Глава 1. Основные физические свойства жидкости.

Лекция 1.

ВВЕДЕНИЕ

Читается курс “Гидравлика и гидромашины (ГиГМ).

Рекомендуемая литература:

1. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. “ Гидравлика, гидромашины и гидропрводы “ М., Машиностроение 1982 г.

2. Сергель О.С. “ Прикладная гидрогазодинамика “ 1981.

3. Гидравлические системы и гидрооборудование, Учебное пособие, часть I, Горбешко М.В., Кисточкин Е.С., и др. Объемные гидромашины, 1982 г.

часть II, Кисточкин Е.С., Соколов Г.С., Сущих Н.П. Гидравлические двигатели, гидравлическая аппаратура, 1984 г.

часть III, Кисточкин Е.С., Соколов Г.С., Сущих Н.П., Агеев Е.И. Объемные гидравлические приводы, 1985 г.

часть IV, Кисточкин Е.С., Агеев Е.И., Соколов Г.С., Стажков С.М. Гидравлические и электрогидравлические усилители, 1986 г.

4. Агеев Е.И., Горбешко М.В. и др. Расчетно-графические работы по гидравлике. Учебное пособие, 1980 г.

5. Кисточкин Е.С. и др. Методические указания к лабораторным работам по гидравлике, 1988 г.

Курс содержит три раздела:

- гидромеханика,

- гидромашины,

- гидропривод.

В разделе “Гидромеханика” рассматриваются вопросы связанные с гидромеханическими процессами в жидкой среде.

В разделе “Гидромашины” рассматриваются основные типы гидронасосов и гидродвигателей.

В раделе “Гидроприводы” рассматриваются характерные разновидности гидроприводов и их свойства.

Следует отметить, что роль гидроприводов в настоящее время постоянно возрастает. Области их применения: станки, прессовое оборудование, транспортное машиностроение (автомобили, трансмиссии гусеничных машин), авиация (шасси, элероны, рули), строительные и дорожные машины.

Пример простейшего гидропривода представлен на рис.1.1.

Основные элементы привода:

1. Насос - обеспечивает подачу рабочей жидкости к исполнительному двигателю.

2. Гидродвигатель (гидромотор, гидроцилиндр) - исполнительный орган, совершающий полезную работу.

3. Золотник - распределительная аппаратура. Обеспечивает управление потоком рабочей жидкости.

4. Предохранительный клапан -

5. Бак - емкость для хранения рабочей жидкости.

6. Фильтр - очистка рабочей жидкости.

7. Соединительные трубопроводы.

8. Рабочая жидкость.

Раздел 1. Гидромеханика.

В разделе “Гидромеханика” рассматриваются вопросы, связанные с гидромеханическими процессами в жидкой среде. Гидромеханика – это наука о законах равновесия и движения жидкостей.

Глава 1. Основные физические свойства жидкости.

1.1. Общие положения.

Здесь мы остановимся на основных понятиях, определениях и терминах, используемых в гидромеханике.

Начнем с понятия жидкость.

Жидкость - это субстанция, обладающая текучестью или легкодвижностью.

В свою очередь текучесть - это способность какой-либо субстанции непрерывно и сколь угодно сильно деформироваться под действием сколь угодно малого срезывающего касательного напряжения.

Этим свойством обладают и газы. Поэтому в определенных пределах закономерности статики и динамики для жидкостей и газов одинаковы.

Жидкость по своим физическим свойствам занимает среднее положение между твердыми телами и газами. Она мало изменяет свой объем при изменении температуры и давления, что свойственно твердым телам. Но обладает текучестью, что свойственно газам. В отличие от газов жидкость образует свободную поверхность. В малых объемах под действием сил поверхностного натяжения жидкость группируется в капли. Отсюда происходит применяемое понятие “капельная жидкость”.

Основные термины:

Жидкая частица - мысленно выделенная весьма малая масса жидкости.

Жидкий объем - мысленно выделенный объем, состоящий из одних и тех же жидких частиц.

Контрольный объем - мысленно выделенный постоянный объем, занимающий неизменное положение в пространстве. Через него может проходить жидкость, пронизывая ограничивающую его поверхность.

Контрольная поверхность - поверхность, ограничивающая контрольный объем или жидкий объем.

В основе исследования жидкости лежит постулат сплошности Даламбера-Энглера. Жидкость представляется как сплошная среда, лишенная молекул и межмолекулярных пространств и обладающая одинаковыми свойствами в любом малом ее количестве.

Поскольку жидкость все же состоит из движущихся молекул, считается, что выводы гидравлики справедливы лишь до определенных размеров объемов. Характерные размеры течения L должны быть значительно больше длины свободного пробега молекулы l.

Из теории подобия известен ряд критериев, характеризующих течение жидкости.

Например:

Критерий Кнудсена K=l/L должно быть < 0,01.

Следует отметить, для жидкостей, имеющих малые значения l (в отличие от газов) характерные размеры жидких объемов достаточно велики, чтобы не сказывалось молекулярное строение.

Другим важным постулатом является гипотеза Прантля о прилипании молекул жидкости к твердым поверхностям. Это позволяет считать слой жидкости у твердой поверхности неподвижным относительно этой поверхности.

Плотность жидкости – это характеристика распределения массы жидкости в пространстве.

Средняя плотность жидкости определяется по следующей зависимости:

где - масса жидкости, заключенная в объеме .

Плотность в точке пространства:

Строго говоря, предельный переход имеет ту условность, что осуществляется переход не к нулевому объему, а к малому объему с учетом критерия Кнудсена.