Concepte de bază ale hidraulicii. Legile fundamentale ale hidrostaticii.
Hidraulica sau mecanica lichidelor tehnice este stiinta legilor echilibrului si miscarii fluide, despre modalitatile in care aceste legi sunt aplicate pentru rezolvarea problemelor. În hidraulică, ca și în mecanica solidelor, se disting cinematica lichidelor, hidrostaticelor și hidrodinamicii.
Hidro statica studiaza legile echilibrului (restul) unui lichid.
Cinematica unui fluid este o secțiune a sistemului hidraulic în care se studiază mișcarea indiferent de forțele care acționează. În kinematică, se stabilește o relație între caracteristicile geometrice ale mișcării și timpului.
Hidrodinamica studiază legile mișcării fluide.
În sistemele hidraulice este obișnuită combinarea lichidelor, a gazelor și a vaporilor sub un singur nume - lichide. Un lichid în hidraulică este un corp fizic capabil să-și schimbe forma atunci când este supus unor forțe arbitrar mici. Capacitatea unui fluid de a se deforma infinit sub acțiunea unor forțe arbitrarily mici se numește fluiditate. Aceasta este una dintre principalele proprietati ale lichidelor.
Fluiditatea fluidității se datorează faptului că lichidul este capabil să exercite o rezistență suficient de puternică la forțele de compresie și practic nu exercită rezistență la forțele de tracțiune (forfecare). Acesta este motivul pentru care lichidul are forma unui vas în care este închis.
Ideal și real lichid.
În domeniul hidraulic, sunt luate în considerare mișcările macroscopice ale lichidelor, precum și interacțiunea cu forțele solide. În acest caz, de regulă, dimensiunile volumelor de lichide, gaze și solide luate în considerare se dovedește a fi incomparabil de mari în comparație cu dimensiunile moleculelor și distanțelor intermoleculare. Aceste circumstanțe fac posibilă introducerea ipotezei de continuitate a mediului studiat și înlocuirea obiectelor reale discrete cu modele simplificate, care sunt un mediu material a cărui masă este distribuită în mod continuu pe întregul volum. Această idealizare simplifică sistemul real și ne permite să îl folosim pentru a descrie calculii matematice bine dezvoltate ale infinitezimalului și teoria funcțiilor continue.
Rezultatele teoretice studiate pentru un mediu continuu ipotetic, cu atât mai bine coincid cu rezultatele observațiilor, cu atât mai mult și mai precis sunt proprietățile lichidelor și gazelor reale luate în considerare în el. Din păcate, idealizarea mediului în multe cazuri nu poate fi limitată doar de asumarea continuității sale. Complexitatea fenomenelor studiate face necesară refuzul de a lua în considerare anumite alte proprietăți ale mijloacelor media reale. În funcție de acele proprietăți atribuite unui mediu continuu ipotetic, se obțin diferite modele.
Modelul fluid ideal este folosit, care caracterizează6
- lichidul nu este comprimabil.
Proprietățile fizice ale unui lichid.
Lichidul are un număr de proprietăți:
Debitul se manifestă prin faptul că lichidul în condiții normale nu rezistă solicitărilor de forfecare și de tracțiune. Această proprietate aduce lichidul împreună cu gazele. Hidraulica distinge lichide comprimabile si incompresibile
Densitatea mediului. caracterizând masa pe unitatea de volum
unde - greutatea corporală, kg; - volumul corpului, m 3.
Greutate specifică - raportul dintre greutatea corporală și volumul acesteia
Viscozitatea - mișcările moleculare în lichide determină rezistența acestor medii la forțele de forfecare.
Mecanismul apariției forței de rezistență poate fi reprezentat după cum urmează. Stratul de lichid adiacent plăcii aderă la acesta și se deplasează împreună cu placa la o viteză. Din cauza legăturilor moleculare, acest strat strânge următorul strat, etc. Deoarece stratul inferior se învecinează cu placa fixă, viteza sa este zero. Astfel, în lichid apare o mișcare stratificată cu o anumită distribuție a vitezei de-a lungul înălțimii u = f (y). În cazul în cauză, distribuția vitezei este liniară. Datorită acțiunii legăturilor intermoleculare dintre straturile în mișcare ale fluidului, apar forțe de frecare vâscoase sau interne. Newton a indicat parametrii pe care depinde magnitudinea acestei forțe. Pentru mișcarea stratificată considerată
unde # 956; - coeficientul de vâscozitate dinamic; S este zona de contact a straturilor; - gradient de viteză, care este un indicator al ratei de schimbare a vitezei de-a lungul direcției normale spre direcția sa.
unde t este tensiunea tangențială.
Stresul tangențial din lichid depinde de mișcarea relativă a particulelor.
Coeficientul de vâscozitate dinamic # 956; este principala caracteristică cantitativă a vâscozității lichidelor și gazelor.
Împreună cu coeficientul dinamic al vâscozității în hidrodinamică, coeficientul vâscozității cinematice # 957 ;, definite de relația
unde este densitatea lichidului.
Unitatea de măsură a coeficientului de vâscozitate cinematică este m 2 / s.
Compresibilitatea este estimată prin coeficientul de compresibilitate izotermică:
unde este volumul specific. Lichidele, spre deosebire de gaze, au o compresibilitate scăzută. Coeficientul de compresibilitate al majorității lichidelor se situează în intervalul (N / m 2) -1. Pentru toate lichidele, acesta scade odată cu creșterea presiunii și crește cu creșterea temperaturii.
Volumul de lichide și gaze variază nu numai atunci când presiunea se schimbă, dar și când temperatura se schimbă. De regulă, lichidele și gazele se extind cu o temperatură în creștere, iar densitatea lor scade. Excepția este apa, a cărei densitate crește odată cu creșterea temperaturii de la 0 la 4 ° C și atinge un maxim la 4 ° C. O asemenea anomalie se explică prin particularitățile structurii moleculare a apei.
Din punct de vedere cantitativ, modificarea volumului cu o schimbare a temperaturii si a presiunii constante este estimata de coeficientul expansiunii volumetrice termice
În lichide, acest coeficient depinde de temperatură și de presiune, crescând cu creșterea primului și scăzând cu creșterea secundă.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: