Определение жидкости. Модели жидкой среды

Жидкости (в широком смысле слова) отличаются от твердых тел легкой подвижностью частиц. В то время как для изменения формы твердого тела к нему нужно приложить конечные, иногда очень большие, силы, изменение формы жидкости может происходить под действием даже самых малых сил. Так, жидкость течет под действием собственного веса, если это возможно.

В механике жидкости предполагается, что жидкость заполняет пространство сплошь, без образования каких бы то ни было пустот. Тем самым вместо самой жидкости изучается ее модель, обладающая свойством непрерывности (фиктивная сплошная Среда - континуум). В этом состоит гипотеза о непрерывности или сплошности жидкой Среды. Эта гипотеза упрощает исследование. Непрерывную модель жидкости можно применять до тех пор, пока в достаточно малых объемах жидкости содержится большое количество молекул.

Жидкости с точки зрения механических свойств разделяются на два класса: малосжимаемые (капельные) и сжимаемые (газообразные).

С позиций физики капельная жидкость значительно отличается от газа; с позиций механики жидкости различие между ними не так велико, и часто законы, справедливые для капельных жидкостей, могут быть приложены и к газам в случаях, когда сжимаемостью последних можно пренебречь (например, при расчете вентиляционных каналов).

Наибольшее распространение получили две модели:

- несжимаемая идеальная (невязкая) жидкость;

- и несжимаемая вязкая жидкость.

Все жидкости с точки зрения механических свойств делятся на два больших класса:

- малосжимаемые (капельные);

- и сжимаемые (газообразные).

В связи с отсутствием специального термина, который обозначал бы жидкость в широком смысле слова, в дальнейшем мы будем пользоваться терминами “капельная жидкость” (малосжимаемая), “сжимаемая жидкость” (газ) и “жидкость”, применяя последний в широком смысле, охватывающем как капельную жидкость, так и газ (т.е. под жидкость будем понимать всякую среду, обладающую свойством текучести).

Таким образом, капельные жидкости легко изменяют форму (в отличие от твердых тел), но с трудом изменяют объем (в отличие от газов), а газы легко изменяют как объем, так и форму.

В механике жидкости для облегчения решения некоторых задач используется понятие об идеальной (совершенной) жидкости.

Под идеальной жидкостью понимают воображаемую жидкость, обладающую абсолютной подвижностью (т.е. лишенную вязкости), абсолютно несжимаемую, не расширяющуюся с изменением температуры, абсолютно неспособную сопротивляться разрыву. Таким образом, идеальная жидкость представляет собой некоторую модель реальной жидкости. Выводы, полученные исходя из свойств идеальной жидкости, приходится, как правило, корректировать, вводя поправочные коэффициенты.

Системы состоящие из нескольких фаз, называются многофазными. В том случае, если фазы всего две, то такие системы называются двухфазными. Двухфазные системы получили широкое распространение в технике и в качестве примера можно назвать следующие: газ - твердые частицы (пневмотранспорт, пылеулавливание); газ - капли жидкости (распылители, сушилки, газовое охлаждение); жидкость - пузыри пара (испарители, эрлифты); жидкость - твердые частицы (гидротранспорт, осаждение). В данных примерах основной фазой является непрерывной фаза, а вторая фаза - дискретная фаза. На границах раздела фаз основные теплофизические свойства меняются скачком.

Количество дискретной фазы в двухфазном рабочем теле определяется объемной концентрацией

,

где V₁, V₂ - объемы непрерывной и дискретной фаз;

V_см - объем двухфазного рабочего тела.

Средняя плотность двухфазного рабочего тела, зная истинные плотности фаз, определится как

.

При расчете течения многофазных сред, производят “размазывание” дискретной фазы по объему рабочего тела и после этого применяют аппарат дифференциального исчисления к двум сплошным средам (несущей и несомой).

Основные свойства жидкостей, существенные при рассмотрении задач механики жидкости, - плотность и вязкость. В некоторых случаях (при образовании капель, течении тонких струй, образовании капиллярных волн и др.) имеет значение также поверхностное натяжение жидкостей.