Нақты сұйықтарда әсер ететін күштер

Гидравлика жөніндегі жалпы мәліметтер

Гидравликада гидромеханиканың заңдары және оларды іс жүзінде қолдану қарастырылады. Гидравлика гидростатика және гидродинамика деген екі бөлімнен тұрады.

Гидростатикада сұйықтар мен газдардың тепе-теңдік заңдары, ал гидроди-намикада – олардың қозғалыс заңдары қарастырылады.

Гидродинамикалық заңдылықтар жылу, массаалмасу және химиялық процестердің өту жолдарын анықтайды.

Гидравликаның негізгі заңдарын зерттеуді оңайлату үшін идеал сұйық деген ұғым енгізілген. Идеал сұйықтың нақты сұйықтан айырмасы: ол қысым әсерінен сығылмайды; температура мен қысым өзгергенде тығыздығы өзгермейді; ішкі үйкеліс (тұтқырлығы) жоқ деп саналады.

Табиғатта кездесетін сұйықтар нақты сұйықтар деп аталады. Мұндай сұйықтар тамшылы (сұйықтың өзі) және серпімді (газдар және булар) болып бөлінеді. Тамшылы сұйықтар іс жүзінде сығылмайды және олардың көлемдік ұлғаю коэффициенті аз болады. Серпімді сұйықтардың көлемі температура мен қысым өзгергенде өте көп өзгереді.

Нақты сұйықтарда әсер ететін күштер

Сұйықтар мен газдардың тепе-теңдік шарты, олардың белгілі көлеміне әсер ететін күштер арқылы анықталады. Бұл күштер өздерінің табиғатына байланысты (немесе әсерінің түріне) беттік және массалық (көлемдік) болып бөлінеді.

Массалық (көлемдік) күштерге жатады ауырлық күші, инерция күші.

Тығыздық және меншікті салмақ. Сұйықтың көлем бірлігіндегі массасы сол сұйықтың тығыздығы деп аталады және ρ белгіленеді.

ρ = m / v (1)

мұндағы m - сұйық массасы, кг;

V- сұйық көлемі, м³.

СИ системасында тығыздық кг/м³, ал МКГСС системасында кгс·с²/м⁴ өлшенеді.

Сұйықтың көлем бірлігіндегі салмағы сол сұйықтың меншікті салмағы деп аталады және γ белгіленеді.

γ = G / V (2)

СИ системасында меншікті салмақ Н/м³, МКГСС-да кг/м³ өлшенеді.

Сұйықтың массасы мен салмағы арасында мынадай байланыс бар:

m =G/g (3)

мұнда g - еркін түсу үдеуі, м/с².

Бұл формулада m мәнін қойсақ:

ρ=G/Vg = γ/g, γ = ρg (4)

Тамшылы сұйықтардың тығыздығы мен меншікті салмағы қысым мен температура өзгергенде өте аз өзгереді және серпімді сұйықтардың (газдардың) ρ және γ мәндеріне қарағанда едәуір көп болады.

Газдардың тығыздығың жеткілікті ідеал газдар күйінін тендеуі арқылы есептеуге болады:

РV=mRT/M (5)

мұнда Р – қысым, Па

T – температура, К

M- 1 моль газдың массасы, кг/моль,

R- 8314 Дж/кмоль*град, газдардың тұрақтылығы.

(5) тендеуден:

ρ = m/V = РM/RT (6)

Тығыздыққа кері шама, яғни газдың масса бірлігіндегі көлемі, меншікті көлем деп аталады және v белгіленеді:

v = V/m = RT/РM (7)

Беттік күштерге жатады қысым күшіжәне ішкі үйкеліс күші.

Гидростатиқалық қысым. Беттік және массалық күштердін әсерінен сұйық ішінде гидростатиқалық қысым пайда болады. Тепе-теңдікте тұрған сұйық ішінен ΔF элементар ауданды бөліп аламыз. Бүл ауданға нормаль бойынша ΔР күші әсер етеді.

ΔР/ΔF –қатынасы орташа гидростатиқалық қысым, ал осы қатынастың ΔF→0

-дағы шегі осы нүктедегі гидростатиқалық қысым деп аталады:

lim (ΔР/ΔF)= Р

ΔF→0

Cұйықтың кез келген нүктесіндегі гидростатиқалық қысымның барлықбағыттағы шамасы бірдей (әйтпес е сұйық қозғалар еді ).

СИ системасындақысымның өлшем бірлігі – Па, ал МКГСС системасында

– кгс/см², ал системалардан тыс – мм сұйық бағанасында.

Па – мен өлшенетін қысым және сұйық бағанасы биіктігімен өлшенетін қысым арасындағы байланыс:

(8)

1 физикалық атмосфера (1 атм) = 760 мм. рт. ст. = 10,33 м вод. ст. = 1,033 кгс/см² = 10330 кг/м² = 101300 Н/м².

1 техникалық атмосфера (1 ат) = 735,6 мм. рт. ст. = 10 м вод. ст. = 1 кгс/см² = 10000 кг/м² = 98100 Н/м².

Қысым өлшейтін приборлар (манометр немесе вакуумметр) абсолюттік Р_абс және атмосфералық Р_атм қысымдардың арасындағы айырманы көрсетеді. Егер көлемдегі қысым атмосфералық қысымнан көп болса, онда бүл айырма артықша қысым Р_арт, ал егер аз болса вакуум Р_вак деп аталады. Сонымен:

Р_абс = Р_атм + Р_арт (9)

Р_абс = Р_атм - Р_вак (10)

Түтқырлық. Әртүрлі жылдамдықпен аққансұйықтың екі қабатының арасында қозғалысқа қарсылықты түтқырлық немесе сұйықтың ішкі үйкелісі деп аталады.Сұйықтың ішкі үйкелісінің барлығын түнғыш рет айтқан И.Ньютон болатын. Оның заны бойынша: ішкі үйкеліс сұйықтың жанасу бетінің ауданы мен жылдамдық градиентіне тура пропорционал:

(11)

мұнда Т- үйкеліс күші, Н

F -жанасу бетінің ауданы,м²

dω/dn - жылдамдық градиенті,

ω- сұйық қабатының жылдамдығы,

dn - екі сұйық қабатының арасындағы нормаль бойынша арақашықтық,

μ – түтқырлықтың динамикалық коэффициенті.

СИ системасында:

, [μ]=Па*с

СГС системасында:

1 спз = 0,01 пз; 1Па*с =1 = 10 пз = 1000 спз

Т/F = τ. Сонымен:

(12)

τ – үйкеліс күшінің кернеуі, Па.

Практикалық есептерде көбінесе түтқырлықтың динамикалық коэффициенті мен сұйық тығыздығының қатынасына тең түтқырлықтың кинематикалық коэффициенті қолданылады:

(13)

СГС системасындатүтқырлықтың кинематикалық коэффициентінің өлшем бірлігі – стокс (ст), 1ст =1 см²/с; СИ және МКГСС системасында–1 м²/с = 10⁴ ст.

μ сұйықтар үшін өте үлкен аралықта өзгереді. Мәселен, су үшін μ=1 спз, ал глицерин μ=1500 спз.

Тамшылы сұйықтардың түтқырлығы температура өскен сайын азаяды. Газдардың температурасы өскен кезде олардың молекулаларының соқтығысу саны көбейіп, ішкі үйкеліс артады, яғни түтқырлығы көбейеді.

Беттік керілу. Көптеген процестердетамшылы сұйықтар қозғалыс кезінде газ немесе бір-бірімен араласпайтын басқа тамшылы сұйықтармен жанасады. Бұл кезде сұйық тамшы, басқа сұйықтағы тамшылар немесе сұйықтағы ғаздардың көпіршіктері шар тәрізді формаға жақын формаларды қабылдайды.

Жанасу бетін көбейту үшін, яғни жанадан беттер пайда болу үшін белгілі бір энергияны жүмсау қажет. Жанадан пайда болатын бетке жүмсалатын жұмысты фазалар ара немесе беттік керілу деп атайды және σ-деп белгіленеді.

СИ системасында σ өлшем бірлігі:

СГС системасында:

МКГСС системасында:

Беттік керілу температура өскен сайын азаяды. σ мәні қатты заттардын тамшылы сұйықтармен сулануын сипаттайды. Сулану абсорбциялық, ректификациялық аппараттарда өтетін процестердің гидродинамикалық шартына едәуір әсер етеді.

Анықтама әдебиеттерде беттік керілу сұйық-ауа шеқарасында беріледі. Екі араласпайтын сұйықтар жанасқанды беттік керілу сұйық-газ шеқарасындағыдан кем болады. Мысалы, су –ауа шеқарасында σ = 73 дин/см, ал су–бензол шеқарасында σ = 35 дин/см.

1. Гидродинамиканың зерттеу пәні
2. Сұйықтың шығыны мен қозғалыс жылдамдығы
3. Ағынның гидравликалық элементтері

Дата добавления: 2015-10-24