Жидкость и ее свойства

В гидравлике принято объединять жидкости, газы и пары под единым названием жидкости, поскольку при скоростях потоков, значительно меньших, чем скорость звука, законы движения жидкостей без существенных поправок справедливы для газов и паров. Жидкость – это все вещества, которые обладают текучестью, при приложении к ним незначительных сил сдвига. Жидкость не имеет своей формы, но принимает форму сосуда, в котором она находится. Жидкости обладают такими свойствами, как плотность (количество массы жидкости, содержащееся в единице ее объема r = m/V, кг/м³); вязкость (способность жидкости сопротивляться сдвигу, т. е. свойство, обратное текучести); давление, поверхностное натяжение (работа, необходимая для создания единицы поверхности раздела фаз; сила, испытываемая молекулами, например жидкости, на границе «газ-жидкость» и направленная в глубину объема жидкости); сжимаемость (способность жидкости изменять свой объем под действием давления), температурное расширение и др.

Важным свойством, которое присуще только жидкостям является давление. Условием возникновения этого свойства является действие внешних поверхностных сил (сила давления). Параметром, отражающим действие сил давления жидкости на дно и стенки сосуда, в котором она находится, а также на поверхность любого, погруженного в нее тела, является гидростатическое давление.

Другим важным свойством жидкостей является вязкость. Условием возникновения вязкости является действие внутренних сил – сил трения. Вязкость проявляется в возникновении касательных напряжений (напряжений трения) при течении жидкости. Различают динамическую и кинематическую вязкость жидкости. Их взаимосвязь определяется уравнением (1.1):

, (1.1)

где υ – кинематическая вязкость, м²/с;

μ – динамическая вязкость, Па·с;

ρ – плотность, кг/м³.

Вязкость жидкостей существенно зависит от температуры, причем вязкость капельных жидкостей с повышением температуры падает, а вязкость газов – растет. Это объясняется различным молекулярным строением жидкостей и газов.

Вязкость газов зависит от интенсивности хаотичного движения молекул. Происходит обмен молекулами, которые «тормозят» быстрый слой и ускоряют медленный. С ростом температуры эта интенсивность растет, и вязкость газов увеличивается. Вязкость жидкостей обусловлена силами межмолекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры ослабевают, и вязкость падает.

Для упрощения ряда закономерностей в гидравлике используют понятие модель так называемой идеальной жидкости, под которой подразумевают жидкость, абсолютно несжимаемую, не изменяющую своей плотности под действием температуры и давления и не обладающую вязкостью.