Силы действующие на жидкость.

История развития науки «Гидравлика и гидропривод»

Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими её поверхностями, называется гидромеханикой.

Науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов к решению практических задач называют гидравликой. В гидравлике рассматривают, главным образом, потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками, т. е. течение в закрытых и открытых каналах.

Таким образом, можно сказать, что в гидравлике изучают в основном внутренние течения жидкостей и решают так называемую внутреннюю задачу в отличие от внешней, связанной с внешним обтеканием тел сплошной средой, которое имеет место при движении тела в жидкости или газе.

Историческое развитие механики жидкостей шло двумя различными путями:

-первый путь – теоретический, путь точного математического анализа, основанного на законах механики. Он привел к созданию теоретической гидромеханики, которая долгое время являлась самостоятельной дисциплиной, непосредственно не связанная с экспериментом. Однако на пути чистого теоретического исследования движения жидкости встречается множество трудностей, и методы теоретической гидромеханики не всегда дают ответы на вопросы, выдвигаемые практикой.

- второй путь – путь широкого применения эксперимента и накопления опытных данных для использования их в инженерной практике – привел к созданию гидравлики.

 

Виды жидкостей.

Жидкость – физическое тело, молекулы которого слабо связаны между содой. Поэтому незначительные силы способны легко изменить форму жидкости, которая способна сохранить объем, но не форму. В гидравлике жидкость рассматривают как непрерывную среду, заполняющую пространство без пустот и промежутков, т.е. отвлекаются от молекулярного строения жидкости и её частицы, даже бесконечно малые, считают состоящими из большого числа молекул.

Реальной жидкостью называют жидкость, обладающую вязкостью (свойство жидкости сопротивляться сдвигу ее слоев).

Идеальная или невязкая жидкость является упрощенной моделью реальной (вязкой) жидкости. По предположению, идеальная жидкость имеет все свойства реальной, кроме вязкости.

рис. 1.1 Профиль скоростей течения жидкости.

Силы действующие на жидкость.

Жидкость в гидравлике рассматривают как непрерывную среду, заполняющую пространство без пустот и промежутков, т. е. отвле­каются от молекулярного строения жидкости и ее частицы, даже бесконечно малые, считают состоящими из большого числа молекул.

Вследствие текучести (подвижности частиц) в жидкости действуют силы не сосредоточенные, а непрерывно распределенные по ее объему (массе) или поверхности. В связи с этим силы, действующие на объемы жидкости и являющиеся по отношению к ним внешними, разделяют на массовые (объемные) и поверхностные.

Массовые силы в соответствии со вторым законом Ньютона про­порциональны массе жидкости или, для однородной жидкости, — ее объему. К ним относятся сила тяжести и сила инерции переносного движения, действующая на жидкость при относительном ее покое в ускоренно движущихся сосудах или при относительном движении жидкости в руслах, перемещающихся с ускорением.

Поверхностные силы непрерывно распределены по поверхности жидкости и при равномерном их распределении пропорциональны площади этой поверхности. Эти силы обусловлены непосредственным воздействием соседних объемов жидкости на данный объем или же воздействием других тел (твердых или газообразных), соприкасаю­щихся с данной жидкостью. Как следует из третьего закона Ньютона, с такими же силами, но в противоположном направлении, жидкость действует на соседние с нею тела.

В общем случае поверхностная сила , действующая на пло­щадке , направлена под некоторым углом к ней, и ее можно разложить на нормальную F и тангенциальную T составляющие (рис. 1.2). Первая называется силой давления, а вторая — силой трения.

 

Рис. 1.2 Силы, действующие на жидкость.

 

Как массовые, так и поверх­ностные силы в гидромеханике рас­сматривают обычно в виде единич­ных сил, т. е. сил, отнесенных к соответствующим единицам. Массо­вые силы относят к единице мас­сы, а поверхностные к единице площади

Так как массовая сила равна произведению массы на ускорение, следовательно, единичная массовая сила численно равна соответствующему ускорению.

Единичная поверхностная сила, называемая напряжением поверхностной силы, раскладывается на нормальное и касательное напряжения.

Нормальное напряжение, т.е. напряжение силы давления, называется гидромеханическим,в случае покоя - гидростатическим давлением,или просто давлением, и обозначается буквой

Если сила давления равномерно распределена по площадке , то среднее гидромеханическое давление определяют по формуле

. (1.1)

В общем случае гидромеханическое давление в данной точке
равно пределу, к которому стремится отношение силы давления к площади ,
на которую она действует, при уменьшении S до нуля,
т.е.при стягивании ее к точке

(1.2)

Если давление р отсчитывают от абсолютного нуля, то его назы­вают абсолютным, а если отсчитывают от атмосферного давления р_а, т. е. от условного нуля, то его называют избыточным (р_изб) или мано­метрическим. Следовательно, абсолютное давление

(1.3)

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) при­нят паскаль — давление, вызываемое силой 1Н, равномерно распре­деленной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м². Наряду с этой единицей давления применяют укрупненные единицы: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа):

В технике в настоящее время продолжают применять также си­стему единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда), в которой за единицу давления принимается 1 кгс/м². Используют также вне­системные единицы — техническую атмосферу и бар

1 ат=1 кгс/см²=10000 кгс/м²; 1 бар = 10⁵ Па = 1, 02атм.

Соотношение между единицами давления в системах СИ и МКГСС следующее:

1 Па = 0,102 кгс/м² или 1 кгс/м² = 9,81 Па.

Касательное напряжение в жидкости, т. е. напряжение трения, обозначается буквой и выражается подобно давлению пределом

(1.4)

а размерность его та же, что и размерность давления.

12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: