Физические свойства жидкостей и газов

В технических расчетах однофазные жидкости и газы рассматриваются как сплошные среды с не­прерывно распределенной плотностью, определяе­мой отношением, кг/м³,

(2.1)

где - элементарный объем среды, м³; за­ключенная в нем масса, кг.

Сжимаемость среды определяется изменением ее плотности , отнесенной к единице приложенного давления. Обратная величина равна квадрату скорости звука, м/с,

(2.2)

Обычно используется относительная характеристика – число Маха

(2.3)

где скорость потока м/с.

Сжимаемость жидкостей и газов характеризует­ся изотермическим коэффициентом сжимаемости, м²/Н,

(2.4)

где давление сплошной среды, Н/м²(1 Н/м²=1 Па);

абсолютная температура, °К.

Для идеальных газов Капельные жид­кости в гидродинамических расчетах обычно рассматриваются как несжимаемые. Сжимаемость сплошных сред может быть описана обобщенным законом Гука

(2.5)

где изотермический объемный модуль упруго­сти среды, связанный с коэффициентом сжимаемо­сти соотношением , Па. Тепловое расширение жидкостей и газов характеризуется изобарным ко­эффициентом расширения, 1/°К,

(2.6)

Для идеальных газов . Для капельных жидкостей изобарный коэффициент расширения в большинстве случаев составляет около К^-1.

Вязкостью называется свойство среды оказывать сопротивление сдвигающим усилиям при принудительном движении слоев. У большинства жидкостей и всех газов сопротивление сдвигу в состоянии покоя равно нулю. Между слоями жидкости и газа при их относительном движении возникает сила вязкости или внутреннего трения, опреде­ляемая формулой Ньютона

(2.7)

где динамическая вязкость. Па×с; пло­щадь соприкосновения слоев; скорость движе­ния среды м/с; координата нормали к скорости, м.

Коэффициент кинематической вязкости, м²/с, определяется в виде

(2.8)

Напряжение силы вязкости, Па, определяется фор­мулой

(2.9)

Жидкости и газы, для которых справедлива эта зависимость, называются ньютоновскими.

Рис.2.1. Зависимость кинематической вязкости воды, масла и воздуха от температуры

Вязкости и зависят от температуры (рис.2.1) и давления. Зависимость от давления в жидкостях становится существенной при давлениях около 103 МПа и более (табл.2.1).

Таблица 2.1

Зависимость вязкости воды от давления при различных температурах

°		°
	-1,6		+1,6
	-0,3		+2,1
	0,0		+2,5
	0,0		+2,6
	0,0		+3,4
	0,0		+3,6
	+0,7

Примечание: - значения динамиче­ской вязкости воды при атмосферном давлении (101,337 кПа) и при давлении, в 400 раз большем.