Рабочие жидкости гидроприводов. Гипотеза сплошности. Плотность жидкости

Жидкости. Все вещества в природе имеют молекулярное строение. По характеру молекулярных движений, а также по численным значе­ниям межмолекулярных сил жидкости занимают промежуточное поло­жение между газами и твердыми телами. Свойства жидкостей при вы­соких температурах и низких давлениях ближе к свойствам газов, а при низких температурах и высоких давлениях - к свойствам твердых тел.

В газах расстояния между молекулам больше, а межмолекулярные силы меньше, чем в жидкостях и твердых телах, поэтому газы отлича­ются от жидкостей и твердых тел большей сжимаемостью. По сравне­нию с газами жидкости и твердые тела малосжимаемы.

Молекулы жидкости находятся в непрерывном хаотическом теп­ловом движении, отличающемся от хаотического теплового движения газов и твердых тел: в жидкостях это движение осуществляется в виде колебаний (10¹³ колебаний в секунду) относительно мгновенных цент­ров и скачкообразных переходов от одного центра к другому. Тепло­вое движение молекул твердых тел - колебания относительно стабиль­ных центров. Тепловое движение молекул газа - непрерывные скачко­образные перемены мест.

Диффузия молекул жидкостей и газов обусловливает их общее свойство - текучесть. Поэтому термин «жидкость» применяют для обозначения и собственно жидкости (несжимаемая или весьма мало сжимаемая, капельная жидкость), и газа (сжимаемая жидкость).

Гипотеза сплошности. Жидкость рассматривается как деформиру­емая система материальных частиц, непрерывно заполняющих прост­ранство, в котором она движется.

Жидкая частица представляет собой бесконечно малый объем, в котором находится достаточно много молекул жидкости. Например, если рассмотреть кубик воды со сторонами размером 0,001 см, то в объеме будет находиться 3,3-10¹³ молекул. Частица жидкости полага­ется достаточно малой по сравнению с размерами области, занятой движущейся жидкостью.

При таком предположении жидкость в целом рассматривается как континуум - сплошная среда, непрерывно заполняющая пространство, т.е. принимается, что в жидкости нет пустот или разрывов, все характе­ристики жидкости являются непрерывными функциями, имеющими непрерывные частные производные по всем своим аргументам. Сплош­ная среда представляет собой модель, которая успешно используется при исследовании закономерностей покоя и движения жидкости.

Правомерность применения модели жидкости - сплошная среда подтверждена всей практикой гидравлики.

Плотность жидкости. Плотность характеризует распределение массы М жидкости по объему W. В произвольной точке А жидкости плотность

Р_A = limΔM/ΔW                                                     (1.1)

где ΔM - масса, заключенная в объеме ΔW, стягиваемом в точку А.

Плотность однородной жидкости равна отношению массы М жидкости к ее объему W:

ρ =M/W.                                                             (1.2)

Плотность ρ во всех точках однородной жидкости одинакова.

В общем случае плотность может изменяться от точки к точке в объ­еме, занятом жидкостью, и в каждой точке объема с течением времени.

Единица плотности (плотности массы) в системе СИ принята кг/м³ .

Удельный вес у однородной жидкости определяется как отноше­ние веса G жидкости к ее объему W:

 у = G/W.

Учитывая, что G = Mg, получим зависимость, используемую в рас­четах:

Y = Pg.

В системе СИ единица удельного веса принята Н/м³ .

Отметим, что значение ускорения свободного падения g изменяет­ся от 9,831 м/с²  (на полюсе) до 9,781 м/с² (на экваторе).

Плотность жидкостей и газов зависит от температуры и давления. Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности с ростом температуры. Плотность воды максимальна при t = 4°C и уменьшается как с уменьшением, так и увеличением температуры от этого значения. В этом проявляется одно из аномальных свойств воды. В табл.1.1 приведены значения плотности воды при нормальном ат­мосферном давлении и различных температурах.

Таблица 1.1

Плотность морской воды при t = 0°C равна 1020-1030, нефти и нефтепродуктов - 650-900, чистой ртути - 13 596 кг/м³ .

При изменении давления плотность жидкостей изменяется незна­чительно. Для условий работы гидротехнических сооружений плот­ность воды можно считать постоянной, ρ - 1000 кг/м³. Сравните: плот­ность воздуха при t = 0°C и атмосферном давлении равна 1,29 кг/м³ .

Температура, при которой плотность воды максимальная, с увели­чением давления уменьшается. Так, при давлении 14 МПа вода имеет максимальную плотность при 0,6°C.