1.4.4 Температурне розширення

Температурне розширення – здатність рідини змінювати свій об’єм при зміні температури. Відносне збільшення об’єму рідини при підвищенні температури характеризується коефіцієнтом температурного розширення :

. (1.11)

Коефіцієнт температурного розширення вимірюється в . Після інтегрування (1.11) маємо

. (1.12)

Враховуючи (1.1) і (1.12), дістаємо

. (1.13)

Для води при температурі T від плюс 10 до плюс 20 ⁰С коефіцієнт температурного розширення  = 0,00015  .

Тобто зміна густини і об’єму дуже незначна. Для газів при збільшенні температури густина помітно зменшується.

На рисунку 1.6 представлено залежність густини від температури для води і газу.

Рисунок 1.6

Густина води має максимум при T = 4 ⁰С, при T = 0 ⁰С вода переходить в твердий стан (крига), а при T = 100 ⁰С – у газовий (пара).

1.4.5 В’язкість

В’язкість – це властивість рідини чинити при своєму русі опір відносному зсуву своїх частинок (деформаціям зсуву).

У рідині що рухається швидкості різні у різних її шарах. Між шарами рідини виникають сили внутрішнього тертя. Силу тертя, що припадає на одиницю площі, будемо називати дотичним напруженням t.

Залежність швидкості u від відстані подано на рисунку 1.7. На відстані рідина має швидкість u; на відстані ( ) - швидкість ( ).

Рисунок 1.7

За гіпотезою Ньютона закон внутрішнього тертя в рідині записують у вигляді, що запропонував М.П. Петров

, (1.14)

де m - динамічний коефіцієнт в’язкості;

- градієнт швидкості, тобто зміна швидкості на одиницю довжини в перпендикулярному напрямі.

Тоді

. (1.15)

З формули (1.15) випливає, що в рідині, яка перебуває у стані спокою ( ), дотичне напруження відсутнє ( ). Тобто в’язкість виявляється лише під час руху рідини.

В випадку, коли дотичне напруження по поверхні S є сталим, повна дотична сила (сила тертя), яка діє по поверхні, визначається за формулою

. (1.16)

Коефіцієнт динамічної в’язкості m вимірюється в Па×с. Він незалежний від інтенсивності деформації та сталий при визначеному стані рідини.

Аналізуючи формулу (1.14), можна сказати, що динамічна в’язкість m визначає силу, яка потрібна для переміщення одного шару рідини по другому, якщо площі контакту шарів і градієнтів швидкості дорівнюють одиниці.

В гідравлічних розрахунках часто використовують величину n - кінематичну в’язкість, яка є відношенням динамічної в’язкості m до густини r

. (1.17)

Кінематична в’язкість n вимірюється в м²/с і залежить від рідини і температури. З підвищенням температури кінематична в’язкість для краплинної рідини зменшується, а для газів - збільшується (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8