În aplicațiile tehnice, presiunea este denumită de obicei presiune absolută. În plus, sunt introduse așa-numitele presiuni în exces și vid, care sunt determinate în funcție de presiunea atmosferică.
Dacă presiunea este mai mare decât presiunea atmosferică (), atunci suprapresiunea peste presiunea atmosferică se numește suprapresiune:
dacă presiunea este mai mică decât presiunea atmosferică, lipsa presiunii la presiunea atmosferică se numește vid (sau presiunea în vid):
Evident, ambele cantități sunt pozitive. De exemplu, dacă se spune: suprapresiunea este de 2 atm. atunci aceasta înseamnă că presiunea absolută este. Dacă se spune că vidul din vas este de 0,3 atm. atunci aceasta înseamnă că presiunea absolută în vas este egală, etc.
Proprietățile fizice ale lichidelor
Fluidele de scurgere sunt sisteme complexe care au multe proprietăți fizice și chimice. Petroleum și industria petrochimică, în plus față de apă, care se ocupă cu fluide, cum ar fi țiței, produse petroliere ușoare (benzină, kerosen, motorină și uleiuri de încălzire, etc.), diverse uleiuri si alte fluide, este un produs de rafinare a petrolului. Să trăim mai întâi pe acele proprietăți fluide care sunt importante pentru studierea problemelor hidraulice de transport și depozitare a produselor petroliere și petroliere.
Densitatea lichidelor. Compresibilitate
Și expansiunea termică
Fiecare lichid în anumite condiții standard (de exemplu, presiunea atmosferică și temperatura de 20 ° C) are o densitate nominală. De exemplu, fața de densitate de apă proaspătă este de 1000 kg / m 3. Densitatea mercurului este 13590 kg / m 3. crudes 840-890 kg / m 3. benzinele 730-750 kg / m 3 motorinele 840-860 kg / m3 În același timp, densitatea aerului este de kg / m 3 și de gaze naturale kg / m 3.
Cu toate acestea, atunci când presiunea și temperatura modificărilor densității fluidului: de obicei, presiunea crește sau scade temperatura, aceasta crește, iar când presiunea scade sau crește temperatura, scade.
Schimbările în densitatea picăturilor lichide sunt de obicei mici comparativ cu valoarea nominală (), prin urmare, pentru a descrie proprietățile compresibilității lor, în mai multe cazuri se utilizează un model de lichid elastic. În acest model, densitatea lichidului depinde de presiunea conform formulei
în care coeficientul se numește coeficientul de compresibilitate; densitatea lichidului la presiunea nominală. Această formulă arată că depășirea presiunii de mai sus conduce la o creștere a densității lichidului, în caz contrar la o scădere.
Modulul elastic K (Pa) este de asemenea utilizat, adică. În acest caz, formula (2.1) este scrisă ca
Valori medii ale modulului de elasticitate pentru apă. petrol și produse petroliere. Rezultă că abaterile de densitate a lichidului din densitatea nominală sunt extrem de nesemnificative. De exemplu, dacă MPa (atm), atunci pentru un lichid cu kg / m3 deviația va fi de 2,8 kg / m3.
Fluide cu expansiune termică
Faptul că mediile diferite se extind la încălzire și, când sunt răcite, sunt comprimate, sunt luate în considerare în modelul unui lichid cu expansiune volumetrică. În acest model, densitatea este o funcție a temperaturii. astfel încât:
în care () este coeficientul de expansiune volumetrică și densitatea nominală și temperatura lichidului. Pentru apa, petrol și produse petroliere, valorile coeficienților sunt prezentate în tabelul 2.1.
Din formula (2.3) rezultă, în special, că atunci când este încălzit, adică în acele cazuri când. lichidul se extinde; dar în acele cazuri când. lichidul este comprimat.
Coeficient de expansiune volumetrică
Densitate. kg / m3
Exemplul 1. Densitatea benzinei la 20 ° C este de 745 kg / m 3. Care este densitatea aceluiași benzină la o temperatură de 10 ° C?
Soluția. Folosind formula (2.3) și tabelul 1, avem:
kg / m3, adică această densitate a crescut cu 8,3 kg / m3.
Se utilizează de asemenea un model fluid care ia în considerare atât extinderea barică, cât și expansiunea termică. În acest model. următoarea ecuație de stare este valabilă:
Exemplul 2. Densitatea benzinei la 20 ° C și presiunea atmosferică (MPa) este de 745 kg / m3. Care este densitatea aceluiași benzină la o temperatură de 10 0 C și o presiune de 6,5 MPa?
Soluția. Folosind formula (2.4) și Tabelul 2.1, avem:
kg / m 3, adică această densitate a crescut cu 12 kg / m3.
În cazurile în care modificările densității particulelor lichide pot fi neglijate, se utilizează un model al așa-numitului fluid incompresibil. Densitatea fiecărei particule a unui astfel de fluid ipotetic rămâne constantă de-a lungul timpului de deplasare (cu alte cuvinte, derivatul total), deși pot fi diferite pentru diferite particule (ca, de exemplu, emulsii apă-ulei). Dacă lichidul incompresibil este omogen, atunci
Subliniem faptul că un fluid incompresibil este doar un model. care pot fi utilizate în acele cazuri în care modificarea densității lichidului este mult mai mică decât valoarea densității în sine. așa că.
Dacă straturile de fluid se mișcă unul față de celălalt, atunci între ele apar forțe de frecare. Aceste forțe sunt numite forțe de fricțiune vâscoase, iar proprietatea de rezistență la mișcarea relativă a straturilor este vâscozitatea fluidului.
Spre exemplu, straturile unui lichid se deplasează așa cum se arată în Fig. 2.1.
Fig. 2.1. Pentru definirea fricțiunii vâscoase
Aici, distribuția vitezei în flux și direcția normală a locului. Straturile superioare se vor deplasa mai mici, deci prin forța de frecare care acționează în primul rând antrenând din urmă înainte în direcția de curgere, și prin straturile inferioare care acționează forța de frecare întârziind mișcarea straturilor superioare. Cantitatea este componenta x a forței de frecare dintre straturile lichidului, separate printr-un tampon cu y-ul normal. calculat pe unitate de suprafață.
Dacă introducem un derivat. atunci acesta va caracteriza viteza de forfecare, adică Diferența dintre vitezele straturilor lichidului, calculate pe unitatea de distanță între ele. Se pare că pentru multe lichide legea este validă, conform căreia efortul de forfecare între straturi este proporțional cu diferența vitezelor acestor straturi, calculate pe unitatea de distanță între ele:
Înțelesul acestei legi este de înțeles: cu cât viteza relativă a straturilor de lichid (viteza de forfecare) este mai mare, cu atât forța de fricțiune dintre straturi este mai mare.
Un lichid pentru care legea (2.5) este valabilă se numește fluid vâscos Newtonian. Multe lichide de picurare satisfac această lege, cu toate acestea, coeficientul de proporționalitate care intră în acesta este diferit pentru diferite lichide. Se spune că astfel de lichide sunt Newtoniene, dar cu vâscozități diferite.
Coeficientul de proporționalitate. care intră în lege (2.5), se numește coeficientul de vâscozitate dinamică.
Dimensiunea acestui coeficient este
În sistemul SI, acesta este măsurat și exprimat în Poise (P3). Această unitate este introdusă în onoarea lui Jean Louis Marie Poiseuille. (1799-1869) - eminent medic și fizician francez care a făcut mult pentru a studia mișcarea de lichid (de exemplu, sânge) în conducta.
Poise este definit după cum urmează: 1 Pζ = 0,1. Pentru a obține o idee despre valoarea lui 1 S3. rețineți că coeficientul de vâscozitate dinamică a apei este de o sută de ori mai mic decât 1 P3, adică 0,01 Pz = 0,001 = 1 centi Poise. Viscozitatea benzinei este de 0,4-0,5 PZ, motorina 4 - 8 PZ. ulei - 5-30 PZ și mai mult.
Pentru a descrie proprietățile vâscoase ale unui lichid, este de asemenea important un alt coeficient, care este raportul dintre coeficientul vâscozității dinamice și densitatea lichidului, Acest coeficient este notat și numit coeficientul de vâscozitate cinematică.
Dimensiunea coeficientului de vâscozitate cinematică este după cum urmează:
In sistemul SI se măsoară 2 m / s, și se exprimă prin Stokes (George Gabriel Stokes (1819-1903) - un proeminent britanic matematician, fizician și hidromecanică)
Cu această definiție a vâscozității cinematice pentru apă, avem:
Cu alte cuvinte, unitățile pentru vâscozitatea dinamică și cinematică sunt selectate astfel încât atât una și cealaltă pentru apa va fi egală cu 0,01 unități 1 cps, în primul caz și 1 cSt - a doua.
Pentru referință, subliniem că vâscozitatea cinematică a benzinei este de aproximativ 0,6 cSt; combustibil diesel - cSt; ulei cu viscozitate scăzută - cSt, etc.
Dependența vâscozității la temperatură. Vâscozitatea multor lichide - apa, uleiul și aproape toate produsele petroliere - depinde de temperatură. Pe măsură ce crește temperatura, viscozitatea scade, iar când scade, crește. Pentru a calcula dependența vâscozității, de exemplu, temperatura cinematică, se folosesc diferite formule, inclusiv formula lui O. Reynolds-PA Filonov
unde vâscozitatea cinematică a lichidului la temperatură. a (1 / K) este coeficientul experimental. Formula (2.6) reflectă faptul că, pe măsură ce temperatura variază, viscozitatea lichidului se modifică exponențial.
Pentru a folosi formula (2.6), este necesar să cunoaștem fie coeficientul. sau viscozitatea aceluiași lichid la o temperatură mai mare. Apoi, acest coeficient se găsește din formula
Exemplu: Viscozitatea cinematică a combustibilului diesel de vară la o temperatură de + 20 ° C este egală cu 5 cSt și la o temperatură de 0 ° C crește la 8 cSt. Ce vâscozitate a aceluiași motorină la o temperatură de +10 0 C?
Soluția. Folosind formula (2.7), calculam coeficientul. . Folosind formula (2.6), găsim vâscozitatea necesară: cSt.
Dacă forțele de fricțiune dintre straturile lichidului sunt mult mai mici decât forțele normale (compresive), atunci este introdus un model al așa-numitului lichid ideal. În acest model, se presupune că forțele de fricțiune tangențială dintre particulele separate de tampon sunt absente chiar și în cursul fluxului de fluid și nu numai în repaus (vezi § 1.9 pentru definirea unui lichid). Această fluidizare este foarte utilă în cazul în care componentele tangențiale ale forțelor de interacțiune (forțele de frecare) sunt mult mai mici decât componentele lor normale (forțe de presiune). În alte cazuri, când forțele de fricțiune sunt comparabile sau chiar superioare forțelor de presiune, modelul unui lichid ideal nu este aplicabil.
Deoarece există numai tensiuni normale într-un fluid ideal, vectorul de stres la orice loc cu normalul este perpendicular pe această zonă. Repetând construcția secțiunii 1.1.9, putem concluziona că într-un fluid ideal toate tensiunile normale sunt egale în magnitudine și negative (). În consecință, există un parametru într-un fluid ideal. numita presiune. . iar matricea de stres are forma:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: