Понятие гидравлики. Понятие и свойства жидкостей. Лекция 1

1.

ГИДРАВЛИКА
Лекция 1. Понятие гидравлики. Понятие и свойства жидкостей.
В науке нет другого способа приобретения, как в поте лица:
ни порывы, ни фантазии, ни стремление всем сердцем
не заменяет труда.
А.И.Герцен
Цель дисциплины – сформировать знания и умения анализировать и
проектировать эффективные гидравлические процессы или процессы
перемещения жидкостей, устройства и системы с целью их применения
в машинах и технологических процессах производства, переработки и
хранения сельскохозяйственной продукции.
Гидра́влика (др.-греч. ὑδραυλικός — водяной; от др.-греч. ὕδωρ — вода
+ др.-греч. αὐλός — трубка) — прикладная наука о законах равновесия и
движения жидкостей и способах приложения этих законов к решению
задач инженерной практики.

2.

Гидравлические системы в сельскохозяйственных машинах
1. Тракты движения воздуха, топливовоздушной смеси и продуктов сгорания

3.

2. Камеры
сгорания
ДВС

4.

3. Системы
питания
топливом и
воздухом

5.

4. Топливные
форсунки

6.

5. Система
охлаждения
двигателя

7.

5а. Система
жидкостного
охлаждения
двигателя

8.

5б. Система
воздушного
охлаждения
двигателя

9.

6. Узлы
системы
жидкостного
охлаждения
двигателя

10.

7. Система
смазки
двигателя

11.

8. Система
наддува
двигателя

12.

9. Система
смесеобразования
карбюраторного
двигателя

13.

10.
Гидроусилитель
рулевого
управления

14.

11. Тормозная
система

15.

12. Навесная
гидросистема

16.

17.

13. Гидросистема
комбайна

18.

Часть I. Гидромеханика
1. Основные понятия
1.1. Понятие жидкости и свойства жидкостей.
Понятие жидкости.
Жи́дкость - агрегатное состояние вещества, промежуточное между
твёрдым и газообразным состояниями.
Жидкость, сохраняя отдельные черты как твёрдого тела, так и газа,
обладает, однако, рядом только ей присущих особенностей, из которых
наиболее характерная — текучесть.
Подобно твёрдому телу, жидкость сохраняет свой объём, имеет
свободную поверхность, обладает определённой прочностью на разрыв
при всестороннем растяжении и т. д.
С другой стороны, взятая в достаточном количестве жидкость
принимает форму сосуда, в котором находится.
Принципиальная возможность непрерывного перехода жидкости в газ
также свидетельствует о близости жидкого и газообразного состояний.

19.

Основные физические свойства жидкостей.
1. Макроскопическая однородность и изотропность при отсутствии
внешних воздействий.
Эти свойства сближают жидкость с газами, но резко отличают их от
анизотропных кристаллических твёрдых тел.
2. Теку́честь - свойство тел пластически или вязко деформироваться под
действием напряжений; характеризуется величиной, обратной вязкости.
У вязких тел (газов, жидкостей) текучесть проявляется при любых
напряжениях, у пластичных твёрдых тел — лишь при высоких напряжениях,
превышающих предел текучести. Медленные, происходящие во времени
течения металлов при высоких температурах, полимеров и др. материалов
называются ползучестью.
3. Сплошность - способность заполнять весь объём, занимаемый
веществом, без всяких пустот. Является одним из основных свойств,
приписываемых реальным телам.
Сплошность выполняется, если характерные линейные размеры области
течения велики, по сравнению с параметрами, характеризующими движение
молекул (длиной свободного пробега молекул в газе, или амплитуды
колебаний молекул в капельной жидкости).

20.

Плотность жидкости - масса жидкости, заключенную в единице объема, кг/м3.
Если жидкость неоднородна (в общем случае масса жидкости распределена в
объеме неравномерно), то плотность в окрестности данной точки определяется
соотношением, где DM - масса жидкости, заключенная в элементарном объеме DW:
Плотность жидкости зависит от давления и температуры, которые в различных
точках потока могут принимать различные значения, в некоторых случаях
меняющиеся во времени. Поэтому плотность можно представить в виде функции,
зависящей от координат и времени:

21.

Определение плотности жидкости ареометром

22.

Вязкость - свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу
(скольжению) одного слоя жидкости относительно другого.
При установившемся течении сила, вызывающее такое скольжение слоев,
уравновешивается силами трения в жидкости. Экспериментально
установлено, что касательное напряжение t , т.е. сила трения Fтр,
действующая вдоль поверхности слоя, отнесенная к единице его
площади S:
Закон трения Ньютона
где du/dy - производная скорости по направлению, перпендикулярному
плоскости скольжения слоев.

23.

Поверхностное натяжение возникает из-за того, что молекулы,
расположенные у поверхности раздела жидкости с другой средой, находятся в
иных условиях, по сравнению с молекулами, находящимися внутри объема
жидкости.
Вблизи поверхности раздела молекулы жидкости окружены однородными
им молекулами лишь с одной стороны. Поэтому их энергия (как результат
взаимодействия с соседними частицами) отличается от энергии молекул,
находящихся внутри объема, на некоторую величину, называемую
поверхностной энергией Эп, которая пропорциональна площади поверхности
раздела S:
где s - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м.

24.

Добавочное давление под изогнутой поверхностью жидкости.
Формула Лапласа.
На поверхность раздела жидкости действует сила поверхностного натяжения,
которая стремится придать объему жидкости сферическую форму (минимальную
поверхность) и вызывает некоторое дополнительное давление в ней.
Это давление заметно в каплях и определяется по формуле Лапласа, где R радиус кривизны сферической поверхности раздела:
,

25.

Явление смачивания.
Смачивание или несмачивание обусловлено взаимодействием молекул
жидкости с молекулами твердого тела на границе их раздела.
Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела
больше сил притяжения между молекулами жидкости: Fж-тв > Fж-ж, то
жидкость будет растекаться по поверхности твердого тела, это явление и
называют смачиванием.
В противном случае жидкость не будет растекаться по поверхности
твердого тела, а будет стремиться к уменьшению своей поверхности,
собираясь в каплю. Такое явление называют несмачиванием.

26.

Капиллярные явления.
Уравновешивающее добавочное
давление столба жидкости в капилляре:
Высота столба жидкости в капилляре:

27.

Сжимаемость - свойство жидкости изменять свой объем под
действием давления - характеризуется коэффициентом объемного
сжатия, который представляет собой относительное изменение объема,
при изменении давления на единицу (Па-1):
Приближенная формула для определения плотности, где r и r0 - плотности
при давлениях p и p0:
Величина,
обратная
коэффициенту
называется модулем упругости жидкости (Па):
объемного
сжатия,
где а - скорость распространения продольных волн в упругой среде, равная
скорости звука.

28.

Растягивающие напряжения в жидкости

29.

Температурное расширение
жидкости при ее нагреве.
жидкостей
–
увеличение
объема
Характеризуется температурным коэффициентом объемного
расширения, который представляет собой относительное изменение
объема при изменении температуры на один градус (К-1):
Приближенная формула для определения плотности, где r и r0 - плотности
при температурах t и t0:

30.

Растворимость газов в жидкостях – способность жидкости растворять
в себе газообразные вещества.
Характеризуется количеством растворенного газа в единице объема
жидкости. Растворимость газов зависит от давления. В соответствии с
законом Генри, относительный объем газа, растворенного в жидкости до ее
насыщения, прямо пропорционален давлению, т.е.
где Wг - объем растворенного газа, приведенный к нормальным
условиям (p0=101325 Па, T0=273 K); Wж - объем жидкости; k коэффициент растворимости; р - давление.
При понижении давления растворенный в жидкости газ выделяется из
нее, причем интенсивнее, чем растворялся при первоначальном
насыщении.

31.

Почему жидкость текучая