Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика Grid Systems Определение Краткая

Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика Grid Systems Определение. Краткая история развития Свойства и параметры состояния жидкости Назарова М. Н. Санкт-Петербург

Литература 1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник для машиностроительных вузов/ Башта Т. М. , Руднев С. С. , Некрасов Б. Б. и др. - 2 -е изд. , - М. Машиностроение, 1982. – 423 с. 2. Гейер В. Г. , Дулин В. С. , Заря А. Н. Гидравлика и гидропривод. – М. : Недра, 1991. – 331 с. 3. Куколевский И. И. Сборник задач по машиностроительной гидравлике. 2002. – 464 с. 4. Сборник задач по гидравлике и гидроприводу. Маховиков Б. С. , Медведков В. И. , Шорников В. В. – Учебное пособие. - 2004.

Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика Гидравлика - это прикладная наука о законах движения и равновесия жидкостей и о способах применения этих законов к решению конкретных технических задач. Гидравлика изучает взаимодействие жидкости с окружающими телами. Гидравлика включает в себя разделы: • Кинематика • Статика • Динамика

Краткая история развития • Древний мир (за 5 тыс. лет до н. э. ) - оросительные каналы; простейшие устройства для подъема воды; водонапорные и гидротехнические сооружения (водоводы, плотины, акведуки) • 250 г. н. э. - Архимед открыл закон о равновесии тела, погруженного в жидкость (первый научный подход). • XVI – XVII в. в. (эпоха Возрождения) – работы Леонардо да Винчи, Галилея, Паскаля, Ньютона посвящены исследованиям важных гидравлических явлений (развитие гидравлики как науки). • XVII – XVIII в. в. (Эйлер, Бернулли, Лагранж) – выведены основные законы исходные уравнения гидромеханики. • Начало XX в. : Л. Прандтль - внес существенный вклад в основы гидродинамики и разработал теорию пограничного слоя; разработал гидроаэрометрическое устройство, ставшее классическим приёмником воздушного давления для многих самолётов и вертолётов (трубка Прандтля). • XX в. Развитие нефтяной гидравлики: Шухов В. Г. – гидравлический расчет магистральных нефтепроводов; Лейбензон Л. С. – основы подземной гидромеханики; Яблонский В. С. техническая гидромеханика и др.

Жидкость - одно из агрегатных состояний вещества Жидкость или жидкое тело – физическое тело, легко меняющее свою форму под действием самых незначительных сил. Жидкость – это сплошная среда, имеющая всюду конечную определенную плотность и в ней, в состоянии покоя, отсутствуют касательные напряжения. Основное свойство жидкости - способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.

Жидкость Различают жидкости: • Капельные • Газообразные Капельная жидкость - вода, нефть, керосин и другие малосжимаемые жидкости, обладающие определенным объемом, величина которого практически не изменяется под воздействием внешних сил. • Капельные жидкости не всегда заполняют предоставленный им объем, обычно они образуют ограниченную поверхность. • Плотность у капельных жидкостей постоянна. Газообразные жидкости (газы) - жидкости, которые занимают все предоставленное им пространство, не имеют свободной поверхности и значительно изменяют свой объем, сжимаясь и расширяясь под воздействием внешних сил. Газообразные жидкости, их свойства и применение рассматриваются в термодинамике и аэромеханике. Гидравлика изучает капельные жидкости

Жидкость Модели жидкости принятые в гидравлике 1. Жидкость невязкая, несжимаемая 2. Жидкость несжимаемая вязкая 3. Жидкость сжимаемая невязкая 4. Жидкость сжимаемая вязкая

Свойства жидкости Плотность ρ Единицы измерения: кг/м³(СИ) ; г/см³(СГС ). • Плотность (однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле: где m — масса тела, V — его объём. • При вычисления плотности газов эта формула может быть записана и в виде: где М — молярная масса газа, Vm — молярный объём (при нормальных условиях равен 22, 4 л/моль).

Свойства жидкости Плотность • Плотность тела в точке записывается как • тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от места) рассчитывается как

Свойства жидкости Плотность зависит от температуры ρ = ρ0 - α(Т – Т 0), [кг/(м 3* градус)] где α – температурная поправка плотности ρ Для воды: ρ=1000 [кг/м 3], α=0, 3 [кг/(м 3* градус)] при (+4 0 С) Для нефти: ρ=750 - 950 [кг/м 3], α=0, 6 – 0, 8 [кг/(м 3* градус)]

Свойства жидкости Плотность зависит от температуры При ↓ Т ρ↑ Исключение: вода, бронза, чугун Вода подчиняется этой формуле, но исключение < 4 ° C < т. е. ρ воды имеет максимальное значение при 4 °C и ρ ↓ как с повышением, так и с понижением Т относительно 4 ° C. При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: ρ↑ при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Исключение вода - ρ при затвердевании уменьшается.

Свойства жидкости Удельный вес вещества измеряется: Н/м³ (СИ); дин/см³ (СГС); кгс/м³ (МКГСС). Удельный вес ( ) - определяется как отношение веса вещества G к занимаемому им объёму V , G – вес вещества [кг*м/с2 , Н]; V – объем [м³] ; M – масса вещества [кг]; ρ - плотность вещества [кг/м³]; g - ускорение свободного падения [м/с2]

Свойства жидкости Сжимаемость ᵝp Сжимаемость (ᵝp) – это способность жидкости изменять свой объем (V) при изменении давления (P) где V – объем [м³] ; P – давление [Па]. ᵝp- численно равен относительному изменению V при изменении P на 1 единицу. Знак «-» учитывает отрицательное изменение V при положительном изменении P.

Свойства жидкости Сжимаемость ᵝp (продолжение) Коэффициент ᵝp зависит от свойств жидкости и температуры Коэффициент обратно пропорциональный ᵝp называется объемным модулем упругости (модулем объемного сжатия или коэффициент упругости) К [Па] : Для воды: К=2 * 109 [Па], Поскольку К (модуль объемного сжатия или коэффициент упругости) велик в обычных условиях, то будем считать жидкость несжимаемой.

Свойства жидкости Температурное расширение ᵝt Температурное расширение – это способность жидкости изменять свой объем (V) при изменении температуры (T). Коэффициент температурного расширения (ᵝt) определяется: где V – объем [м³] ; T – температура [ 0 С]. ᵝt - численно равен относительному изменению V при изменении T на 10 C. ᵝt - зависит от природы жидкости и давления.

Свойства жидкости Температурное расширение ᵝt Коэффициент температурного расширения (ᵝt ) воды увеличивается с возрастанием температуры и давления ; для большинства других капельных жидкостей Коэффициент температурного уменьшается. расширения (ᵝt) с увеличением давления

Свойства жидкости Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. Рисунок 1 Распределение скоростей по потоку Вязкость проявляется только при движении жидкости и сказывается на распределении скоростей по живому сечению потока (Рисунок 1).

Свойства жидкости Вязкость Согласно гипотезе Ньютона (начало 18 в. ) сила внутреннего трения F в жидкостях пропорциональна градиенту изменения скорости , площади соприкосновения слоев S, зависит от рода жидкости и очень незначительно зависит от давления. , Где S - площадь соприкасающихся слоев, м 2; d. U - скорость смещения слоя "b“, относительно слоя "a", м/с; dn - расстояние, на котором скорость движения слоев изменилась на du, м; - градиент скорости, изменение скорости по нормали к направлению движения (с-1); μ - коэффициент динамической вязкости (Па*с).

Свойства жидкости Вязкость • Если силу трения F отнести к единице площади соприкасающихся слоев, то получим величину касательного напряжения τ При градиенте скорости = 1; μ = τ и выражает силу внутреннего трения, приходящуюся на единицу площади поверхности соприкасающихся слоев жидкости.

Свойства жидкости Вязкость В практике для характеристики вязкости жидкости чаще применяют не коэффициент динамической вязкости - μ, а коэффициент кинематической вязкости (м 2/с). Коэффициентом кинематической вязкости называется отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости: Кинематическая вязкость в физической системе: 1 [см 2/с] = 1 стокс; 1 [м 2/с] = 104 Ст. Вода: Нефть: Вязкость жидкости зависит от рода жидкости, от температуры и от давления.