Гидравлика (техническая механика жидкости) – это наука о законах равновесия и движения жидкостей и тел в жидкостях.
Гидравлика включает в себя не только собственно механику жидкости, но и необходимые разделы химии, термодинамики и др. наук.
Жидкость – это физическое тело (жидкое агрегатное состояние тела), обладающее свойством текучести, т.е. способное течь (флюид).
Жидкости, как и газы, легко изменяют форму, но, в отличие от газов, малосжимаемы.
Гидравлика состоит из следующих разделов:
1. Гидростатика – изучает равновесие жидкостей и тел в жидкостях.
2. Кинематика – изучает геометрию движения жидкостей (без учета сил).
3. Гидродинамика – изучает движение жидкостей и тел в жидкостях с учетом действующих сил.
Основные параметры состояния и свойства жидкости
Параметрами состояния называют физические величины, характеризующие состояние жидкости в данный момент времени.
Основными параметрами являются:
1. Абсолютное давление Р [Па] = [Н/м2],
, | (1) |
где F - сила, Н; f - площадь, м2.
|
|
Давление вызвано силами отталкивания молекул при приложении сжимающих усилий к жидкости.
Ро - атмосферное давление: Р = Ро ≈ 1 ат = 1кгс/см2 ≈ 105 Па ≈ 10 мвс.
Давление всегда нормально поверхности, на которую оно действует.
2. Абсолютная температура Т [К]
, | (2) |
где t - температура в °С.
3. Плотность ρ [кг/м3]
ρ = m / V = M/Q, | (3) |
где m - масса, кг; V - объём, м3; М – массовый расход, кг/с; Q – объёмный расход, м3/с
Плотность жидкости в бурении измеряют ареометром. Для воды при
t0 = 4 °С плотность равна 1000 кг/м3, обычно для глинистых растворов
ρ = 1000 ÷ 1300 кг/м3, для газожидкостных смесей (ГЖС - аэрированных жидкостей, пен, аэрозолей) ρ < 1000 кг/м3, для воздуха (при атмосферном давлении) ρ = 1,3 кг/м3, для цементных растворов ρ = 1500 ÷ 3000 кг/м3, для нефти ρ = 800 ÷ 980 кг/м3.
Если при данной температуре tнп (температура насыщенного пара) давление жидкости снизится до величины Рнп (давление насыщенного пара) или при данном Рнп температура увеличится до tнп, жидкость начнет переходить в пар. Если пузырьки пара всплывают на поверхность, то процесс называют кипением жидкости. Если пузырьки пара попадают в условия (высокое давление, низкая температура), где пар переходит в жидкость, то процесс называют кавитацией жидкости (табл. 1).