Лекция № 2. 1.Предмет и задачи курса ПАХТ

Лекция № 1.

Введение

План

1. Предмет и задачи курса ПАХТ.

2. Предмет гидравлики.

3. Основные свойства жидкостей.

1. Преподавание ПАХТ введено в России в конце прошлого века.

Курс ПАХТ делится на 5 больших разделов: 1) гидромеханические процессы; 2) тепловые процессы; 3) холодильные процессы; 4) массообменные процессы; 5) механические процессы (измельчение, транспортирование, сортировка, смешение твердых материалов).

Предметом курса ПАХТ является изучение закономерностей указанных процессов, принципов устройства, работы, методов расчета, проектирования и оптимизации аппаратов и машин, в которых проводятся эти процессы.

Курс ПАХТ призван обеспечить логическую связь между общенаучными, общехимическими, общеинженерными и специальными дисциплинами.

При изучении курса ПАХТ студенты должны научиться: 1) анализировать, рассчитывать и оптимизировать процессы; 2) разрабатывать, рассчитывать и проектировать аппаратуру для проведения этих процессов; 3) пользоваться справочной литературой и ЭВМ; 4)м рационально эксплуатировать машины и аппараты.

2. Предметом технической гидравлики является изучение закономерностей равновесия и движения реальных жидкостей. Гидравлика состоит из двух частей: 1) гидростатика; 2) гидродинамика. В гидростатике – законы равновесия, в гидродинамике – законы движения жидкостей.

Различают внутреннюю, внешнюю и смешанную задачу гидравлики.

Внутренняя задача – движение жидкостей в трубах и каналах.

Внешняя задача – обтекание твердых тел потоком жидкости или движение твердых тел в неограниченной жидкой среде.

Смешанная задача – движение жидкостей через зернистый слой.

3. В гидравлике жидкости, газы и пары называют жидкостями. Объясняется это тем, что законы движения жидкостей, газов и паров практически одинаковы при скоростях значительно ниже скорости звука.

Реальные жидкости делятся на капельные и упругие (газы и пары). И капельные и упругие жидкости обладают текучестью, т.е. неспособны самостоятельно удерживать свою форму. Капельные жидкости практически несжимаемы, а упругие сжимаемы и целиком заполняют сосуд.

С целью упрощения в гидромеханике вводится понятие об идеальной жидкости. Последняя обладает абсолютной текучестью (не сопротивляется растяжению и сдвигу) и абсолютной несжимаемостью. Реальные жидкости обладают липкостью (сопротивление растяжению) и вязкостью (сопртоивление сдвигу) и в какой-то степени сжимаемы.

Плотность – масса единицы объема жидкости: ; кг/м³.

Удельный вес – вес единицы объема жидкости: ; Н/м³

Силы, действующие на жидкость, делятся на массовые (объемные) и поверхностные. Массовые силы действуют на каждую частицу данного объема жидкости и пропорциональны массе (силы тяжести, инерции, центробежная). Поверхностные силы (давления, трения) действуют на поверхностях, отделяющих данный объем жидкости от окружающей его среды; они пропорциональны площади поверхности.

Напряжение сжатия, обусловленное действием равномерно распределенной поверхностной силы давления Р на поверхность F, называется гидростатическим давлением: ; Па (Н/м²).

Гидростатическое давление действует нормально к поверхности и не зависит от ориентации последней в пространстве.

Поверхностное натяжение вызвано стремлением жидкости уменьшить свою поверхность за счет взаимного притяжения молекул. Поверхностное натяжение развивается тонким поверхностным слоем жидкости на границе с газом, паром или со стенкой сосуда. Силы притяжения молекул в остальном объеме жидкости взаимно уравновешиваются.

Коэффициент поверхностного натяжения – отношение силы поверхностного натяжения к длине линии раздела:

, Н/м.

Вязкостью жидкости объясняется разность скоростей смежных слоев жидкости (их скольжение), что видно из эпюры скоростей в поперечном сечении прямолинейного параллельного струйчатого потока:

n – расстояние от ограничивающей стенки по нормали к ней; ω – скорость равноудаленных слоев жидкости.

Продольные касательные силы внутреннего трения по закону Ньютона (1686) пропорциональны градиенту скорости и поверхности контакта слоев F:

.

Коэффициент μ – коэффициент внутреннего трения, или абсолютной вязкости, или динамической вязкости.

.

Напряжение внутреннего трения

; Па.

В расчетах часто пользуются кинематической вязкостью ν, выражающей отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости:

; м²/с.

Коэффициент динамической вязкости воды при атмосферном давлении и 20 ⁰С: Па·с. Для воздуха при тех же условиях: Па·с.

Закон Ньютона справедлив для жидкостей с небольшой молекулярной массой, вязкость которых не зависит от скорости сдвига . У таких жидкостей (ньютоновских) зависимость от (кривая течения) линейна.

У неньютоновских жидкостей (коллоидные суспензии, ВМС) кривые течения нелинейны.

1 – бимгамовские

2 – псевдопластические (растворы ВМС);

3 – ньютоновские (вода, ацетон);

4 – дилатантные (пульпы).

Лекция № 2