится, но ее температура возрастет.

Свободная поверхность и поверхностное натяжение

Если взглянуть на каплю воды, которая лежит на ровной поверхности, то можно увидеть, что она закруглена. Обусловлено это такими свойствами жидкостей, как образование свободной поверхности и поверхностное натяжение. Способность жидкостей к сохранению объема обуславливает образование свободной поверхности, которая является не иначе как поверхностью раздела фаз: жидкой и газообразной. При соприкосновении этих фаз одного и того же вещества возникают силы, направленные на уменьшение площади плоскости раздела. Их называют поверхностным натяжением. Граница раздела фаз представляет собой упругую мембрану, стремящуюся к стягиванию.

Поверхностное натяжение объясняется также притяжением молекул жидкости друг к другу. Каждая молекула стремится «окружить» себя другими молекулами и уйти с границы раздела. Из-за этого поверхность стремительно уменьшается. Этим объясняется тот факт, что мыльные пузыри и пузыри, образующиеся при кипении, стремятся принять сферическую форму. Если на жидкость будет действовать только сила поверхностного натяжения, она непременно примет такую форму.

Небольшие объекты, плотность которых превышает плотность жидкости, способны оставаться на ее поверхности за счет того, что сила, препятствующая увеличению площади поверхности, больше силы тяготения.

Испарение и конденсация

Испарением называют постепенный переход вещества из жидкого состояния в газообразное. В процессе теплового движения часть молекул покидают жидкость, проходя через ее поверхность, и преобразуются в пар. Параллельно с этим другая часть молекул, наоборот, переходит из пара в жидкость. Когда количество соединений, покинувшее жидкость, превышает количество соединений, пришедших в нее, имеет место процесс испарения.

Читайте также:  Профессиональное оборудование для очистки воды

Конденсацией называют процесс, обратный испарению. Во время конденсации жидкость получает из пара больше молекул, чем отдает.

Оба описанных процесса являются неравновесными и могут продолжаться до тех пор, пока не установится локальное равновесие. При этом жидкость может полностью испариться или же вступить со своим паром в равновесие.

Кипение

Кипением называют процесс внутренних преобразований жидкости. При повышении температуры до определенного показателя, давление пара превышает давление внутри вещества, и в нем начинают образовываться пузырьки. В условиях земного притяжения они всплывают вверх.

Смачивание

Смачиванием называют явление, которое возникает при контакте жидкости с твердым веществом в присутствии пара. Таким образом, оно происходит на границе раздела трех фаз. Это явление характеризует «прилипание» жидкого вещества к твердому, и его растекание по поверхности твердого вещества. Бывает три вида смачивания: ограниченное, полное и несмачивание.

Смешиваемость

Характеризует способность жидкостей растворяться друг в друге. Примером смешиваемых жидкостей могут выступить вода и спирт, а несмешиваемых – вода и масло.

Диффузия

Когда две смешиваемых жидкости пребывают в одном сосуде, благодаря тепловому движению молекулы начинают преодолевать границу раздела, и жидкости постепенно смешиваются. Данный процесс называется диффузией. Он может происходить и в веществах, которые находятся в иных агрегатных состояниях.

Перегрев и переохлаждение

Среди увлекательных свойств жидкостей стоит отметить перегрев и переохлаждение. Эти процессы нередко ложатся в основу химических фокусов. При равномерном нагреве, без сильных перепадов температур и механических воздействий, жидкость может нагреться выше точки кипения, не вскипев при этом. Этот процесс получил название перегрев. Если в перегретую жидкость бросить какой-либо предмет, она мгновенно вскипит.

Аналогичным образом происходит и переохлаждение жидкости, то есть ее охлаждение до температуры ниже точки замерзания, минуя само замерзание. При легком ударе переохлажденная жидкость мгновенно кристаллизуется и превращается в лед.

Волны на поверхности

Если нарушить равновесие участка поверхности жидкости, то тогда она, под действием возвращающих сил, будет двигаться обратно к равновесию. Это движение не ограничивается одним циклом, а превращается в колебания и распространяется на другие участки. Так получаются волны, которые можно наблюдать на поверхности любой жидкости.

Когда в качестве возвращающей силы выступает преимущественно сила тяжести, волны называют гравитационными. Их можно видеть на воде повсеместно. Если же возвращающая сила формируется преимущественно из силы поверхностного натяжения, то волны называют капиллярными. Теперь вы знаете, какое свойство жидкостей обуславливает знакомое всем волнение воды.

Волны плотности

Жидкость чрезвычайно тяжело сжимается, тем не менее, с изменением температуры, ее объем и плотность все-таки меняются. Происходит это не мгновенно: при сжатии одного участка, другие сжимаются с запаздыванием. Таким образом, внутри жидкости распространяются упругие волны, которые получили название волны плотности. Если по мере распространения волны плотность меняется слабо, то ее называю звуковой, а если достаточно сильно – ударной.

Мы с вами познакомились с общими свойствами жидкостей. Все основные характеристики зависят уже от типа и состава жидкостей.

Классификация

Рассмотрев основные физические свойства жидкостей, давайте узнаем, как они классифицируются. Структура и свойства жидких веществ зависят от индивидуальности частиц, входящих в их состав, а также характера и глубины взаимодействия между ними. Исходя из этого, выделяют:

  1. Атомарные жидкости. Состоят из атомов или сферических молекул, которые связаны между собой центральными ван-дер-ваальсовыми силами. Ярким примером являются жидкий аргон и жидкий метан.
  2. Жидкости, состоящие из двухатомных молекул с одинаковыми атомами, ионы которых связаны кулоновскими силами. В качестве примера можно назвать: жидкий водород, жидкий натрий и жидкую ртуть.
  3. Жидкости, которые состоят из полярных молекул, связанных путем диполь-дипольного взаимодействия, например, жидкий бромоводород.
  4. Ассоциированные жидкости. Имеют водородные связи (вода, глицерин).
  5. Жидкости, которые состоят из больших молекул. Для последних, важную роль играют внутренние степени свободы.

Вещества первых двух (реже трех) групп называют простыми. Они изучены лучше, чем все остальные. Среди непростых жидкостей, больше всего изучена вода. В данную классификацию не входят жидкие кристаллы и квантовые жидкости, так как они представляют собой особые случаи и рассматриваются отдельно.

С точки зрения гидродинамических свойств, жидкости подразделяют на ньютоновские и неньютоновские. Течение первых подчиняется закону Ньютона. Это значит, что их касательное напряжение линейно зависит от градиента скорости. Коэффициент пропорциональности между указанными величинами называется вязкостью. У неньютоновских жидкостей, вязкость колеблется в зависимости от градиента скорости.

Изучение

Изучением движения и механического равновесия жидкостей и газов, а также их взаимодействия, в том числе с твердыми телами, занимается такой раздел механики как гидроаэромеханика. Его также называют гидродинамикой.

Несжимаемые жидкости изучают в подразделе гидроаэромеханики, который называется просто гидромеханикой. Так как сжимаемость жидкостей очень мала, во многих случаях ею попросту пренебрегают. Сжимаемые жидкости изучает газовая динамика.

Гидромеханику дополнительно подразделяют на гидростатику и гидродинамику (в узком смысле). В первом случае изучается равновесие несжимаемых жидкостей, а во втором – их движение.

Магнитная гидродинамика занимается изучением магнитных и электропроводных жидкостей, а прикладными задачами занимается гидравлика.

Основным законом гидростатики является закон Паскаля. Движение идеальных несжимаемых жидкостей описывается уравнением Эйлера. Для их стационарного потока выполняется закон Бернулли. А формула Торричелли описывает вытекание жидких веществ из отверстий. Движение вязких жидкостей подчиняется уравнению Навье-Стокса, которое, кроме всего прочего, может учитывать и сжимаемость.

Упругие волны и колебания в жидкости (как, впрочем, и в других средах) изучается такая наука как акустика. Гидроакустика – подраздел, который посвящен изучению звука в водной среде для решения задач подводной связи, локации и прочего.

В заключение

Сегодня мы с вами познакомились с общими физическими свойствами жидкостей. Также мы узнали, что вообще представляют собой такие вещества, и как они классифицируются. Что касается химических свойств жидкости, то они напрямую зависят от ее состава. Поэтому рассматривать их стоит отдельно для каждого вещества. Какое свойство жидкости важно, а какое нет — ответить сложно. Здесь все зависит от задачи, в контексте которой эта жидкость рассматривается.

Источник

Основные физические свойства рабочих жидкостей

Назначение рабочих жидкостей и основные требования, предъявляемые к ним

РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ ГИДРОПРИВОДОВ

Жидкость, используемая в гидроприводах, является их рабочим телом. Вследствие этого она и называется рабочей. Рабочая жидкость обеспечивает передачу энергии от насоса к гидродвигателю и управляющих сигналов в гилросистеме. Кроме того, она обеспечивает смазку трущихся поверхностей гидравлических устройств, удаление из пар трения продуктов износа, защиту металлических деталей от коррозии и отвод выделяемого в гидроприводе тепла.

Читайте также:  Оборудование для приготовления горячего чая

Рабочие жидкости подвержены воздействию изменяющихся в широком диапазоне давлений, температур и скоростей. Правильный выбор рабочей жидкости обеспечивает работоспособность гидропривода и в значительной степени определяет его рабочие параметры.

К рабочей жидкости предъявляются следующие требования.

1. Хорошая смазывающая способность, обеспечивающая надежную работу пар трения.

2. Возможно малое изменение вязкости в широком диапазоне температуру, что определяет и малую изменяемость характеристик гидроустройств и гидропривода в целом.

3. Высокая пожаростойкость.

4. Стабильность механических и химических свойств в условиях длительной эксплуатации и хранения. Под стабильностью механических свойств понимают в первую очередь способность жидкости противостоять процессу «мятия», которым называют процесс деструкции молекул при ее длительном дросселировании в узких щелях, перемешивании жидкости и воздействии вибраций, что приводит к уменьшению вязкости. Под стабильностью химических свойств понимают способность противостоять окислению под действием окружающей среды и реакции гидролиза из-за присутствия в жидкости воды, а также химической реакции жидкости с материалами стенок гидроустройств и уплотнений.

5. Малая токсичность рабочей жидкости и ее паров.

6. Высокая объемная упругость .

7. Высокая теплопроводность.

8. Малый коэффициент теплового расширения.

9. Радиационная стойкость.

10. Сопротивляемость к вспениванию.

11. Малая растворимость газов, обеспечивающая высокую упругость жидкости.

12. Низкая стоимость.

Перечисленные требования во многом трудно совместимы. Поэтому выбор рабочей жидкости представляет собой определенную сложность.

Из многочисленных свойств жидкостей остановимся только на тех , которые наиболее важны с точки зрения эксплуатации гидроприводов, определяют их рабочие параметры и которые необходимо учитывать разработчику. Эти свойства определяются перечисленными выше требованиями.

Плотность, , характеризуется отношением массы m к её объему

(2.1)

Для практических расчетов плотность минеральных рабочих жидкостей может быть принята .

Плотность рабочей жидкости характеризует потери давления при ее течении через дроссели, клапаны и гидролинии. Так при турбулентном режиме течения

,

где Q – расход жидкости; потери давления; коэффициент расхода щели площадью . С ростом температуры плотность уменьшается

, (2.2)

где соответственно плотности при температурах , коэффициент объемного расширения. Для минеральных рабочих жидкостей при

Это свойство необходимо учитывать при проектировании гидропривода с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости. В таком приводе при увеличении температуры происходит увеличение объема и повышения давления, которое может привести к разрушению гидросистемы. Чтобы избежать этого, к гидробаку присоединяют термокомпенсатор, например сильфонного типа. Изменение его объема должно быть достаточным для компенсации теплового расширения рабочей жидкости во всей гидросистеме.

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному смещению ее слоев. Это свойство является важнейшим для работы гидропривода.

Влияние вязкости неоднозначно. С одной стороны большая вязкость повышает надежность смазки трущихся поверхностей. Уменьшает у течки в гидроустройствах и способствует повышению устойчивости гидропривода. С другой стороны – увеличивает потери на трение, увеличивает гидравлическое сопротивление в гидролиниях и уменьшает быстродействие привода.

Вязкость жидкости характеризуется коэффициентами динамической и кинематической вязкости. Коэффициент динамической вязкости, Па , определяется из уравнения, выражающего закон жидкостного трения Ньютона :

, (2.3)

где Т – сила, возникающая между движущимися слоями жидкости; S – площадь соприкосновения поверхностей слоев; – градиент скорости.

Коэффициент кинематической вязкости , определяется соотношением

Он измеряется и в стоксах (Ст)

1 Ст=100 сСт=1

Ввиду того, что непосредственно измерить вязкость в движущейся жидкости сложно, определяют определяют условную вязкость с помощью специальных приборов, называемыми вискозиметрами. Наибольшее применение нашел вискозиметр Энглера, измеряющий вязкость как отношение времени истечения 200 жидкости через отверстие диаметром 2.8 мм под действием собственного веса к времени истечения такого же объема дистиллированнной воды при температуре 4 С. Единица вязкости, определенной таким способом называется градусом вязкости условной ). В некоторых странах эта единица называется градусом Энглера ( ).

Перевод в сСт при выполняют по формуле

Источник

Основы гидравлики

Что такое жидкость?

Поскольку гидравлика изучает законы равновесия и движения жидкости, необходимо определиться – что же такое жидкость и какими свойствами она обладает.
Согласно наиболее широко принятому определению, жидкостью называют агрегатное состояние вещества, сочетающее в себе признаки как твердого, так и газообразного состояния, т. е. являющееся некоторой переходной формой от твердого состояния вещества к газообразному. При этом жидкость обладает определенным рядом свойств, не присущих другим агрегатным состояниям.
Это сплошная среда, способная легко изменять свою форму под действием даже небольших силовых факторов.

Если рассматривать микроструктуру жидкого вещества, то, в отличие от газообразных веществ, жидкие сохраняют достаточно устойчивые связи между внутренними частицами, но менее прочные, чем у твердых веществ. Именно благодаря ослаблению внутренних связей между частицами, жидкости могут легко изменять форму (деформироваться), практически не выдерживая внешних нагрузок.
Эта способность жидкости деформироваться под действием даже малых сил называются текучестью.
Кроме того, массивы жидкости не обладают прочностью и могут легко распадаться на более мелкие составные части, вплоть до мельчайших капель, поэтому классические жидкости обычно называют «капельными жидкостями».

Еще одним свойством жидкостей, отличающих их от газов, является ничтожно малая сжимаемость, т. е. они почти не изменяют свой объем при сжатии в замкнутом объеме (сосуде). Именно это свойство жидкостей широко используется в различных гидроприводах механизмов.

Физические свойства жидкостей

Жидкости характеризуются следующими основными физическими свойствами: плотностью, удельным весом, удельным объемом, сжимаемостью, вязкостью.

Плотностью (или удельной массой) ρ (кг/м 3 ) любого вещества называют массу этого вещества, заключенную в единице объема. Это определение в полной мере относится и к жидкостям:

Так, например, для дистиллированной воды при температуре 4 °С плотность ρ равна 1000 кг/м 3 , т.е. в каждом кубометре объема вмещается 1000 кг воды.

Удельным весом γ (Н/м 3 ) называют вес единицы объема жидкости:

γ = G/V = mg/(m/ρ) = ρg

Очевидно, что удельный вес связан с удельной массой величиной q — ускорения свободного падения, поскольку вес любого тела на поверхности Земли определяется формулой: G = mq.
Для дистиллированной воды при температуре 4 °С удельный вес γ ≈ 9810 Н/м 3 . Это означает, что каждый кубометр воды притягивается к Земле силой тяжести примерно равной 9810 Н.

Удельным объемом v (м 3 /кг) жидкости называют объем, занимаемый единицей массы жидкости:

Объем жидкости существенно зависит от температуры: при ее повышении он увеличивается и наоборот — при охлаждении уменьшается (единственным известным исключением является вода, которая после охлаждения ниже +4 ˚С начинает расширяться).
Температурное изменение объема жидкости определяется температурным коэффициентом объемного расширения β T (К -1 ):

где: ΔV = V — V 1 = разность объемов после и до изменения температуры на величину ΔT.

Температурный коэффициент объемного расширения показывает, на какую часть от первоначального состояния изменяется первоначальный объем жидкости при изменении температуры на 1˚K.
Очевидно, что плотность жидкости тоже зависит от ее температуры:

ρ = m/V = m/(ΔV + V 1) = m/V 1(1 + β TΔT) = ρ 1/(1 + β TΔT).

Читайте также:  Империя нальчик газовое оборудование номер телефона

где: ρ 1 плотность жидкости до изменения температуры на величину ΔT.

Пример решения задачи:

Определить плотность минерального масла при температуре 380 К, если при температуре 300 К она равна 0,893 кг/м 3 . Температурный коэффициент объемного расширения масла β T = 0,0076 К -1 .

Решение: по приведенной выше формуле получаем:

ρ = = ρ 1/(1 + β TΔT) = 0,893/[1+ 0,0078(380 — 300)] = 0,842 г/м 3 .

Сжимаемость (объемная сжимаемость, объемная упругость) – это способность жидкости изменять объем при сжатии, т. е. действием на нее давления. Объемная сжимаемость показывает, на какую величину изменится первоначальный объем жидкости при изменении оказываемого на нее давления на 1 Па.

Сжимаемость характеризуется коэффициентом сжимаемости β v.
Коэффициентом сжимаемости (объемного сжатия) называется отношение относительного изменения объема жидкости ΔV/V к изменению давления Δp:

Знак «минус» в формуле обусловлен тем, что положительному приращению давления р соответствует отрицательное приращение (т.е. уменьшение) объема V.
При изменении давления до 500 атм (49 МПа) коэффициент β v для воды практически постоянен и равен 4,9×10 -10 м 2 /Н (Па -1 ).

Величину, обратную объемной сжимаемости, называют модулем объемного сжатия (Па):

Объемная сжимаемость не является постоянной характеристикой, она зависит от температуры жидкости и оказываемого на нее давления. Однако при давлениях, наиболее часто применяемых на практике в механизмах и устройствах, объемная сжимаемость жидкостей очень мала, и в обычных гидравлических расчетах ей пренебрегают, учитывая лишь в особых случаях, например, при расчетах некоторых гидроприводов, гидроавтоматики и явлениях гидроудара.

С упругими свойствами капельных жидкостей связаны, также, представления о сопротивлении жидкостей растяжению, т. е. деформации, обратной сжатию. Теоретически в капельных жидкостях могут возникать значительные напряжения растяжения, но в реальных жидкостях при наличии в них даже весьма незначительных примесей (твёрдые частицы, газы) уменьшает величину сопротивления жидкости растяжению практически до нуля.
По этой причине можно считать, что в капельных жидкостях напряжения растяжению невозможны.

Вязкостью называют свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) слоев жидкости. Это свойство обусловлено возникновением в движущейся жидкости сил внутреннего трения, которые не проявляются в покоящейся жидкости.
Силы трения возникают из-за сцепления между молекулами и всегда действуют по касательной к плоскости относительного перемещения слоев жидкости. По этой причине в подвижных жидкостях возникают касательные напряжения τ (Па):

где: P t – сила внутреннего трения (Н), между слоями жидкости, отстоящими друг от друга на бесконечно малом расстоянии dn; выражение dv/dn является градиентом скорости, характеризующим изменение скорости частиц жидкости в соседних слоях, отстоящих на расстоянии dn; S – площадь соприкосновения этих слоев, м 2 ; µ — коэффициент пропорциональности, называемый динамической вязкостью.

Динамическая вязкость характеризует касательное напряжение, создаваемое силами внутреннего трения между слоями жидкости, отстоящими по нормали на расстояние 1 м при относительной скорости 1 м/с.
Динамическая вязкость показывает, какую работу на единицу объемного расхода жидкости надо совершить для преодоления сил внутреннего трения.
Единицей динамической вязкости является Па×с:

Па×с = Работа/Объемный расход = Н×м/(м 3 /с) = Дж×с/м 3 .

Кроме динамической вязкости, в практических расчетах часто пользуются понятием кинематической вязкости v (м 2 /с), которая представляет собой отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности:

Вязкость капельных жидкостей зависит от многих факторов: температуры, внешнего давления, количества растворенного в жидкости газа. Вязкость многих масел уменьшается при многократном дросселировании через тонкие отверстия и щели различных элементов гидросистем.

Кинематическую вязкость жидкостей измеряют вискозиметрами.
Вискозиметр представляет собой U-образную стеклянную трубку, в колено которой впаян тонкий капилляр с двумя расширениями и меткой между ними. При измерении вязкости определяют время τ протекания исследуемой жидкости под действием силы тяжести через метку из одного расширения капилляра в другое, и применяют формулу:

v = agτ/9,807, где а — постоянная вискозиметра.

Для упрощения теоретических исследований и выводов Л. Эйлер ввел понятие «идеальная жидкость» — воображаемая жидкость, которая обладает абсолютной подвижностью, несжимаема и не обладает вязкостью, т. е. при движении в ней не возникают силы внутреннего трения.
Для применения к реальным жидкостям теоретических выводов, полученных для идеальных жидкостей, вводят поправки или коэффициенты, установленные экспериментально.

Поверхностное натяжение жидкости

Когда мы говорим о жидкости как о сплошной среде, это вовсе не означает, что эта среда бесконечна и безгранична. Жидкое тело всегда имеет границы, это либо твёрдые стенки каналов, либо границы раздела с газообразной средой, либо это граница раздела между различными несмешивающимися жидкостями. Такие границы можно с полным правом называть естественными границами.

В некоторых случаях границы могут выделяться условно внутри самой движущейся жидкости.
На естественных границах в пограничном слое жидкости между молекулами самой жидкости и молекулами окружающей жидкость среды существуют силы притяжения, которые, в общем случае, могут оказаться не равными.

В то же время силы взаимодействия между остальными молекулами жидкости, находящимися внутри объёма, ограниченного пограничным слоем эти силы взаимно уравновешены. Таким образом, остаются не уравновешенными силы взаимодействия между молекулами, находящимися лишь во внешнем (пограничном слое).
Тогда в пограничном слое возникают напряжения, которые автоматически балансируют не сбалансированные силы притяжения. Такие напряжения называются поверхностным натяжением жидкости.

Этому напряжению будут соответствовать силы поверхностного натяжения. Под действием этих сил малые объёмы жидкости принимают сферическую форму (форму капли), соответствующей минимуму внутренней энергии; в трубках малого диаметра жидкость поднимается (или опускается) на некоторую высоту по отношению к уровню покоящейся жидкости. Последнее явление носит название капиллярности.

Жидкость в трубке малого диаметра (капилляре) будет подниматься, если жидкость по отношению к стенке капилляра будет смачивающей жидкостью, и наоборот, будет опускаться, если жидкость для стенки капилляра окажется не смачивающей.

Силы поверхностного натяжения малы и проявляются при малых объёмах жидкости. Величина напряжений на границе раздела зависит от температуры жидкости; при увеличении температуры внутренняя энергия молекул возрастает, уменьшается напряжение в пограничном слое жидкости и, следовательно, уменьшаются силы поверхностного натяжения.

Растворимость газов в капельных жидкостях

В реальных жидкостях всегда находится в растворённом состоянии газ. Это может быть воздух, азот, углеводородный газ, углекислота, сероводород и др.
Наличие газа растворённого в жидкости может оказывать как благоприятное воздействие (снижается вязкость жидкости, плотность и т.д.), так и неблагоприятные факторы.

Так при снижении давления из жидкости выделяется свободный газ, который может стать источником такого нежелательного явления как кавитация; выделяющийся газ может оказаться не безопасным для окружающей среды, огнеопасным и взрывоопасным (например, углеводородный газ).
Газ, растворённый в жидкости, как и газ в свободном состоянии может также способствовать коррозии стенок труб и оборудования, вызывать химические реакции, ведущие к образованию отложений твёрдых солей на стенках труб, накипей и др.
По этой причине знание особенностей и законов растворения газа в жидкости крайне желательно.

Источник