ЖИДКОСТИ, ИХ СВОЙСТВА. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Определение жидкости

Жидкость — физическое тело, обладающее свойством текучести, в силу чего жидкость не имеет собственной формы и принимает форму сосуда, в который ее помещают. Жидкости делят на два вида: капельные и газообразные. Капельные жидкости характеризуются большим сопротивлением сжатию (почти полной несжимаемостью), малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям, что
обусловлено незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами жидкости и незначительной температурной расширяемомостью. К капельным жидкостям относятся вода, нефть, бензин, керосин, ртуть, спирт и т. п.

Гидравлика рассматривает только капельные жидкости, однако, многие свойства капельных и газообразных жидкостей, а также многие механические законы для них одинаковы. Жидкости, существующие в природе, называются реальными. Для облегчения решения многих задач гидромеханики введено понятие идеальной жидкости, которая считается совершенно несжимаемой
и нерасширяющейся, обладает абсолютной подвижностью частиц и в которой отсутствуют силы внутреннего трения (вязкость равна нулю). В ряде случаев замена реальной жидкости идеальной допускается, так как не дает больших ошибок. Однако при значительных изменениях вязкости результаты расчетов могут существенно отличаться от действительных. В этих случаях расчеты корректируются по результатам лабораторных исследований или наблюдений в натуре.

Физические свойства жидкостей.
Единицы измерения

Основными физическими свойствами жидкостей являются плотность, удельный вес, сжимаемость и температурное расширение, вязкость, а для жидкостей, применяемых в гидроприводах, еще и смазывающая способность, физическая, механическая и химическая стабильность.

Плотностью жидкости р называется отношение массы жидкости m к ее объему V:

р измеряется в кг/м3.

Относительной плотностью жидкости р0 называется отношение плотности рассматриваемой жидкости к плотности воды при t = 3,98° С:

Относительная плотность — величина безразмерная.

Удельным весом жидкости у называется отношение веса жидкости G к ее объему V:

измеряют в Н/м3.
Согласно закону Ньютона,

где g — ускорение свободного падения тела,

Тогда равенство (1,3) можно выразить так:

а с учетом равенства (1.1)

Относительный удельный вес жидкости у0 при определенной температуре
этой жидкости y t можно найти из равенства

D этом равенстве у0 является величиной безразмерной; уп — удельный вес воды при 3,98° С.

В ряде случаев при расчетах удобнее пользоваться величиной, обратной плотности, которая называется удельным объемом v:

тогда

Сжимаемостью называется свойство жидкости изменять свой объем при изменении давления и температуры. Величина сжатия, зависящая от давления, характеризуется коэффициентом объемного сжатия Р„, который показывает изменение объема при увеличении давления на 0,1 МН/м2

где V и V0 — соответственно объемы при конечном р и начальном р0 давлениях.

Температурным расширением жидкости называется изменение ее объема при изменении температуры. Величина расширения характеризуется коэффициентом температурного расширения т, е относительным изменением объема жидкости при изменении температуры на 1С:

Для минеральных масел, применяемых в гидроприводах коэффициент ~ 0,0006 — 0,00085 1/°С, а для воды 0,00014 — 0,00015 1/°С что следует учитывать при расчете емкостей.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется объемным модулем упругости жидкости Е:

Модуль упругости минеральных масел, применяемых в гидроприводах, находится в пределах (135 — 175) 10 ^ 7, а воды 210 * 10 ^ 7 Н/м2.

Вязкостью жидкости называется свойство реальной жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению (сдвигу) отдельных ее частиц или слоев при приложении внешних сил Слои как бы скользят один по другому с различными скоростями, что вызывает внутреннее
трение между слоями, пропорциональное относительной скорости движения слоев и площади их соприкосновения. Сила внутреннего трения между слоями, приходящаяся на единицу поверхности,
называется удельной силой трения и определяется зависимостью, предложенной И. Ньютоном:

где v2 и v2 — скорости, м/с, в потоке на расстоянии соответственно у2 и у1 м, от твердой стенки (рис, IЛ); мю — динамический коэффициент вязкости, H см/м2.

За единицу динамического коэффициента вязкости принят пуаз (1 П = 0,1 Н — с/м2) по имени французского ученого Пуазейля. Для практических целей пользуются кинематическим коэффициентом
вязкости v, т. е. отношением динамического коэффициента вязкости к плотности рассматриваемой жидкости p

В табл. 1.1 приведены значения кинематического коэффициента вязкости при различных температурах.
Вязкость жидкостей определяется специальными приборами, называемыми вискозиметрами, простейшим из которых является вискозиметр Оствальда,

К жидкостям, применяемым в гидроприводах, предъявляют дополнительно
следующие требования: она должна иметь высокий индекс вязкости, хорошую смазывающую способность, а также физическую, механическую и химическую стабильность при хранении и эксплуатации.

  • Индекс вязкости характеризует степень постоянства вязкости жидкости при изменении температуры. Чем выше индекс вязкости, тем более пологой является кривая вязкости. Наилучшей жидкостью является такая, у которой вязкость стабильна в интервалах рабочих температур.
  • Физической стабильностью жидкости называется способность жидкости длительно сохранять свои первоначальные физические свойства (вязкость, плотность, смазывающую способность) при работе на высоких давлениях и дросселировании с большим перепадом давлений.
  • Механической стабильностью называется способность жидкости работать при значительной вибрации без расслоения на компоненты.
  • Химической стабильностью называется устойчивость жидкости к окислению кислородом воздуха. При окислении, особенно при высоких температурах, из жидкости выпадает осадок в виде смолы и коксоподобных веществ, которые, попадая в зазоры гидроаппаратов, парализуют их работу.