Задание 1

Ответить на теоретические вопросы:

1. 
   Основные физические свойства жидкостей. Их размерности в системе СИ.
   

Ответ

Жидкость - физическое тело, которое обладает свойством текучести, т. е. не имеющее способности самостоятельно сохранять свою форму.Текучесть жидкости обусловлена подвижностью молекул, составляющих жидкость. Жидкостью называется агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Жидкость характеризуется следующими свойствами:

1) сохраняет объем;

2) образует поверхность;

3) обладает прочностью на разрыв;

4) принимает форму сосуда;

5) обладает текучестью.

Свойства жидкости с 1) по 3) подобны свойствам твёрдых тел, а свойство 4) - свойству жидкости.

Жидкости, законы движения и равновесия которых изучаются в гидравлике (механике жидкости и жидкости), делятся на два класса: сжимаемые жидкости или газы, почти несжимаемые - капельные жидкости.

В гидравлике рассматриваются как идеальные, так и реальные жидкости. Идеальная жидкость - жидкость, между частицами которой отсутствуют силы внутреннего трения. Вследствие этого такая жидкость не сопротивляется касательным силам сдвига и силам растяжения. Идеальная жидкость совершенно не сжимается, она оказывает бесконечно большое сопротивление силам сжатия. Такой жидкости в природе не существует - это научная абстракция, необходимая для упрощения анализа общих законов механики применительно к жидким телам.

Реальная жидкость - жидкость, которая не обладает в совершенстве свойствами идеальной жидкости, она в некоторой степени сопротивляется касательным и растягивающим усилиям, а также отчасти сжимается. Для решения многих задач гидравлики этим отличием в свойствах идеальной и реальной жидкостей можно пренебречь. В связи с этим физические законы, выведенные для идеальной жидкости, могут быть применены к жидкостям реальным с соответствующими поправками. Ниже кратко представлены общие сведения, касающиеся физических свойств жидкостей.

Плотность — это отношение массы вещества к его объему:

р = m/V

На плотность жидкости влияют температура и давление.

Удельный вес — это отношение веса жидкости к занимаемому объему:

у = mg/V = pg.

Удельный объем жидкости — объем единицы массы этой жидкости:

---

v = У/m = 1/р.

Температурное расширение — свойство жидкости изменять свой объем при изменении температуры. С ростом температуры объем жидкости увеличивается и наоборот. Различные жидкости при увеличении температуры на одну и ту же величину увеличиваются в объеме по разному. Поэтому свойство жидкости увеличиваться в объеме с увеличением температуры характеризуется коэффициентом температурного расширения Bт, который показывает изменение единицы объема данной жидкости при изменении ее температуры на 1 К.

Увеличение объема при нагревании рассчитывается по уравнению:

Δ V= Bт*V₀*Δ Т

где V₀ начальный объем жидкости; дельта Т— изменение температуры.

В расчетах ДВС коэффициент температурного расширения считают постоянным, хотя на самом деле он зависит от условий нагревания или охлаждения, давления и начальной температуры.

Сжимаемость — свойство жидкости изменять объем при изменении давления.

Δ V = Bр*V₀*Δ р,

где дельта V— изменение объема; дельта р — изменение давления; Вр — коэффициент объемного сжатия.

Коэффициент объемного сжатия показывает изменение единицы объема жидкости при изменении давления на 1 Па. Он зависит от условий сжатия, температуры и начального давления. При расчетах эта зависимость не учитывается.

Коэффициент объемного сжатия для воды равен 5 * 10^-4 1/Па, для нефтепродуктов — 7*10^-4 1/Па, для ртути — 0,3*10^-4 1/Па.

Ввиду незначительных величин жидкости считаются несжимаемыми.

Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой.

Динамическая вязкость учитывает свойства жидкости, от которых зависит ее внутреннее трение. В технике и в частности в гидравлике часто используется кинематическая вязкость v, которая равна отношению динамической вязкости жидкости к ее плотности:

v = n/p

Для упрощения решения гидродинамических задач считают, что рассматриваемые жидкости не обладают температурным расширением, сжимаемостью и вязкостью. Такие жидкости в отличие от реальных называются идеальными.

2. 
   В чем отличие жидкостей от твердых тел и газов.
   

---

Ответ:

Молекулы в газах находятся далеко относительно друг друга, расстояния между молекулами примерно раз в десять больше самих молекул. Поэтому молекулы не взаимодействуют между собой, не устанавливается межмолекулярных связей. Молекулы беспорядочно двигаются во все стороны.

В результате газ

• 
  не имеет формы,
  
• 
  занимает весь предоставленный ему объем,
  
• 
  легко сжимается и расширяется.
  

Если наполнить резиновый мяч воздухом, то воздух равномерно заполнит весь его объем, он не осядет внизу или не поднимется в верхнюю его часть. Он распространится именно по всему объему. Если тем же объемом воздуха заполнить мяч, который больше первого, то воздух в нем также заполнит весь объем, но будет менее плотный. Поэтому нам будет легче сжать второй мяч.

Молекулы жидкости (например, воды), в отличие от молекул газа, находятся близко друг к другу (можно сказать, вплотную) и взаимодействуют между собой. Однако молекулы жидкости, также, как и у газа, могут свободно перемещаться.

Это обуславливает следующие свойства жидкости:

• 
  сохраняет свой объем, а не занимает весь объем сосуда,
  
• 
  принимает форму сосуда, в которой находится,
  
• 
  обладает текучестью,
  
• 
  очень плохо сжимается.
  

В отличие от жидкостей, в твердых телах молекулы чаще всего расположены упорядочено. Они не могут беспорядочно менять свое положение. Поэтому твердые тела, в отличие от жидкостей, не обладают текучестью, а сохраняют свою форму.

Однако следует сделать одну оговорку. Это так по отношению к твердым телам, чье молекулярное строение представляет собой кристаллическую решетку. Аморфные тела обладают текучестью, но намного меньшей, чем у жидкостей.

Молекулы или атомы кристаллических тел расположены друг относительно друга упорядоченно. Существует определенное «правило», по которому каждая молекула (или атом) соединяется с другими молекулами кристалла. Так молекулы могут располагаться в вершинах кубов или шестиугольников. В аморфных телах молекулы располагаются беспорядочно.
Задача 1. В вертикальном стальном резервуаре, заполненном наполовину, хранится нефть (рис.1). Плотность нефти, при начальной температуре, равна 855 кг/м³. Определить массу хранящейся нефти и колебания ее уровня в резервуаре, если температура в течение года принимает значения от t₁= -15⁰С (зима) до t₂

---

=20⁰С (лето). Коэффициент температурного расширения α_Т =0,0006 1/⁰С, вид резервуара РВС-1000.

Решение

Так как резервуар заполнен наполовину, то объем хранящейся в нем нефти равен м³. Соответственно, масса хранящейся нефти равна кг.

Колебание уровня нефти равно , где

м³

м

Ответ: 427500 кг, 0,103 м

Задание 2

Ответить на теоретические вопросы:

1. 
   Объясните понятия абсолютного и избыточного давления, вакуума. Какими приборами измеряется давление, вакуум. Устройство и принцип работы этих приборов.
   

Ответ
Превышение давления в точке над атмосферным давлением называется избыточным или манометрическим давлением (pм, pизб). Введение такого понятия необходимо, так как манометры реагируют только на отклонения измеряемого давления от атмосферного.

Пружинный манометр (рис. 1) состоит из корпуса 1, в котором размещена одновитковая полая трубчатая пружина 2. Внутри полой трубчатой пружины измеряемое давление, а снаружи атмосферное.

Трубчатая пружина одним своим концом жестко соединена с входным штуцером 7, имеющим отверстие для пропуска жидкости в полость трубчатой пружины. Свободный конец трубчатой пружины поводком 6 шарнирно соединен с кулисой сектора 5, зубчатый сектор 4 входит в зацепление с шестеренкой 3, посаженной на валу указательной стрелки 8. Для визуального наблюдения и настройки предусмотрена шкала 10.


Рис.1. Пружинный манометр.
Принцип работы манометра основан на изменении положения трубчатой пружины. При повышении давления она стремиться распрямиться. Тянет за собой поводок 6, движение которого посредством шарнирного механизма с зубчатой парой преобразуется во вращательное движение вала стрелки. При снижении давления под действием сил упругой деформации пружина возвращается в исходное состояние, стрелка совершает поворот в обратном направлении. Угол поворота стрелки пропорционален измеряемому давлению.

Чувствительным элементом манометра (вакуумметра) может быть и мембрана или сильфон, но и в этом случае приборы реагируют на отклонение давления от атмосферного.

---

Абсолютное (или полное) давление pабс - это сумма избыточного и атмосферного давлений. Вакуумом (pвак) называется недостаток абсолютного давления до атмосферного.

Для наглядности покажем диаграмму давлений (рис. 2.). В технике, если измеряемое давление выше атмосферного, пользуются понятием манометрического давления, а если ниже атмосферного - то понятием вакуума.


Рис. 2. Диаграмма давлений
Предположим, что имеем закрытый резервуар с жидкостью (рис. 3).


Рис. 3. Определение пьезометрической высоты
Если в точке А к резервуару присоединить открытую в атмосферу трубку, то в такой трубке жидкость поднимется на некоторую высоту H, большую или меньшую глубины воды в резервуаре в зависимости от того, будет ли p0 больше или меньше pатм. Такие трубки называются пьезометрами, а высоту Н называют пьезометрической высотой или пьезометрическим напором. Пьезометрическая высота характеризует давление или, точнее говоря, измеряет его в линейных единицах. Для доказательства проведем через точку А поверхность равного давления - горизонтальную плоскость. В соответствии с уравнением (1) давление в любой точке этой поверхности равно:
p0 + gh = pатм + gH(1)

(2)
Для пьезометров (жидкостных манометров) применяют стеклянные трубки диаметром не менее 5-10 мм в целях избежания явлений капиллярного поднятия, обусловленного действием поверхностного натяжения, смачиваемостью.

Недостаток абсолютного давления до атмосферного (т.е. вакуум) также можно измерить высотой столба жидкости. Предположим, что в сосуде А (рис. 4.) абсолютное давление ниже атмосферного. Соединим сосуд А с открытым сосудом с помощью стеклянной трубки. Жидкость в трубке поднимется на некоторую высоту hвак. Для определения hвак проведем поверхность уровня, совпадающую со свободной поверхностью жидкости в открытом сосуде. Давления во всех точках этой поверхности, в том числе и в точках В и С, равны. Тогда,
pА + ρghвак = pатм(3)

(4)


Рис.4. Вакуумметр.

---

Смотрите также файлы

• Базовые информационные технологии.docx

• Создание рекламной программы для туристических направлений по Нидерландам на примере ооо Олтревел по специальности 43. 02. 10 Туризм.pdf

• Тарау 3в энергия трлері мен кздері 8 орта мектеп кмм кні 02. 2023.docx

• Жоспарды таратуга жане сатуга тыйым салынады!!!! Саба жоспары Бекітемін.docx

• Конспект внеурочного занятия 33 7 класс По страницам Черной книги.docx