Лабораторная работа №1«Свойства жидкостей»

Основной механической характеристикой жидкости является плот-

ность, определяемая для однородной жидкости отношением ее массы М

к объему W:

(1.1)

Значения плотностей капельных жидкостей при температуре 20оС

приведены в табл. П. 1.1.

Сопротивление жидкостей изменению своего объема

характеризуется коэффициентом объемного сжатия, который равен относительному изменению объема жидкости при изменении давления на единицу:

(1.2)

гдеΔ W – изменение объема W, соответствующее изменению давления

на величину Δp.

Связь между плотностями жидкости при различных давлениях

можно представить в виде:

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, представляет собой объемный модуль упругости

Коэффициент температурного расширения характеризует относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на один градус:

где Δ W – изменение объема W, соответствующее изменению температуры на величинуΔ t.

Расчет плотности жидкости при различных температурах выполняют по формуле:

Значение коэффициентов температурного расширения и объѐмного

сжатия воды при различных температурах и давлениях приведены в

табл. П. 1.3 и П. 1.4, соответственно.

Сопротивление жидкости изменению своей формы характеризуется

их динамической вязкостью (внутренним трением) µ,Па с. Отношение

динамической вязкости жидкости к ее плотности называют кинематической вязкостью:

Поверхностное натяжение жидкости обусловлено силами взаимного притяжения молекул поверхностного слоя, стремящимися сократить свободную поверхность жидкости. Оно характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения,σ Н/м. Вследствие поверхностного натяжения жидкость, имеющая криволинейную поверхность, испытывает дополнительное усилие, увеличивающее или уменьшающее давление в жидкости на величину

где r 1 и r 2 – главные радиусы кривизны рассматриваемого элемента поверхности.

В трубках малого диаметра d дополнительное давление от поверхностного натяжения приводит к изменению уровня жидкости в них навысоту

где g – ускорение свободного падения.

Задачи

Задача 1. В отопительной системе здания содержится W= 0,4 м3 воды. Сколько воды дополнительно войдет в расширительный сосуд при

нагревании от 20 до 90оС?

Задача 2. При гидравлических испытаниях внутренних систем водоснабжения допускается падение испытательного давления в течение

10 минут на p =49 кПа. Определить допустимую величину утечки W

при испытании системы вместимостью W= 80 м3.

Задача 3. Для аккумулирования дополнительного объема охлаждающей жидкости, вытесняемой из системы охлаждения двигателя в

результате ее нагрева, к системе охлаждения в верхней точке присоединяют расширительный бачок, сообщающийся с атмосферой. Определить наименьший объем расширительного бачка, при котором полное его опорожнение исключается. Допустимое колебание температуры жидкости в системе в процессе работы двигателя (90–100)оС. Объем системы W= 5∙10-3 м3. Охлаждающая жидкость – вода.

Задача 4. Канистра вместимостью W= 20 литров была доверху заполнена маслом ВМГЗ, температура которого составляла 30оС. Какое избыточное давление создастся в канистре в случае хранения ее в боксе при температуре 50оС. Деформацией канистры пренебречь.

Задача 5. Определить высоту подъема воды (W =1 мл) в стеклянном капилляре диаметром d= 1 мм при изменении температуры от 20оС до 80оС. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры имеет вид:σ t 0,076 - 0,00015 t.

Задача 6. Для испытания на прочность резервуара произведена его опрессовка, т.е. наполнение под давлением p ₁=4,5 МПа жидкостью,

имеющей объемный модуль упругости Е = 2000 МПа. За 8 часов давление в резервуаре вследствие утечек через швы понизилось до

p ₂=4,2 МПа. Сколько за это время вытекло жидкости из резервуара, если он имеет форму цилиндра с диаметром d =500 мм и высотой h =1500мм?Деформацией стенок резервуара пренебречь.

Задача 7. Бочка заполнена смазочным маслом и плотно закрыта

при температуре t ₁ = 10°С и давлении р ₁ = 10⁵ Па.

Определить давление в бочке при температуре окружающей среды

t ₂ = 40°С, принимая βмасла = 1,4 10^-9 Па-1, β масла = 0,001 К^-1. Определить напряжение в цилиндрической стенке бочки толщиной δ = 3 мм и диаметром D = 0,5 м.

Задача 8. При гидравлических испытаниях трубопровода диаметром

d = 0,5 м и длиной l = 4 м в системе поднимают давление. Определить массу воды, которую требуется дополнительно закачать (впрессовать) в трубопровод, чтобы давление повысилось на величину Δ р = 2,5 бар.