Hidrostatik. Hidrostatiğin temel denklemi

Hidrostatik, bir akışkanın dengesini ve hareketsiz bir akışkanın içine daldırılmış cisimler üzerindeki etkisini inceleyen hidromekaniğin bir dalıdır. Hidrostatiğin ana görevlerinden biri, bir sıvıdaki basınç dağılımının incelenmesidir. Hidrostatik yasaları, özellikle Pascal yasası, hidrolik presin, hidrolik akümülatörün, sıvı basınç göstergesinin, sifonun ve diğer birçok makine ve cihazın çalışmasının temelini oluşturur.

Hidrodinamik, sıkıştırılamaz akışkanların hareketini ve bunların katılarla etkileşimini inceleyen hidromekaniğin bir dalıdır. Gazların hareketini incelemek için hidrodinamik yöntemler, eğer bu hareketin hızı söz konusu gazdaki ses hızından önemli ölçüde düşükse kullanılabilir.

Bu alandaki ilginç bir etki viskoelektrik etkidir.

Kondansatör plakaları arasındaki iletken olmayan polar bir sıvının akışına, alan kaldırıldığında anında kaybolan viskozitede hafif bir artış eşlik eder. Saf sıvılardaki bu olaya viskoelektrik etki denir.

Etkinin yalnızca enine alanlarda meydana geldiği ve uzunlamasına alanlarda bulunmadığı tespit edilmiştir. Polar sıvıların viskozitesi, başlangıçta alan kuvvetinin artmasıyla birlikte yoğunluğun karesi ile orantılı olarak artar ve daha sonra sıvının iletkenliğine bağlı olarak belirli bir sabit sınır değere (doyma viskozitesi) yaklaşır. İletkenlikteki bir artış doyma viskozitesinde bir artışa yol açar.

Etki alanın frekansından etkilenir. Başlangıçta artan frekansla birlikte viskoelektrik etki belirli bir sınıra kadar artar, daha sonra sıfıra kadar dejenere olur.

Elektrik alanının etkisi altında viskozitede bir artış, serbest iyonların sıvı içinde bulunabilmesi veya alanın etkisi altında ortaya çıkabilmesi nedeniyle meydana gelir. Polar moleküllerin oryantasyon merkezleri haline gelirler, yani. Bir elektrik alanında elektroforez tipi hareketin mümkün olduğu yüklü grupların kaynakları. Momentum böylece akış boyunca katmandan katmana aktarılır.

Arşimed yasası

Girişler: sıvı yoğunluğu, vücut hacmi.

Çıktılar: güç.

Grafik illüstrasyon:

Pirinç. 2.13. Sıvı içindeki bir cisme etki eden kuvvet

Öz.

Bir sıvıya (veya gaza) batırılan herhangi bir cisim, sıvıdan (veya gazdan) yukarıya doğru yönlendirilen ve daldırılan cismin ağırlık merkezine uygulanan bir kaldırma kuvvetiyle etki eder. Bu kuvvetin büyüklüğü, yeri değişen sıvının ağırlığına eşittir. Bu formülasyonda çok olmasa da açık biçim kaldırma kuvvetinin varlığı sıvıdaki (veya gazdaki) istatistiksel basınç farkından kaynaklandığından yerçekiminin varlığı varsayılır.

Sıvının yoğunluğunun artması, kaldırma kuvvetinin artmasına ve dolayısıyla sıvıya batırılan cismin ağırlığında bir azalmaya yol açar. Dış basıncı değiştirerek sıvıların ve gazların yoğunluğunu değiştirebilirsiniz. Bu, en açık şekilde, dış basıncın ortamın yoğunluğunu çok önemli sınırlar dahilinde değiştirebildiği gazlarda gözlemlenebilir (ve kullanılabilir).

Eğer cisim tamamen sıvıya daldırılmamışsa, cismi sıvının içine daha derine doğru hareket ettirmek kaldırma kuvvetinin artmasına neden olur.

Matematiksel açıklama:

Arşimet'in gücü:

,

Nerede ρ - sıvının (gazın) yoğunluğu, - yerçekimi ivmesi,

V- batık gövdenin hacmi (veya gövdenin hacminin yüzeyin altında bulunan kısmı).

Kaldırma kuvveti (aynı zamanda Arşimet kuvveti olarak da adlandırılır - şekil, kırmızı ok), vücut tarafından yer değiştiren sıvının (gaz) hacmine etki eden yerçekimi kuvvetine büyüklükte (ve zıt yönde) eşittir ve merkeze uygulanır. Bu hacmin yerçekimi:

P B - P A = ρgh

F B - F A = ρghS = ρgV,

Nerede P A , P B- A ve B noktalarındaki basınç,

ρ - sıvı yoğunluğu,

H- A ve B noktaları arasındaki seviye farkı,

S- vücudun yatay kesit alanı, V - vücudun suya daldırılan kısmının hacmi.

Başvuru.

Gibi. No. 307584: Sulama sistemleri için prefabrik elemanlardan kanal inşa etme yöntemi, kanalın ilk bölümünün kurulumundan sonra ürünlerin taşınmasını kolaylaştırmak amacıyla uçlarının geçici diyaframlarla kapatılması, petek ile ayırt edilir. Kanalın bir bölümü su ile doldurulur ve yine uçları geçici diyaframlarla kapatılan müteakip elemanlar kanalın bu bölümü boyunca kaynaştırılır.

Eğer tüm cisimler yer değiştiren sıvının ağırlığına eşitse, yerçekimi alanının varlığı ve sıvının basıncının neden olduğu deformasyonların korunması dışında, o cisim sanki ağırlıksız bir durumdaymış gibi sıvının içinde olacaktır.

А.с 254720: Şekillendirme işleminin tamamlanmasından sonra modelden çıkarılması ve çalışma sıvısıyla doldurulmuş, elastik malzemeden yapılmış içi boş bir modelin kullanımını içeren, sıvı kendiliğinden sertleşen karışımlardan döküm kalıpları üretme yöntemi. özelliği, belirli boyutlarda dökümler elde etmek için model boşluğunun, sıvı haldeki kalıplama kumunun özgül ağırlığına eşit özgül ağırlığa sahip bir çalışma sıvısı ile doldurulmasıdır.

Ve No. 445760.1'den. Serbest top şeklindeki içi boş valf, akış direncini azaltmak için, yeri değiştirilen sıvının ağırlığına eşit ağırlıkta yapılmasıyla ayırt edilir.

1. İstem 1'e uygun valfın özelliği, uygulama aralığını genişletmek amacıyla boşluğunun dolgu maddesiyle doldurulmasıdır.

Arşimed kuvveti yalnızca bir cismin ağırlığını telafi etmekle kalmaz, aynı zamanda yoğunluğu değişirse cisimleri dikey yönde hareket ettirir.

Gibi. 223967: Tutuculara ve bir döndürme cihazına sahip bir döner tablayı destekleyen kaynak mekanizmasının özelliği, tasarımı basitleştirmek amacıyla, tablayı döndürmeye yönelik cihazın, döner tablaya menteşeli bir şekilde bağlanan bir şamandıra mekanizması formunda yapılmasıdır. .

Ve eğer sıvı farklıysa spesifik yer çekimi yükseklikte, kaldırma kuvveti özgül ağırlığındaki değişime göre değişecektir.

А.с.332939: İçinde şamandıranın bulunduğu sıvı bir ortamla doldurulmuş metal bir gövde şeklinde yapılmış, dönüşü için bir cihaza sahip bir masa içeren bir manipülatörün özelliği, Şamandıranın kaldırma kuvveti değişen sıvı ortam, farklı özgül ağırlıklara sahip sıvılardan oluşur.

Arşimet kuvveti, bir alanın o alana duyarlı bir sıvıya uyguladığı kuvvet değiştirilerek değiştirilebilir. Ferromanyetik bir maddenin kolloidal çözeltisi manyetik alanla çok iyi etkileşime girer, dolayısıyla bu durumda iyi kontrol edilen bir sistem elde edilir.

A.C. No. 527280: Kaynak işi için bir manipülatör, döner tabla ve tabla döndürme ünitesi içeren, şamandıra mekanizması şeklinde yapılmış, masaya bir braket aracılığıyla menteşeli bir şekilde bağlanan ve sıvı dolu bir kaba yerleştirilen, özelliği: tablanın hareket hızını arttırmak için sıvıya ferromanyetik bir süspansiyon verilir ve sıvının bulunduğu kap elektromanyetik bir sargıya yerleştirilir.

Manyetik sıvılarda Arşimet kuvvetinin ölçülmesiyle manyetik alanın büyüklüğünün de ölçülmesi mümkündür (A.S. No. 373669).

Mekanokalorik etki

Girişler: basınç farklılığı.

Çıktılar: sıcaklık.

Grafik illüstrasyon:

Pirinç. 2.14. Mekanokalorik etki prensibi

Öz:

Mekanokalorik etki - Süperakışkan sıvı helyumun T sıcaklığında soğuma olgusu

Sıvı helyum (4 He), atmosferik basınçta 4,44 K sıcaklıkta kaynayan, renksiz şeffaf bir sıvıdır. Sıvı helyum, 25 atmosferden fazla bir basınçta katılaşır. T λ =2,17 K sıcaklığında ve doymuş buhar basıncında, 4 He ikinci dereceden bir faz geçişine uğrar. T>T λ'daki helyuma HeI denir ve T'deki helyum

Matematiksel açıklama:

Tersine çevrilebilirlik ve sürecin durdurulması koşulu:

∆P = ρ S∆ T, Nerede

ρ – helyum yoğunluğu,

S helyumun birim kütlesinin entropisi,

∆P - basınç farklılığı,

∆T - sıcaklık farkı.

Başvuru:

Kriyojenik teknolojide fiziksel etki kullanılır.

Magnus etkisi

Girişler: sıvı hızı.

Çıktılar: güç.

Grafik illüstrasyon:

Pirinç. 2.15. Magnus etkisinin diyagramı (1 – sınır katmanı)

Pirinç. 2.16 . Yuvarlanan silindir diyagramı

Öz:

Üzerine çarpan bir sıvı veya gaz akışında dönen bir cisme etki eden bir kaldırma kuvvetinin ortaya çıkması.

Dönen bir katı silindir, J yoğunluğuna sahip sınırsız viskoz sıvı veya gaz kütlesinde bir girdap hareketi oluşturur (Şekil 2.15a). Bağıl hızı V 0 ile öteleme olarak hareket eden (dönmeyen) bir silindir, doğrusal olmayan bir laminer akış etrafında akar. -girdap (Şekil 2.15b). Silindir döner ve aynı anda öteleme yönünde hareket ederse, onu çevreleyen iki akış birbiriyle örtüşecek ve bunun sonucunda silindirin etrafında bir akış oluşturacaktır (Şekil 2.15c).

Silindir döndüğünde sıvı da hareket etmeye başlar. Sınır katmanındaki hareket girdaptır; üzerine rotasyonun eklendiği potansiyel hareketten oluşur. Silindirin üst kısmında akış yönü silindirin dönme yönü ile çakışır ve alt kısımda bunun tersidir. Silindirin üst kısmındaki sınır tabakasındaki parçacıklar akış tarafından hızlandırılır, bu da sınır tabakasının ayrılmasını önler. Aşağıdan akış, sınır katmanındaki hareketi yavaşlatır ve bu da ayrılmasını kolaylaştırır. Sınır tabakasının ayrılmış kısımları akış tarafından girdaplar şeklinde taşınır. Sonuç olarak silindirin etrafında silindirin döndüğü yönde bir hız sirkülasyonu meydana gelir. Bernoulli kanununa göre silindirin üst kısmındaki sıvı basıncı alt kısmına göre daha az olacaktır. Bu, kaldırma adı verilen dikey bir kuvvetle sonuçlanır. Silindirin dönüş yönü tersine çevrildiğinde kaldırma kuvveti de ters yönde yön değiştirir.

Magnus etkisinde F kuvveti, V 0 akış hızına diktir. Bu kuvvetin yönünü bulmak için, bağıl hız vektörünü V 0 90° silindirin dönüş yönünün tersi yönde döndürmeniz gerekir.

Magnus etkisi, hafif bir silindirin eğik bir düzlemde yuvarlandığı bir deneyde gözlemlenebilir (Şekil 2.16).

Eğik bir düzlemde yuvarlandıktan sonra, silindirin kütle merkezi, maddi bir noktanın hareket ettiği gibi bir parabol boyunca değil, eğimli düzlemin altına giren bir eğri boyunca hareket eder.

Matematiksel açıklama:

Zhukovsky-Kutt formülü:

F R = Jρ V 0 ,

F R- kaldırma kuvveti;

J- silindir etrafındaki hareketin yoğunluğu;

ρ - sıvı yoğunluğu;

V 0 - bağıl akış hızı.

J=2Sω ,

S- silindirin alanı;

ω - silindirin açısal dönüş hızı.

Başvuru:

Magnus etkisi hidroaeromekanikte, maddeleri fraksiyonlara ayırmaya yönelik teknolojik işlemlerde vb. kullanılır. Magnus etkisi, heterojen sıvı ortamları hafif ve ağır parçalara ayırmak için kullanılır.

Joule-Thomson etkisi

Girişler: basınç.

Çıktılar: sıcaklık.

Grafik illüstrasyon:

Pirinç. 2.17. Joule-Thomson etkisini gözlemlemek için kurulum

Öz:

Adyabatik kısma sırasında gaz sıcaklığındaki değişiklik - gaz akışında yerel bir engel olan gaz kelebeği boyunca sabit bir basınç farkının etkisi altında yavaş gaz akışı. Bu etki, düşük sıcaklık elde etmenin yöntemlerinden biridir. Joule-Thomson etkisi, kısma sırasında gaz soğutulursa pozitif, ısıtılırsa negatif olarak adlandırılır. Kısma sırasında gaz basıncı düştüğü için etkinin işareti miktarın işaretiyle örtüşür.
Sürecin niceliksel bir özelliği olan ve Joule-Thomson katsayısı olarak adlandırılan. Joule-Thomson etkisinin işareti inversiyon sıcaklığında değişir. Her gerçek gaz için bir ters çevirme noktası vardır; bu, etkinin işaretinin ölçüldüğü sıcaklık değeridir. Hava ve diğer birçok gaz için tersinme noktası oda sıcaklığının üzerindedir ve Joule-Thomson süreci yoluyla soğurlar.

Matematiksel açıklama:

Joule-Thomson işlemi, gaz kelebeğinin karşıt taraflarında büyük ve küçük bir basınç farkıyla uygulanabilmektedir. Buna göre integral etkisi şu şekilde ele alınır:

ve diferansiyel Joule-Thomson etkisi:

,

T 1 , T 2 – sırasıyla birinci ve ikinci bölmelerdeki gaz sıcaklığı,

- sıcaklık değişimi,

C P– sabit basınçta ısı kapasitesi,

- hacim değişikliği,

- basınçta değişiklik.

Başvuru:

А.с.257801: Kaynak gazın termostatlanması, kısılması ve ardından gaza sağlanan ısının ölçülmesi yoluyla gazların termodinamik değerlerini, örneğin entalpiyi belirlemek için bir yöntem; özelliği, Negatif Joule-Thomson etkisine sahip gazların termodinamik değerleri, kısılmadan sonra gaz, başlangıç ​​sıcaklığına kadar soğutulur, daha sonra kısılmadan sonraki sıcaklığa kadar ısıtılır, kendisine sağlanan ısı ölçülür ve bilinen ilişkiler kullanılarak gerekli değerler belirlenir.

Su çekici

Girişler: sıvı hızı.

Çıktılar: basınç.

Grafik illüstrasyon:

Pirinç. 2.18. Su darbesinin aşamaları

Öz:

Su darbesi, sıvıyla dolu herhangi bir sistemdeki, bu sıvının akış hızının çok kısa bir süre içinde çok hızlı değişmesinden kaynaklanan basınç dalgalanmasıdır. Su darbesi, borularda uzunlamasına çatlakların oluşmasına neden olabilir, bu da bunların bölünmesine veya diğer boru hattı elemanlarına zarar vermesine neden olabilir.

Şekil 1'de su darbesinin aşamaları ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Sıvının υ 0 hızıyla hareket ettiği borunun ucundaki musluk anında kapatılsın (Şekil 2.18 a). Bu durumda musluğa çarpan parçacıkların hızı sönecek ve kinetik enerjileri borunun ve sıvının duvarlarının deformasyon işine aktarılacaktır. Bu durumda borunun duvarları gerilir ve şok olarak adlandırılan ΔP atım miktarı kadar basınç artışına bağlı olarak sıvı sıkıştırılır. Basıncın arttığı bölgeye (n - n bölümü) şok dalgası denir. Şok dalgası, şok dalgası hızı adı verilen c hızıyla sağa doğru yayılır.

Şok dalgası rezervuara doğru ilerlediğinde sıvı durdurulacak ve boru boyunca sıkıştırılacak ve borunun duvarları gerilecektir. Şok basıncı artışı borunun tüm uzunluğu boyunca yayılacaktır (Şekil 2.18 b).

Daha sonra ΔP basınç farkının etkisi altında sıvı parçacıklar borudan tanka akacak ve bu akış tankın hemen yanındaki bölümden başlayacaktır. Şimdi n-n bölümü aynı c hızıyla valfe geri hareket eder ve geride eşitlenmiş bir P 0 basıncı bırakır (Şekil 2.18 c).

Sıvının ve borunun duvarlarının elastik olduğu varsayılır, dolayısıyla P 0 basıncına karşılık gelen önceki durumlarına geri dönerler. Deformasyon işi tamamen kinetik enerjiye dönüştürülür ve borudaki sıvı orijinal hızı υ 0'a ulaşır, ancak şimdi ters yönde yönlendirilir.

Bu hızda, sıvı hacminin tamamı musluktan kopma eğilimi gösterir, bu da P 0 - ΔP basıncı altında negatif bir şok dalgasına neden olur, bu da musluktan hazneye c hızıyla yönlendirilir ve arkasında sıkıştırılmış boru duvarları kalır ve basınçtaki azalmadan kaynaklanan genleşmiş sıvı ( Şek.2.18 d). Sıvının kinetik enerjisi yine deformasyon işine dönüşür, ancak bunun tersi işarettir.

Negatif şok dalgasının tanka ulaştığı andaki borunun durumu (Şekil 2.18 f)'de gösterilmektedir. Tıpkı (Şekil 2.18 b)'de gösterilen durumda olduğu gibi, bu denge değildir.

Şekil 2.18g, υ 0 hızında sıvı hareketinin meydana gelmesiyle birlikte boru ve tanktaki basınç dengeleme sürecini göstermektedir.

ΔP atımı basıncı altındaki tanktan yansıyan şok dalgası musluğa ulaştığında, musluğun kapatıldığı anda zaten meydana gelen bir durumun ortaya çıkacağı açıktır. Su darbesi döngüsünün tamamı tekrarlanacaktır.

Matematiksel açıklama:

, Nerede

D P- N/m² cinsinden basınç artışı, ρ - kg/m³ cinsinden sıvı yoğunluğu,

v 0 Ve v 1 - vananın kapatılmasından (vananın çalıştırılması) önce ve sonra boru hattındaki m/s cinsinden ortalama hızlar,

İle- boru hattı boyunca şok dalgasının yayılma hızı.

Başvuru.

Gibi. No. 269045: Bir güç hattında bir kaza olması durumunda, bir hidrolik türbinin gücünü azaltarak bir güç sisteminin dinamik stabilitesini arttırmaya yönelik bir yöntem, hidrolik türbinin önündeki basıncı azaltmak için şu şekilde farklılık gösterir: Örneğin bir rezervuarda akışın bir kısmının yönlendirilmesiyle negatif bir hidrolik şok yaratılır.

Gibi. No. 348806: Elektrotların periyodik teması ve ardından elektrot aletinin belirli bir miktarda geri çekilmesi yoluyla çalışma aralığının düzenlenmesiyle boyutsal elektrokimyasal işleme yönteminin özelliği, elektrot aletini çıkarmak için, elektrot aletinin kuvvetinin, Çalışma aralığına verilen elektrolitte meydana gelen hidrolik şok kullanılır.

Bir sıvıdaki sıkıştırma dalgası, sıvıya yerleştirilen elektrotlar arasındaki güçlü darbeli elektrik deşarjından da kaynaklanabilir (elektrohidrolik Utkin etkisi). Elektrik darbesinin ön tarafı ne kadar dik olursa, sıvı o kadar az sıkıştırılır, şoktaki basınç o kadar yüksek olur ve elektrohidrolik şok da o kadar güçlü olur. Elektrohidrolik şok, metallerin soğuk işlenmesinde, kayaların tahrip edilmesinde, sıvıların demülsifikasyonunda, kimyasal reaksiyonların yoğunlaştırılmasında vb. kullanılır.

ABD Patenti $356W7: Yüksek enerjili su çekiciyle plastik gövdelerin oluşumu. Hidrolik tabanca tankında bulunan bir sıvı kolonunun iş parçasına yönlendirildiği bir hidrodinamik sistemin patenti alınmaktadır. Sıvıyı harekete geçirmek için, belirtilen sıvı sütununda bir elektrik deşarjı üretilir, bunun sonucunda iş parçasına yönelik bir dalga oluşturulur ve bu dalga, sıvının kendi yüksek basıncıyla birlikte iş parçasını deforme eder.

İş parçasına yönlendirilen jetin hızı 100 ila 10.000 m/s arasında değişmektedir.

ABD'de Utkin etkisi, elektroliz sırasında elektrotların kendilerine yapışan metalden temizlenmesi için kullanılıyor. Polonya'da - turbojeneratörlerin çelik halkaları için. Aynı zamanda operasyonun maliyeti de genellikle azalır.

AC. 117562: Metal kolloidlerin üretilmesi ve malzemenin mikropartikülleri arasındaki elektro-hidrolik etki nedeniyle yüksek voltaj kullanıldığında uygulamaya yönelik bir yöntem. Metal çubukların elektrik akımı ile hızlı buharlaşması sırasında suda oluşan şok dalgası, kayalar ve diğer güçlü malzemeleri yok etmek, beton temelleri kırmak, hidrolik yapıların kaya temellerini temizlemek ve yıkımla ilgili diğer işler için oldukça uygundur. Örnekler etkinin uygulama örneklerini göstermektedir. Aşağıda elektrohidrolik şokun nasıl elde edilebileceğine veya geliştirilebileceğine dair örnekler verilmiştir.

Japon Patenti No. 13120 (1965), cıva-gümüş elektrotların oluşturulmasına yönelik bir yöntemi açıklamaktadır. Bu tür elektrotlar kullanıldığında, deşarj kanalında oluşan yoğun plazmanın basıncına cıva buharının basıncı da eklendiğinden sudaki şok dalgasının kuvveti artar. Bu yöntemin kullanılması, kapasitör bankasının kapasitesini önemli ölçüde azaltmanıza olanak sağlar.

Gibi. No. 119074: Ultra yüksek hidrolik basınç elde etmek için, yöntemin uygulanmasına yönelik, bir ucunda sıvıyı besleyen bir boru hattına bir alıcıyla bağlanan silindirik bir oda şeklinde yapılmış bir cihaz olup özelliği, elektro oluşturmak amacıyla -kamera uzunluğu boyunca birbirinden belirli bir mesafede bulunan hidrolik dereceler, kıvılcım aralıkları kullanılır.

A.S. No. 129945: Elektro-hidrolik şoklar oluşturmak için yüksek ve ultra yüksek basınçlar elde etme yöntemi, bir sıvıdaki yüksek ve ultra yüksek basınçların, iletken elemanların darbeli deşarjının etkisiyle sıvı içinde buharlaştırılmasıyla elde edilmesiyle karakterize edilir. elektrotları kapatan tel, bant veya tüp şeklinde.

Sovyet fizikçileri (A.M. Prokhorov, G.A. Askaryan, G.P. Shapiro), bir kuantum jeneratör ışını kullanılarak güçlü hidrolik şokların elde edilebileceğini buldular (keşif No. 65). Güçlü bir kuantum jeneratörünün ışını bir sıvıdan geçirilirse, ışının tüm enerjisi sıvı tarafından emilecek ve bu da bir milyon atmosfere ulaşan basınçla şok dalgalarının oluşmasına yol açacaktır. Bu keşif, su darbesinin olağan uygulama alanlarına ek olarak, mikroelektronikte, özellikle temiz yüzeylerin koşulları için, elektrot kullanımıyla hariç tutulan bu tür malzeme ve ürünlerin işlenmesi için vb. çok geniş bir uygulama alanı bulmaktadır. Hafif hidrolik etkiyi kullanarak, uzaktan, uzaktan, bir ışık huzmesi kullanarak bir sıvıdaki hidrolik darbeleri harekete geçirmek mümkündür.

Kavitasyon

Girişler: HAYIR.

Çıktılar: güç.

Grafik illüstrasyon:

Şekil 2.19. Yerel daralmaya sahip bir tüpteki kavitasyon bölgesi

Öz:

Kavitasyon, gaz, buhar veya bunların bir karışımıyla dolu bir sıvıda (kavitasyon kabarcıkları veya boşluklar) boşlukların oluşmasıdır. Kavitasyon, sıvının hızındaki bir artışla (hidrodinamik kavitasyon) veya seyrekleşme yarı periyodu sırasında yüksek yoğunluklu bir akustik dalganın geçişiyle (akustik kavitasyon) meydana gelebilen, sıvıdaki basınçta lokal bir azalmanın bir sonucu olarak meydana gelir. ); bu etkinin başka nedenleri de vardır. Akışla birlikte daha yüksek basınçlı bir alana doğru hareket eden veya sıkıştırmanın yarım döngüsü sırasında kavitasyon balonu çökerek bir şok dalgası yayar. Kavitasyon pervanelerin, hidrolik türbinlerin, akustik yayıcıların vb. yüzeyini tahrip eder.

Matematiksel açıklama:

– “kavitasyon numarası”, kavitasyonun niceliksel özelliği,

R- yaklaşan akışın hidrostatik basıncı,

R N- doymuş buhar basıncı,

Sıvı yoğunluğu,

Sıvının vücuttan yeterli uzaklıktaki hızı.

Başvuru.

A.S. No. 443663: Alkali bir çözelti ile işlenmesi de dahil olmak üzere kaba yem hazırlama yöntemi, yemin nem doygunluğunu yumuşatmak ve hızlandırmak için kavitasyon modunda işlenmesiyle ayırt edilir.

Buharlaşma

Herhangi bir sıvı damlacığı, toplanma durumunu değiştirme, özellikle buhara dönüşme yeteneğine sahiptir. Damlacık sıvıların bu özelliğine buharlaşma denir.

Hidrolikte en önemli durum, tüm hacim boyunca yoğun buharlaşmanın başladığı durumdur - sıvının kaynaması. Kaynatma işlemine başlamak için belirli koşulların (sıcaklık ve basınç) yaratılması gerekir. Örneğin damıtılmış su normal atmosfer basıncında ve 100 °C sıcaklıkta kaynar. Ancak bu, kaynar suyun özel bir durumudur. Aynı su, farklı bir basıncın etkisi altındaysa farklı bir sıcaklıkta kaynayabilir; Hidrolik sistemde kullanılan sıvının her sıcaklık değeri için kaynadığı bir basınç vardır. Bu basınca doymuş buhar basıncı denir r n s. Büyüklük rn n daima mutlak basınç olarak verilir ve sıcaklığa bağlıdır.

Örneğin Şekil 2'de. Şekil 1.5 doymuş su buharı basıncının sıcaklığa bağımlılığını göstermektedir. Grafikte bir nokta vurgulanıyor A, 100 °C sıcaklığa ve normal atmosfer basıncına karşılık gelir /V İyotun serbest yüzeyinde daha yüksek bir basınç oluşturulursa r ve daha sonra daha yüksek sıcaklıkta kaynayacaktır Tx(nokta İÇİNDE incirde. 1.5). Ve tam tersi, düşük basınçta sayfa 2 su daha düşük sıcaklıkta kaynar T2(Şekil 1.5'teki C noktası).

Buharlaşma sabit bir basınçta meydana gelir, daha sonra iki fazlı ortamın sıcaklığı da sabit kalır ve artışı ancak tüm sıvının (en küçük damlalara kadar) gaz haline geçmesinden sonra başlar. İki fazlı ortamın bu özelliği buhar motorlarında ve çoğu soğutma ünitesinde kullanılır. Bu durumda, iki fazlı ortama ıslak buhar (askıda sıvı damlacıkları olan gaz) adı verilir ve sıvının tamamen gaz halindeki durumuna kuru buhar denir. Kapalı bir kapta buharlaşma meydana gelirse, buna bir artış eşlik eder. baskı altında. Süreç C noktasından noktasına kadar bir çizgiyi takip eder A, Daha sonra İÇİNDE ve daha fazlası (bkz. Şekil 1.5). Bu kabul edilemez çünkü geminin acil olarak tahrip olmasına (patlamaya) yol açabilir.

BÖLÜM 1. HİDROSTATİK TEMELLERİ

Hidrostatik, durgun akışkanlara uygulanan kanunlarla ilgilenen hidroliğin dalıdır.

Sabit bir sıvıda, yalnızca basınç gerilmeleri ortaya çıkar ve teğetsel gerilmeler etki edemez, çünkü sıvıdaki herhangi bir teğetsel gerilme onun hareket etmesine, yani dinlenme durumunun bozulmasına neden olur. Giriş bölümünde, basınç gerilmesinin sonsuz küçük bir alana dik olarak etki eden bir kuvvetten kaynaklandığı gösterilmiştir. Bu, hidrostatik basıncın ilk özelliğini ifade eder: Bir sıvının dış yüzeyinde basınç, söz konusu sıvının hacminin içinde normal olarak etki eden bir kuvvet yaratır. Ayrıca, bir sıvının dış yüzeyi, yalnızca sıvının serbest yüzeyleri ve kapların duvarları olarak değil, aynı zamanda sıvı içinde salınan hacimlerin yüzeyleri olarak da anlaşılmalıdır.

Hidrostatik basıncın ikinci özelliği, durgun bir akışkanın içindeki herhangi bir noktada, hidrostatik basıncın tüm yönlerde eşit şekilde etki etmesidir; Basınç skaler bir büyüklüktür.

Hidrostatik basıncın bu özelliklerinden hidrostatiğin temel yasası çıkarılabilir. Sıvının bir kapta olmasına izin verin ve basınç kabın serbest yüzeyine etki etsin p 0(Şekil 2.1). h derinliğinde bulunan, keyfi olarak seçilmiş bir noktadaki p basıncını belirleyelim.

Rastgele seçilen bir nokta etrafında istenen basıncı p belirlemek için sonsuz küçük bir yatay alan alırız. GİBİ ve üzerine sıvının açık yüzeyine bir silindir inşa edin.

Seçilen sıvı hacmine yukarıdan aşağıya doğru basınç çarpımına eşit bir kuvvet etki eder p 0 alan başına ΔS, ve tahsis edilen sıvı hacminin ağırlığı G. Seçilen noktada istenilen basınç p her yöne eşit etki eder (hidrostatik basıncın ikinci özelliği). Ancak bu basıncın yarattığı kuvvet, yüzeye dik olarak seçilen hacme etki eder.

Şekil 2.1. Çıkış devresi

Hidrostatiğin temel denklemi

ve hacmin içine yönlendirilir (hidrostatik basıncın ilk özelliği), yani. kuvvet yukarı doğru yönlendirilir ve p ile alanın çarpımına eşittir ΔS. Daha sonra tahsis edilen sıvı hacminin dikey yönde denge koşulu eşitlik olacaktır.

pΔS -G- p 0 AS = 0.

Ağırlık G seçilen bir sıvı silindirinin hacmi W hesaplanarak belirlenebilir:

G = Wpg = ΔShpg.

Matematiksel ifadeyi değiştirerek G denge denklemine dönüştürülmesi ve bunun istenen basınca göre çözülmesi R, sonunda alacağız

p = p 0 + hpg(2.1)

Ortaya çıkan denklem hidrostatiğin temel yasası olarak adlandırılır. Durgun bir sıvının içindeki herhangi bir noktadaki basıncı hesaplamanıza olanak tanır.

Ek olarak, bağımlılık analizinden (2.1) şu sonuç çıkmaktadır: p 0, Sıvının serbest yüzeyine etki eden kuvvet sıvının içindeki herhangi bir noktaya iletilecektir. Bu, Pascal yasasını formüle etmemizi sağlar: Bir sıvıya uygulanan basınç her yöne eşit olarak iletilir.

Hidrostatiğin temel yasası pratik problemlerin çözümünde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak pratik hesaplamalarda kullanılırken yüksekliğe özellikle dikkat edilmelidir. H,Çünkü hem pozitif hem de negatif değerler alabilir.

Nitekim basıncı belirlediğimiz nokta, başlangıç ​​basıncının olduğu noktanın altında bulunuyorsa, hidrostatik temel yasasının matematiksel gösteriminde formül (2.1)'de olduğu gibi “+” işareti yerleştirilir. Ve basıncı belirlediğimiz noktanın ilk basıncın olduğu noktanın üzerinde olması durumunda, denklemde "+" işareti "-" olarak değişir, yani.

Po= p- hpg. (2.2)

Hidrostatiğin temel yasasında bir işaret seçerken, belirli bir sıvıda bir nokta ne kadar düşük (derin) olursa, bu noktadaki basıncın o kadar büyük olacağını her zaman hatırlamanız gerekir.

Sonuç olarak, hidrostatik temel yasasının basınçların ölçülmesinde yaygın olarak kullanıldığını da eklemek gerekir.

giriiş

Hidrostatik, durgun haldeki akışkanları inceleyen hidroliğin (akışkanlar mekaniği) bir dalıdır. Sıvı dengesi yasalarını ve içindeki basınç dağılımını inceliyor. Hidrostatikte kullanılan ana büyüklükler basınçtır. P ve basınç H .

Hidrolikte, denge ve hareket yasalarını incelerken, bir akışkanın çeşitli fiziksel özellikleri (örneğin yoğunluk, viskozite, özgül ağırlık, özgül hacim) yaygın olarak kullanılır. Öğrencinin bir sıvının temel fiziksel özelliklerini belirleyebilmesi ve bu özelliklerin birimlerini bilmesi gerekmektedir. Damlacık sıvıların temel fiziksel özelliklerini de göz önünde bulundurmalısınız: sıkıştırılabilirlik, termal genleşme vb.

1. Sıvının fiziksel özellikleri

Sıvının aşağıdaki fiziksel özellikleri mevcuttur:

1) Yoğunluk

R = M / V ,

Nerede M- Ağırlık (kg;

V- hacim, m3 .

+4°C sıcaklıktaki suyun yoğunluğu 1000 kg/m3'tür. Suyun yoğunluğunun sıcaklığa çok az bağlı olduğunu görmek kolaydır. Çoğu hidrolik hesaplamada sıvıların sıkıştırılabilirlik ve termal genleşme özellikleri ihmal edilir; örneğin suyun yoğunluğunun sabit ve 1000 kg/m3'e eşit olduğu kabul edilir.

2) Özgül ağırlık, birim hacimdeki sıvının ağırlığıdır (N/m3):

G = G / V ,

Nerede G– ağırlık (yerçekimi), N ;

V- hacim, m3 .

Özgül ağırlık ve yoğunluk, yer çekiminin ivmelenmesiyle ilişkilidir ( g = 9.81 » 10 m/s 2) şöyle:

G = R G .

3) Hacimsel sıkıştırma oranı

Nerede D K– hacim değişikliği K ;

Dr – yoğunluktaki değişiklik r, basınçta D miktarındaki bir değişikliğe karşılık gelir P .

Hacimsel sıkıştırma oranının tersi, sıvıların elastisite modülü olarak adlandırılır. e f(Pa):

e Ve = 1/

Sıvıların esneklik modülünün değeri basınca ve sıcaklığa bağlıdır. Basıncın arttığını varsayarsak D P = P – P 0 ve ses seviyesindeki değişiklik D K = K - K 0, o zaman:

K =K 0 ·(1-

4) Termal genleşme katsayısı

D nerede K– hacim değişikliği K, D değerindeki bir sıcaklık değişimine karşılık gelir T .

Suyun termal genleşme katsayısı artan sıcaklık ve basınçla artar; diğer damlama sıvılarının çoğu için b T artan basınçla azalır. Sıcaklığın arttığını kabul edersek D t = t – t 0 ve hacimdeki değişiklik D W = W – W 0, o zaman:

K = K 0 (1+

R = r 0 (1 +

5) Viskozite – Bu, bir sıvının, parçacıklarının karşılıklı yer değiştirmesine karşı direnç nedeniyle hareketi sırasında iç sürtünme sergileme özelliğidir. Durgun bir sıvıda viskozite görülmez. Kantitatif olarak viskozite, birbirine kolayca dönüştürülebilen dinamik veya kinematik viskozite olarak ifade edilebilir.

Dinamik viskozite m, Pa · c = N · s/m 2. Dinamik viskozite katsayısı µ, basınca ve hareketin doğasına bağlı değildir, yalnızca sıvının fiziksel özellikleri ve sıcaklığı ile belirlenir.

Uygulamada, bir sıvının viskozitesini karakterize etmek için genellikle dinamik viskozite katsayısı değil, kinematik viskozite katsayısı kullanılır.

Kinematik viskozite

Viskozite, bir sıvı hareket ettiğinde bir iç sürtünme kuvvetinin ortaya çıkmasıyla ortaya çıkar. T bir temas alanıyla birbirine göre hareket eden katmanlar arasında S . Newton yasasına göre belirlenir:

Nerede S - temas eden katmanların alanı, m2;

du – katman yer değiştirme hızı " B"katmana göre" A", Hanım;

dy – katmanların hareket hızının değiştiği mesafe du, M;

du / ölmek – hız gradyanı, hareket yönüne normal hızda meydana gelen değişiklik ( İle -1).

Sürtünme kuvveti ise T temas eden katmanların birim alanına atıfta bulunarak kayma geriliminin değerini elde ederiz

Sıvının viskozitesi bir Engler viskozimetresi kullanılarak belirlenir ve Engler derecesi (0 E) cinsinden ifade edilir. Balıkçı derecesi (0 E), test sıvısının akış süresinin damıtılmış suyun akış süresine oranıdır. Engler derecesi cinsinden viskoziteyi kinematik viskozite katsayısına dönüştürmek için  Ubellode formülü kullanılır:

Viskozite aynı zamanda bir Ostwald kılcal viskozimetresi kullanılarak da belirlenir. Kinematik viskozite katsayısı aşağıdaki formülle belirlenir:

N = C · T Ve · 10 -4 ,

Nerede İle– cihaz sabiti;

T g – sıvı akış süresi, s.

2. Hidrostatik basınç

Hidrostatik basınç P - bu, sıvının gerilimli durumunu karakterize eden skaler bir niceliktir. Basınç şu noktada normal voltaj modülüne eşittir: p =/S/.

SI sistemindeki basınç paskal cinsinden ölçülür: Pa = N/m 2.

Farklı ölçüm sistemlerindeki basınç birimleri arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir:

100.000 Pa = 0,1 MPa = 1 kgf/cm2 = 1, = 10 m su. Sanat.

Hidrostatik basıncın iki özelliği:

1. Katı bir cisimle temas halindeki hareketsiz bir akışkandaki basınç, arayüze dik olarak yönlendirilen gerilimlere neden olur.

2. Sıvının herhangi bir noktasındaki basınç her yöne eşit etki eder. Bu özellik basıncın skalerliğini yansıtır.

2.1 Hidrostatik paradoks

Yatay tabandaki toplam basınç yalnızca tabanın batma derinliğine bağlıdır H 0 ve ikincisinin alanının büyüklüğü kabın şekline ve dolayısıyla bu kaplara dökülen sıvının ağırlığına bağlı değildir. İncirde. Şekil 1, düz tabanlı alana sahip, kişisel şekillerdeki çeşitli kapları göstermektedir

Pirinç. 1. Hidrostatik paradoks

Kapların duvarlarının farklı şekilleri ve bu kaplardaki farklı sıvı ağırlıkları, aşağıdakilere göre tüm kaplar için eşit olan tabanlarındaki toplam basıncın değeri üzerinde herhangi bir etkiye sahip değildir:

Bu bariz çelişki hidrostatik paradoks olarak bilinir. Bu olgu yatay tabandaki basınç kuvveti arasındaki farkla açıklanmaktadır.

2.2 Hidrostatiğin temel denklemi

Hidrostatiğin temel denklemi, bir akışkandaki toplam basıncın P sıvı üzerindeki dış basıncın toplamına eşittir P 0 ve sıvı kolon ağırlık basıncı P yani

P = P 0 + P Ve = P 0 + G H ,

Nerede H– sıvı kolonunun basıncın belirlendiği noktanın üzerindeki yüksekliği (daldırma derinliği) (Şekil 2).

Denklemden sıvıdaki basıncın derinlikle arttığı ve ilişkinin doğrusal olduğu sonucu çıkar.

Pirinç. 2. Hidrostatiğin temel denkleminin şeması

Pirinç. 3. Basınç değişimi: 1 – tankı açın; 2 – piyezometre

Atmosferle iletişim kuran açık rezervuarların özel durumunda (Şekil 3), sıvı üzerindeki dış basınç atmosfer basıncına eşittir P o = P atm = 101,325 Pa

P = P ATM + G H .

Açık tanklar – Bunlar sadece atmosferle iletişim kuran tanklar, konteynerler değil aynı zamanda su, göl, rezervuar vb. içeren hendeklerdir.

Aşırı basınç (gösterge), toplam ve atmosferik basınç arasındaki farktır. Son denklemden, açık tanklar için aşırı basıncın sıvı sütununun basıncına eşit olduğunu buluyoruz:

P kulübe = P Adam = P - P ATM = G H .