Предмет гидравлики. Основные свойства жидкости. Гидростатика презентация

Мы должны рассмотреть пять тем:
Тема 1. Гидростатика
Тема 2. Гидродинамика
Тема 3. Гидравлический расчет трубопроводов
Тема 4. Гидромашины
Тема 5. Основы гидро-
и пневмопривода

Тема 1: ГИДРОСТАТИКА
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
Предмет гидравлики.
2. Основные свойства жидкости.
3. Гидростатика.

Гидравлика - это прикладная техническая наука о законах равновесия и движения жидкостей ,
о их взаимодействии с соприкасающимися с ними неподвижными или движущимися твердыми телами
Слово «гидравлика» происходит от сочетания двух греческих слов: «hydоr» (вода) и «aulos» (труба)
1. Предмет гидравлики

Термин «жидкость» объединяет все физические тела, обладающие текучестью и не имеющие своей формы, а принимающие форму емкости (сосуда), в которой они находятся.
Текучестью называют способность жидкости изменять свою форму, не дробясь на части, под действием даже небольших сил.
Сказанное позволяет понять, что термин «жидкость» объединяет и собственно жидкие вещества (которые называют капельными жидкостями) и газообразные вещества (которые иногда называют упругими жидкос- тями, а чаще просто газами).
С точки зрения механики, капельные жидкости и газы различаются только сжимаемостью

Схема расположения молекул в телах, находящихся в различных физических состояниях
Твердое тело
Капельная жидкость
Упругая жидкость (газ)
Жидкость

1. Параметры состояния:
Абсолютное давление (р);
Абсолютная температура (Т);
Плотность (ρ) [удельный объем (v)].
2. Сжимаемость.
3. Температурное расширение.
4. Вязкость.
2. Основные свойства жидкости

К понятию «абсолютное давление»
Удар молекулы
о стенку,
ограничивающую
жидкость

Соотношения между единицами измерения давления

Техническая атмосфера (ат) - это сила, с которой действует столб ртути (имеющей температуру
0 °С, находящейся на уровне моря, на широте 45°) высотой 735,6 мм на основание площадью в 1 см2.
Физическая атмосфера (атм) отличается от технической тем, что при тех же условиях высота столба ртути составляет 760 мм.
Если вместо ртути использовать воду, то высота столба при 4 °С и остальных указанных выше условиях, соответствующая одной технической атмосфере, будет равняться 10 м, а одной физической атмосфере –
10,333 м.

К понятиям «избыточное давление», «разрежение (вакуум)»

Устройство барометра-анероида

Температура характеризует степень нагретости тел. Измеряется температура в градусах (от латинского слова gradus – ступень, степень). Масштаб градуса различен в различных температурных шкалах
Понятие «Температура»
В настоящее время в мире используется пять температурных шкал:
Международная практическая температурная стоградусная шкала (t 0С).
2. Шкала Фаренгейта (t 0F).
3. Шкала Реомюра (t 0R).
4. Шкала Кельвина (T K).
5. Шкала Ренкина (Т 0Ra).

Сравнение некоторых точек в температурных шкалах
Фаренгейта, стоградусной(Цельсия) и Кельвина
Соотношения между шкалами
Стоградусной (Цельсия), Фаренгейта и Рэнкина

Реперные точки международной практической температурной шкалы 1990 г.

Понятие «плотность»
Величина, обратная плотности, называется удельным объемом.
Удельный объем - это объем, занимаемой единицей массы
вещества, в частности, жидкости:
Плотность - это масса 1 м3 вещества (жидкости):
Плотность жидкости не является постоянной величиной; она зависит от температуры и давления. С повышением температуры плотность жидкости, как правило, уменьшается, а с увеличением давления - увеличивается. Однако эти изменения не столь существенны и при обычных гидравлических расчетах не учитываются. Так, например, при изменении температуры воды от 4 до 100 0С плотность ее уменьшается до 0,96 г/см3, т. е. на 4 %.
где m - масса жидкости, кг; V- объем жидкости, м3.

Приборы для определения плотности жидкости
а - ареометр без термометра;
б - ареометр с термометром:
1 - шкала ареометра;
2 - термометр
в - ареометр для определения плотности электролита аккумулятора
а б в
Плотность некоторых капельных
жидкостей, кг/м (t= 0 С; р=1 атм)
3
0

Сжимаемость
Сжимаемость –
это свойство капельной жидкости и газа изменять объем при изменении дав- ления
V
ΔV
V1
Коэффициент
объемного сжатия –

V
ΔV
V1
Температурное расширения
Температурное расширение –
это свойство жидкости изменять свой объем при изменении температуры
Коэффициент температурного расширения

Вязкость (внутреннее трение) - это способность капельных жидкостей сопротивляться взаимному перемещению их частиц друг относительно друга
Основной количественной характеристикой вязкости является динамический коэффициент вязкости μ, Η⋅с/м2 (Па·с). Динамический коэффициент вязкости характеризует касательные напряжения, создаваемые силой внутреннего трения.
В расчетах часто используется величина μ/ρ= ν - кинема- тический коэффициент вязкости, измеряемый в м2/c. Величину 104 м2/с называют Стокcом (по имени английского математика и физика Джона Стокса) и записывают как «Ст». Кинематический коэффициент вязкости характеризует ускорение частиц, вызванное силами вязкости.

Вязкость зависит от многих фактов и, прежде всего, от температуры жидкости. При ее повышении вязкость уменьшается, при понижении - увеличивается. Объясняется это тем, что силы межмолекулярного взаимодействия с понижением температуры увеличиваются. Так, например, при понижении температуры воды от 100 до 0 0С ее вязкость увеличивается примерно в 6 раз, а вязкость моторных масел - в 25-30 раз. Сказанным объясняется трудность пуска поршневых ДВС при низких температурах окружающей среды.
Вязкость моторного масла весьма существенно влияет на работу этих двигателей. Кроме пусковых качеств от нее зависят: эффективная мощность двигателя, расход топлива, износ трудящихся деталей, расход масла.
Вязкость моторных топлив обычно отражена в их марке.

КЛАССЫ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

В соответствии с ГОСТ 17479.0-85 – ГОСТ 17479.3-85 основное обозначение моторных масел состоит из групп знаков:
первая из которых обозначается буквой М (моторное) и не зависит от состава и свойства масла;
вторая – цифрами, характеризующими класс кинематической вязкости
третья — прописными буквами и обозначает принадлежность к группе масел по эксплуатационным свойствам.
После прописной буквы в третьей группе знаков указывается присвоенный маслу индекс:
индекс 1 присвоен маслам для карбюраторных двигателей,
индекс 2 — для дизелей.
В марке универсальных масел (единых для карбюраторных двигателей и дизелей) индекс в обозначении отсутствует.
Группы масел по эксплуатационным свойствам

Группы масел по эксплуатационным свойствам

М-8-В1
М - моторное, 8 - класс вязкости, B1 - для среднефорсированных карбюраторных двигателей;
М-6з/10-В
М - моторное, 6з/10 - класс вязкости, В - универсальное масло для среднефорсированных карбюраторных двигателей и дизелей;
М-16-А (Т)
М - моторное, 16 - класс вязкости, А – для нефорсированных дизелей,
(т) - трансмиссионное;
М-8-Д (м)
М - моторное, 8 - класс вязкости, Д - для высокофорсированных дизелей с наддувом, работающих в тяжелых эксплуатационных условиях;
М-8-Г2 (к)
М - моторное, 8 - класс вязкости, Г2 - для высокофорсированных дизелей без наддува или с умеренным наддувом, (к) - масло разработано для автомобилей семейства КамАЗ.
ПРИМЕРЫ ОБОЗНАЧЕНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

Классификация масел по вязкости SAE
SAE (Society of Automotive Engineers - американское Ассоциация Автомобильных Инженеров). Эта система стала самой распро-страненной системой индексации и классификации моторных масел в последнее время.
Она описывает свойства вязкости и текучести - способности течь и, одновременно, "прилипать" к поверхности металла. Стандарт SAE J300 подразделяет моторные масла на шесть зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, и 25W) и пять летних (20, 30, 40 и 50). Сдвоенный номер означает всесезонное масло (5W-30, 5W-40, 10W-50 и т.д.).
Сочетание значений вязкости летнего и зимнего сортов масла не означает арифметического сочетания свойств вязкости.
Так, например, масло 5W-30 рекомендовано к эксплуатации при темпе-ратурах окружающей среды от -30 до +20 градусов. Вместе с этим летнее масло 30 может работать при температурах до 30 градусов, но только выше нуля.

Рассмотренные характеристики жидкости не всегда про-являются столь значительно, что должны быть учтены при решении задач. Так, в ряде случаев оправдано пренебрежение сжимаемостью капельных жидкостей, для газов - действием силы тяжести. В ряде случаев для капельных жидкостей и газов отказываются от учета вязкости. В силу этого появились различные модели сред.
Если учитываются все рассмотренные выше характеристики жидкости, то ее называют реальной. Если не учитывать изме- нение объема при изменении давления и температуры, а так- же наличие вязкости, то говорят об идеальной капельной жид- кости. Таким образом, модель идеальной капельной жидкости предполагает ее несжимаемость и отсутствие вязкости.
Пренебрежение взаимодействием между молекулами и их размерами приводит к модели идеального газа.
Модели жидкой среды

Абсолютный и относительный покой жидких сред
Г и д р о с т а т и к о й называют раздел гидравлики, в котором изучают жидкость, находящуюся в состоянии покоя
Под относительным покоем подразумевают состояние, при котором в движущейся как це- лое тело жидкости отсутствуют перемещения ее частиц друг относительно друга
Под абсолютным покоем пони- мают неподвижность жидкости относительно земли. При этом частицы жидкости также не пе- ремещаются друг относительно друга
покой
относительный
абсолютный
3. Гидростатика

Силы, действующие на жидкость, находящуюся в покое
Внешние
Силы, действующие на поверхность жид- кости (называемую свободной поверхно- стью)
Силы, действу- ющие на все частицы жид- кости
Силы, возникающие внутри жидкости под действием внешних сил, являющиеся силами сжатия. При
рассмотрении покоящейся жидкости эти силы называют силами гидростатического сжатия, а давление внутри жидкости - гидростатическим давлением
Внутренние
Массовые
Поверхностные

Внешние силы, действующие
на жидкость, находящуюся в покое
m
Свободная поверхность
Поверхностное давление
Поверхностная сила
Поверхностная сила
Массовая сила

р = р +ρ⋅g⋅h
Внутренние силы, действующие в покоящейся жидкости. Гидростатическое давление
0
Гидростатическое давление – это давление в точке, располо- женной внутри покоящейся жидкости. Оно равно сумме давления, действующего на его свободную поверхность, и давления столба жидкости, имеющего высоту h (равную глубине, на которой расположена рассматриваемая точка)

Схема гидравлического подъемника
Внешнее давление, действующее на свободную поверхность жидкости, передается во все точки жидкости без изменения.
Закон Паскаля

Плоскость сравнения
Ер = m⋅g⋅h
Еg = m⋅g⋅z
Еп = Еg + Ер
Еп =m⋅g⋅z +
+m⋅g⋅h=
= m⋅g⋅ (z+h)
еп = еg + ер =
= z + h
еп =Н= z + h
Энергия покоящейся жидкости

H [потенциальный напор] - полная удельная, потенциальная энергия покоящейся жидкости
Н= z + h
Z [геометрический напор (геометрическая высота)] - удельная, потенциальная энергия жидкости в поле сил тяжести
h [пьезометрический напор (пьезометрическая высота)] - удельная, потенциальная энергия жидкости в поле сил давления