Общее описание
Жидкость, как следует из названия, характеризуется способностью течь. Она отличается от твердого тела тем, что подвергается деформации из-за касательного напряжения, каким бы малым оно ни было. Единственным критерием является то, что должно пройти достаточно времени для того, чтобы произошла деформация. В этом смысле жидкость бесформенна.
Жидкости можно разделить на жидкости и газы. Жидкость сжимаема лишь незначительно, и при помещении в открытый сосуд у неё есть свободная поверхность. С другой стороны, газ всегда расширяется, заполняя свой сосуд. Пар — это газ, находящийся в состоянии, близком к жидкому.
Жидкость, которая в основном интересует инженера, — это вода. Она может содержать до трех процентов воздуха в растворе, который при пониженном атмосферном давлении имеет тенденцию к выделению. Это необходимо учитывать при проектировании насосов, клапанов, трубопроводов и т. д.
Вертикальный центробежный многоступенчатый центробежный насос с валом и дизельным двигателем. Этот тип вертикального дренажного насоса в основном используется для перекачивания сточных вод или отходов, не подверженных коррозии, при температуре ниже 60 °C и содержащих взвешенные твердые частицы (за исключением волокон и песка) с содержанием менее 150 мг/л. Вертикальный дренажный насос типа VTP относится к вертикальным водяным насосам типа VTP, в которых на основе увеличения и усиления фланца устанавливается масло, смазываемое водой. Он может работать при температуре ниже 60 °C и перекачивать сточные воды или отходы, содержащие определенные твердые частицы (такие как железный лом, мелкий песок, уголь и т. д.).
Основные физические свойства жидкостей описываются следующим образом:
Плотность (ρ)
Плотность жидкости — это её масса на единицу объёма. В системе СИ она выражается в кг/м³.3.
Плотность воды достигает максимального значения 1000 кг/м³.3При 4°C наблюдается незначительное снижение плотности с повышением температуры, но для практических целей плотность воды составляет 1000 кг/м³.3.
Относительная плотность — это отношение плотности жидкости к плотности воды.
Удельная масса (w)
Удельная масса жидкости — это её масса на единицу объёма. В системе Si она выражается в Н/м³.3При нормальных температурах w составляет 9810 Н/м².3или 9,81 кН/м3(приблизительно 10 кН/м)3 (для упрощения расчетов).
Удельная плотность (SG)
Удельная плотность жидкости — это отношение массы данного объема жидкости к массе того же объема воды. Таким образом, это также отношение плотности жидкости к плотности чистой воды, обычно при температуре 15 °C.
Вакуумный насос для заполнения скважины
Номер модели: TWP
Передвижные самовсасывающие насосы серии TWP с дизельным двигателем для аварийного водоснабжения скважин разработаны совместно сингапурской компанией DRAKOS PUMP и немецкой компанией REEOFLO. Эта серия насосов способна перекачивать все виды чистых, нейтральных и коррозионных сред, содержащих частицы. Решает множество проблем, характерных для традиционных самовсасывающих насосов. Уникальная конструкция самовсасывающего насоса, работающего всухую, обеспечивает автоматический запуск и перезапуск без жидкости при первом запуске. Напор на всасывании может превышать 9 м; превосходная гидравлическая конструкция и уникальная структура обеспечивают высокую эффективность более 75%. Возможна установка в различных вариантах исполнения.
Модуль упругости (k)
В практических целях жидкости можно считать несжимаемыми. Однако существуют определенные случаи, такие как нестационарное течение в трубах, когда следует учитывать сжимаемость. Модуль объемной упругости, k, определяется следующим образом:
где p — увеличение давления, которое при приложении к объему V приводит к уменьшению объема AV. Поскольку уменьшение объема должно сопровождаться пропорциональным увеличением плотности, уравнение 1 может быть выражено следующим образом:
Для воды значение k составляет приблизительно 2150 МПа при нормальных температурах и давлениях. Отсюда следует, что вода примерно в 100 раз более сжимаема, чем сталь.
Идеальная жидкость
Идеальная или совершенная жидкость — это жидкость, в которой отсутствуют касательные или сдвиговые напряжения между частицами. Силы всегда действуют перпендикулярно сечению и ограничиваются силами давления и ускорения. Ни одна реальная жидкость полностью не соответствует этому понятию, и для всех движущихся жидкостей присутствуют касательные напряжения, которые оказывают демпфирующее воздействие на движение. Однако некоторые жидкости, включая воду, близки к идеальной жидкости, и это упрощенное предположение позволяет использовать математические или графические методы для решения определенных задач гидродинамики.
Вертикальный турбинный пожарный насос
Номер модели: XBC-VTP
Вертикальные пожарные насосы серии XBC-VTP с длинным валом представляют собой серию одноступенчатых и многоступенчатых диффузорных насосов, изготовленных в соответствии с последним национальным стандартом GB6245-2006. Конструкция также была усовершенствована с учетом стандарта Ассоциации противопожарной защиты США. В основном они используются для пожаротушения в нефтехимической, газовой, энергетической, хлопчатобумажной, портовой, авиационной, складской, высотной и других отраслях промышленности. Также могут применяться для снабжения судов, морских резервуаров, пожарных кораблей и других объектов.
Вязкость
Вязкость жидкости — это мера её сопротивления тангенциальному или сдвиговому напряжению. Она возникает в результате взаимодействия и сцепления молекул жидкости. Все реальные жидкости обладают вязкостью, хотя и в различной степени. Сдвиговое напряжение в твёрдом теле пропорционально деформации, тогда как сдвиговое напряжение в жидкости пропорционально скорости сдвиговой деформации. Отсюда следует, что в неподвижной жидкости сдвигового напряжения быть не может.
Рис. 1. Вязкая деформация
Рассмотрим жидкость, заключенную между двумя пластинами, расположенными на очень малом расстоянии y друг от друга (рис. 1). Нижняя пластина неподвижна, а верхняя движется со скоростью v. Предполагается, что движение жидкости происходит в серии бесконечно тонких слоев или пластин, свободно скользящих друг по другу. Отсутствуют поперечные потоки и турбулентность. Слой, прилегающий к неподвижной пластине, находится в состоянии покоя, а слой, прилегающий к движущейся пластине, имеет скорость v. Скорость сдвиговой деформации или градиент скорости равен dv/dy. Динамическая вязкость, или, проще говоря, вязкость μ, определяется формулой
Так что:
Это выражение для вязкостного напряжения было впервые предложено Ньютоном и известно как уравнение вязкости Ньютона. Почти все жидкости имеют постоянный коэффициент пропорциональности и называются ньютоновскими жидкостями.
Рис. 2. Зависимость между касательным напряжением и скоростью сдвиговой деформации.
Рисунок 2 представляет собой графическое отображение уравнения 3 и демонстрирует различное поведение твердых тел и жидкостей под действием сдвигового напряжения.
Вязкость выражается в сантипуазах (Па·с или Н·с/м³).2).
Во многих задачах, касающихся движения жидкости, вязкость выражается вместе с плотностью в виде μ/p (независимо от силы), и удобно использовать один член v, известный как кинематическая вязкость.
Значение ν для тяжелой нефти может достигать 900 x 10⁻⁶.-6m2/с, тогда как для воды, имеющей относительно низкую вязкость, она составляет всего 1,14 x 10⁻¹⁰ м²/с при 15°C. Кинематическая вязкость жидкости уменьшается с повышением температуры. При комнатной температуре кинематическая вязкость воздуха примерно в 13 раз выше, чем у воды.
Поверхностное натяжение и капиллярность
Примечание:
Когезия — это притяжение, которое испытывают друг к другу подобные молекулы.
Адгезия — это сила притяжения, которую испытывают друг к другу разнородные молекулы.
Поверхностное натяжение — это физическое свойство, позволяющее капле воды оставаться взвешенной у крана, сосуду наполняться жидкостью чуть выше края, и при этом не проливаться, или игле плавать на поверхности жидкости. Все эти явления обусловлены когезией между молекулами на поверхности жидкости, прилегающей к другой несмешивающейся жидкости или газу. Это как если бы поверхность состояла из эластичной мембраны, равномерно натянутой, которая всегда стремится сократить площадь поверхности. Таким образом, мы видим, что пузырьки газа в жидкости и капли влаги в атмосфере имеют приблизительно сферическую форму.
Сила поверхностного натяжения, действующая вдоль любой воображаемой линии на свободной поверхности, пропорциональна длине этой линии и направлена перпендикулярно ей. Поверхностное натяжение на единицу длины выражается в мН/м. Его величина довольно мала, составляя приблизительно 73 мН/м для воды, контактирующей с воздухом при комнатной температуре. Наблюдается небольшое снижение поверхностного натяжения.iс повышением температуры.
В большинстве гидравлических приложений поверхностное натяжение имеет незначительное значение, поскольку связанные с ним силы, как правило, пренебрежимо малы по сравнению с гидростатическими и динамическими силами. Поверхностное натяжение важно только там, где имеется свободная поверхность и размеры границы малы. Таким образом, в случае гидравлических моделей эффекты поверхностного натяжения, которые не имеют значения в прототипе, могут влиять на поведение потока в модели, и этот источник ошибки в моделировании необходимо учитывать при интерпретации результатов.
Эффекты поверхностного натяжения особенно заметны в случае трубок малого диаметра, открытых для атмосферы. К таким трубкам могут относиться, например, манометрические трубки в лабораторных условиях или открытые поры в почве. Например, если опустить небольшую стеклянную трубку в воду, то можно обнаружить, что вода внутри трубки поднимается, как показано на рисунке 3.
Поверхность воды в трубке, или мениск, как его называют, вогнута вверх. Это явление известно как капиллярность, и тангенциальный контакт между водой и стеклом указывает на то, что внутренняя когезия воды меньше, чем адгезия между водой и стеклом. Давление воды внутри трубки вблизи свободной поверхности меньше атмосферного.
Рис. 3. Капиллярность
Ртуть ведет себя несколько иначе, как показано на рисунке 3(б). Поскольку силы сцепления больше сил адгезии, угол контакта больше, а мениск имеет выпуклую поверхность по отношению к атмосфере и вдавлен. Давление вблизи свободной поверхности больше атмосферного.
Капиллярных эффектов в манометрах и измерительных стеклах можно избежать, используя трубки диаметром не менее 10 мм.
Центробежный насос для перекачки морской воды
Номер модели: ASN ASNV
Насосы моделей ASN и ASNV представляют собой одноступенчатые центробежные насосы с двойным всасыванием и разъемным спиральным корпусом, используемые для водоснабжения, циркуляции воздуха в системах кондиционирования, в зданиях, ирригации, дренажных насосных станциях, электростанциях, системах промышленного водоснабжения, противопожарных системах, судах, зданиях и т. д.
Давление пара
Молекулы жидкости, обладающие достаточной кинетической энергией, выбрасываются из основного тела жидкости на её свободной поверхности и переходят в пар. Давление, оказываемое этим паром, называется давлением пара, P. Повышение температуры связано с усилением молекулярного движения и, следовательно, с увеличением давления пара. Когда давление пара равно давлению газа над ним, жидкость кипит. Давление пара воды при 15°C составляет 1,72 кПа (1,72 кН/м³).2).
Атмосферное давление
Атмосферное давление на поверхности Земли измеряется барометром. На уровне моря среднее атмосферное давление составляет 101 кПа и стандартизировано по этому значению. С высотой атмосферное давление уменьшается; например, на высоте 1500 м оно снижается до 88 кПа. Эквивалент водяного столба имеет высоту 10,3 м на уровне моря и часто называется водяным барометром. Эта высота является гипотетической, поскольку давление водяного пара исключает возможность достижения полного вакуума. Ртуть является гораздо более подходящей барометрической жидкостью, поскольку имеет пренебрежимо малое давление пара. Кроме того, её высокая плотность приводит к образованию столба разумной высоты — около 0,75 м на уровне моря.
Поскольку большинство давлений, встречающихся в гидравлике, превышают атмосферное и измеряются приборами, которые регистрируют относительное давление, удобно считать атмосферное давление нулевой отметкой. В этом случае давление называется избыточным, если оно выше атмосферного, и вакуумным, если ниже. Если за нулевое давление принять абсолютное, то давление считается абсолютным. В главе 5, где обсуждается NPSH, все значения выражены в терминах абсолютного водяного барометра: уровень моря = 0 бар, избыточное давление = 1 бар, абсолютное давление = 101 кПа = 10,3 м водного столба.
Дата публикации: 20 марта 2024 г.