Течността като обект на изследване в хидравликата

Предаването на енергия в хидравличните системи се осигурява от работни течности, така че за да ги използвате ефективно, трябва да знаете какви свойства имат.

Течностите,, като всички вещества, имат молекулна структура. Те заемат междинно положение между газовете и твърдите вещества. Това се определя от величината на междумолекулните сили и характера на движенията на съставните им молекули.

Молекулите на течността са в непрекъснато хаотично топлинно движение, което се различава от хаотичното топлинно движение на газове и твърди вещества. В течностите това движение се извършва под формата на трептения (10 13 трептения в секунда) спрямо мигновени центрове и резки преходи от един център към друг. Топлинното движение на молекулите на твърдите тела се състои в вибрации спрямо стабилни центрове. Топлинното движение на газовите молекули изглежда като непрекъснати скокове на места.

Трябва да се отбележи, че промените в температурата и налягането водят до промени в свойствата на течностите. Установено е, че с повишаване на температурата и понижаване на налягането свойствата на течностите се доближават до свойствата на газовете, а с понижаване на температурата и повишаване на налягането - до свойствата на твърдите тела.

Терминът "течност" се използва за обозначаване както на самата течност, която се счита за несвиваема или слабо свиваема среда, така и на газа, който може да се разглежда като "свиваема течност".

Хипотеза за непрекъснатост

Разглеждането и математическото описване на течност като колекция от огромен брой отделни частици, които са в постоянно непредвидимо движение, не е възможно на съвременното ниво на науката. Поради тази причина течността се разглежда като вид непрекъсната деформируема среда, която има способността непрекъснато да запълва пространството, вв който е затворен. С други думи, под течности се разбират всички тела, които се характеризират със свойствототечливост, базирано на явлението дифузия. Течливост може да се нарече способността на тялото да променя обема си произволно силно под въздействието на произволно малки сили. Така в хидравликата течността се разбира като абстрактна среда -континуум, което е в основата на хипотезата за непрекъснатост. Континуумът се счита за непрекъсната среда без кухини и празнини, чиито свойства са еднакви във всички посоки. Това означава, че всички характеристики на течността са непрекъснати функции и всички частни производни по отношение на всички променливи също са непрекъснати.

По друг начин такива тела (среди) се наричат капкови течности. Капещите течности са тези, които са склонни да придобият сферична форма в малки количества и да образуват свободна повърхност в големи количества.

Много често в математическите описания на хидравличните закони се използват понятията „течна частица ” или „елементарен обем течност ”. Те могат да се третират като безкрайно малък обем, в който има доста течни молекули. Например, ако разгледаме куб вода със страни с размери0,001 cm, тогава обемът ще съдържа3,3∙10 13 молекули. Приема се, че частицата на течността е достатъчно малка в сравнение с размера на площта, заета от движеща се или неподвижна течност.

Непрекъснатата среда е модел, който успешно се използва при изучаването на законите за покой и движение на течност. Легитимността на използването на такъв флуиден модел се потвърждава от цялата практика на хидравликата.

Лекция 2. Основни физични свойства на течностите

Плътност

Плътността на течността също екато всички други тела, това е маса на единица обем и за безкрайно малък обем течностdW с масаdM може да се определи по формулата:

За хомогенни течности можем да приемем, че

къдетоM е масата на течността,

W – обем на течността.

[kg/m3], [kg/dm3], [kg/l], [g/cm3].

Плътността на течността зависи от температурата и налягането. Всички течности, с изключение на водата, се характеризират с намаляване на плътността с повишаване на температурата. Плътността на водата има максимум приt = 4 o C и намалява при всякакви други температури. Това е едно от аномалните свойства на водата. Температурата, при която плътността на водата е максимална, намалява с увеличаване на налягането. Така при налягане14 MPa водата има максимална плътност при0,6 o C.

Плътността на прясната вода е1000 kg/m 3, на солената морска вода -1020 ÷ 1030, на нефта и нефтопродуктите -650 ÷ 900 kg/m 3, на живака -13596 kg/m 3.

Когато налягането се промени, плътността на течностите се променя леко. В повечето случаи плътността на течността при изчисленията може да се приеме постоянна. Има обаче случаи, когато промяната в плътността не може да бъде пренебрегната, т.к това може да доведе до значителни грешки.

Специфично тегло

Специфичното тегло на течност е теглото на единица от нейния обем. Тази стойност се изразява с формулата за безкрайно малък обем течностdW с теглоdG :

За хомогенни течности можем да приемем:

къдетоG е теглото на течността.

Специфичното тегло на течността и плътността са свързани с:

къдетоg е ускорението на свободно падане.

Единициизмервания:[N/m 3 ], [N/dm 3 ], [N/l], [N/cm 3 ], 1N=1kg•m/s 2.

Гравитационното ускорениеg на земята се променя от9,831 m/s 2 на полюсите до9,781 m/s 2 на екватора.