Физические свойства жидкостей и газов

В технических расчетах однофазные жидкости и газы рассматриваются как сплошные среды с непрерывно распределенной плотностью, кг/м³, определяемой отношением

, (2.1)

где – элементарный объем среды, м³; – заключенная в нем масса, кг.

Сжимаемость среды определяется изменением ее плотности , кг/м³, отнесенной к единице приложенного давления, , Н/м². Обратная величина равна квадрату скорости звука, м/с,

. (2.2)

В практических случаях обычно используется относительная характеристика сжимаемости – число Маха:

, (2.3)

где – скорость потока, м/с.

Сжимаемость жидкостей и газов характеризуется также изотермическим коэффициентом сжимаемости, м²/Н,

, (2.4)

где – давление сплошной среды, Па;

– абсолютная температура, °К.

Для идеальных газов Капельные жидкости в гидродинамических расчетах обычно рассматриваются как несжимаемые. Сжимаемость сплошных сред может быть описана обобщенным законом Гука

, (2.5)

где – изотермический объемный модуль упругости среды, связанный с коэффициентом сжимаемости соотношением , Па.

Тепловое расширение жидкостей и газов характеризуется изобарным коэффициентом расширения, 1/°К,

. (2.6)

Для идеальных газов . Для капельных жидкостей изобарный коэффициент расширения в большинстве случаев имеет порядок 10^-3К^-1.

Вязкостью называется свойство среды оказывать сопротивление сдвигающим усилиям при вынужденном движении слоев. У большинства жидкостей и всех газов сопротивление сдвигу в состоянии покоя равно нулю. Между слоями жидкости и газа при их относительном движении возникает сила вязкости, или внутреннего трения, определяемая формулой Ньютона

, (2.7)

где – динамическая вязкость, Па×с; – площадь соприкосновения слоев, м²; – скорость движения среды, м/с; – координата нормали к направлению скорости, м.

Коэффициент кинематической вязкости, м²/с, определяется в виде

. (2.8)

Напряжение силы вязкости, Па, определяется формулой

. (2.9)

Жидкости и газы, для которых справедлива эта зависимость, называются ньютоновскими.

Вязкости и зависят от температуры (рис. 2.1) и давления. Зависимость от давления в жидкостях становится существенной при давлениях около 103 МПа и более (табл. 2.1).

Рис. 2.1. Зависимость кинематической вязкости воды,

масла и воздуха от температуры

Таблица 2.1