Основы гидравлики

1. Основы гидравлики

В химических производственных процессах материалы подвергаются обработке чаще всего в жидком и газообразном состояниях. Законы равновесия и движения жидкостей и газов изучаются прикладной механикой в разделе – гидравлика.

Большое распространение в химической технологии имеют также процессы, связанные с разделением неоднородных систем гидромеханическими методами – отстаивание, фильтрование и центрифугирование, а также перемешивание.

Для проведения гидромеханических процессов используются сила тяжести (отстаивание и разделение суспензий), давление (фильтрация) и центробежная сила (центрифугирование). Все эти процессы основаны на общих законах движения жидкостей, газов или твердых частиц в определенных средах и используются гидромеханическими процессами. Для их изучения необходимо знание основ гидравлики.

Основные определения.

Капельно-жидкое и газообразное состояние вещества.

Различают капельно-жидкое и газообразное состояния вещества.

Капельно-жидким называется состояние, отличающееся почти полной несжимаемостью тела и весьма малой его температурной расширяемостью; плотность капельно-жидких тел остается почти неизменной, не зависящей от давления и температуры.

Газообразное состояние, наоборот, характеризуется весьма значительной сжимаемостью и сравнительно большим коэффициентом объемного расширения вещества; поэтому с изменением температуры и давления плотность газов изменяется в широких пределах. Движение газов происходит по законам, аналогичным законам для капельных жидкостей.

При рассмотрении ряда теоретических вопросов, касающихся состояния покоя и движения жидких тел, в гидравлике оперируют понятием так называемой «идеальной жидкости», т.е. жидкостью – абсолютно не сжимаемой под действием давления, не изменяемой своего объема с изменением температуры и не обладающей силами внутреннего трения частиц.

«Идеальная жидкость» обладает постоянной плотностью, а коэффициенты температурного расширения и внутреннего трения принимают равными нулю.

Некоторые физические свойства жидкостей.

Плотность и удельный вес: Масса единицы объема жидкости называется плотностью

                                                              (1.1)[pic 1]

В единицах СИ плотность измеряется в кг/м3, а в системе МКГСС, где масса выражается в кгс∙сек2/м единица плотности будет кгс∙сек2/м4.

Вес единицы объема жидкости называется удельным весом

                                                              (1.2)[pic 2]

В единицах СИ удельный вес измеряется в н/м3, а в системе МКГСС в кгс/м3.

Масса и вес связаны между собой соотношением

  ;                                                  (1.3)[pic 3][pic 4]

Подставив это значение m в уравнение (1.1) получим соотношение между удельным весом и плотностью

                                                             (1.4)[pic 5]

Гидростатика.

Раздел гидравлики, посвященный изучению покоя и равновесия жидкостей и газов, называют гидростатикой. В случае покоя жидкости силы внутреннего трения отсутствуют и, следовательно, будучи в равновесии, масса реальной жидкости находится в условиях, близких к идеальной жидкости.

Гидростатическое давление.

Внутри жидкости, находящейся в равновесии, можно представить себе элементарную площадку F. На эту площадку по нормали к ней внутрь жидкости будут действовать сила гидростатического давления жидкости (рис. 1.1). [pic 6][pic 7]

[pic 8]

Рисунок 1.1 – Действие силы гидростатического давления жидкости на площадку

Если бы эта сила  была направлена под углом к элементарной площадке жидкости, на которую она действует, то ее можно было бы разложить на две составляющих: направленную нормально, т.е. перпендикулярно и направленную касательно т.е. параллельно к площадке. Последняя вызвала бы перемещение элемента жидкости и вывела бы жидкость из состояния равновесия (рис. 1.2).[pic 9]