19 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Плотность Коэффициент объемного сжатия

Сжимаемость жидкостей

Сжимаемость — свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия βр, который выражает относительное изменение объема жидкости V, отнесенное к единице давления p и определяется по формуле

Знак минус в формуле обусловлен тем, что положительному прира­щению давления соответствует отрицательное приращение (уменьшение) объема. Единицы измерения βр в системе МКГСС — м 2 /кгс, в системе СИ — 1/Па. Часто βр выражается в см 2 /кгс.

Если принять, что приращение давления dp=pр, а изменение объема dV=V-V, то

где V и V объемы, а ρ и ρ плотности соответственно при давлениях p и р.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется объемным модулем упругости жидкости: Еж =1/βр. Единицы измерения Еж те же, что и давления: в системе МКГСС — кгс/м 2 , в системе СИ — Н/м 2 или Па (паскаль), часто применяется также кгс/см 2 . Значения Еж жидкостей зависят от температуры t и давления р.

Различают адиабатический и изотермический модули упругости. Первый несколько больше второго и проявляется при быстротечных процессах сжатия жидкости, например при гидравлическом ударе в трубах.

Изотермический модуля упругости воды в МПа.

При изменении давления и температуры в небольших пределах значение Еж можно считать величиной постоянной. Средние значения изотермического модуля упругости некоторых жидкостей приведены далее в таблице.

Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.

Самые читаемые статьи в этом разделе!

Рекомендуем почитать!

Комментарии к этой статье!!

Ася 2020-02-21

alexandr 2018-06-27

Заметка написана кратко и понятно. Спасибо Автору! Что же до просьбы «студента»: >, — то она невыполнима, поскольку вступает в противоречие со Специальной Теорией Относительности, согласно которой, сообщение телу некоторой дополнительной энергии ∆Е (допустим, энергии сжатия) влечёт за собой и одновременное увеличение массы этого тела на величину ∆m = ∆Е / c².

Алекс 2017-08-28

Спасибо за статью!

репЦензура 2017-08-27

энергия воды репЦензура

Игорь 2014-03-23

Может кто то имеет информацию по процессу истечения топлива в элементах топливной аппаратуры дизелей. Буду очень признателен. Уважением Игорь

Александр 2014-03-22

Килограмм пуха и килограмм железа имеют равную массу

Айнур 2014-03-17

Комментарий добавил(а): студент Дата: 2014-03-05 закон сохранения массы

студент 2014-03-05

препод. просит каким то образом доказать что масса жидкости до и после сжатия равна. помогитеееееее!

Леонид 2013-11-21

Спасибо, конкретный, достоверный и весьма полезный материал для физика. Различия значений изотермического и адиабатического модулей могут обусловливаться различиями значений определяющих параметров.

Элмир 2013-02-28

адиабатический модули упругости меньше изотермического. В статье ошибка

Николаю 2013-02-13

Для тебя возьми объем трубопровода и это будет объем жидкости. Приведенные величины дают эффект на сотые доли процента только при очень больших давлениях.

Николай 2012-02-20

Добрый день по какой формуле рассчитать объем жидкости необходимый для поднятия определенного давления в длинном металлическом трубопроводе при определенной температуре? заранее благодарен 🙂

РОМКА 2012-01-11

mirali 2011-06-25

esli mojno po podrobnee

Гость q 2011-06-07

Мне показалось, что: относительное изменение объема жидкости V0. как следует из определения dV0/ на что-то о чем не сказано. где dV0 — изменение объёма жидкости, —— Наверное, должно быть так: Сжимаемость жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия βр, который выражает отношение изменения объёма жидкости dV к её исходному объёму V0, по отношению к изменению давления dp создавшему изменение объёма жидкости dV. или так: Относительное изменение объёма жидкости приведённое к начальному объёму dV/V0, относительно изменения давления dp его создавшее. Думаю, для студентов, которые читают будет понятно. Есть ещё моменты: 1) Где то в середине статьи происходит переход от сжимаемости к модулю упругости, который оказывается уже зависит и от температуры, однако ранее в выкладках на эту зависимость не было указаний и её учёта при выводе формул. По моему, при учёте зависимости упругости и сжимаемости от температуры формулы существенно усложняются, д

Глеб Белов 2011-04-12

Я профессиональный инженер-гидравлик. Приведенная статья являются основоплагающей, соответственно никаго бреда тут нет — все по делу и правильно написано

К Ирине 2011-01-23

Прежде чем писать под статьей «бред», напиши как правильно. А иначе людей путаешь.

Ирина 2011-01-15

Коэффициент объемного сжатия

Гидравлика. Гидростатика

Основное назначение сборника – дать студентам материал, который позволит выработать навыки применения теоретических сведений к решению конкретных задач технического характера и тем самым освоить практику гидравлических расчётов.

Данный курс является основной теоретической дисциплиной для специальностей 2903, 2908, 2909, 1507, 1709.

Данный сборник содержит задачи по гидростатике и включает разделы: “Физические свойства жидкости”, “Гидростатическое давление” и “Относительный покой жидкости”.

Каждый раздел сборника содержит достаточно полные сведения из теории, касающейся материала данного раздела, методические указания и примеры решения некоторых типовых задач.

В четырёх приложениях даются материалы справочного характера, которые необходимы для решения задач.

Наличие в сборнике обширного и разнообразного материала позволяет составить индивидуальное задание для каждого студента.

После ознакомления с соответствующим теоретическим материалом и методическими указаниями по решению типовых задач, следует переходить к самостоятельному выполнению полученного задания.

Каждое задание состоит из нескольких задач, номера и варианты которых выдаются преподавателем. Задание выполняется на листах формата А4, необходимые чертежи выполняются с соблюдением выбранного масштаба.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ

Сведения из теории

Жидкостью называется физическое тело, обладающее двумя отличительными особенностями: незначительным изменением своего объема под действием больших внешних сил и текучестью, легкоподвижностью, т.е. изменением своей формы под действием даже незначительных внешних сил. Одной из основных механических характеристик жидкости является плотность.

Плотность.

Плотностью r (кг/м 3 ) называется масса единицы объема жидкости:

, (1.1)

где m – масса жидкого тела, кг; W – объем, м 3 .

Плотность жидкостей уменьшается с увеличением температуры. Исключение представляет вода в диапазоне температур от 0 до 4 0 С, когда ее плотность увеличивается, достигая наибольшего значения при температуре 4 0 С r = 1000 кг/м 3 .

Удельный вес

Удельным весом g (Н/м 3 ) жидкости называется вес единицы объема этой жидкости:

, (1.2)

где G – вес жидкого тела, Н; W – объем, м 3 .

Для воды при температуре 4 0 С g = 9810 Н/м 3 .

Между плотностью и удельным весом существует связь:

, (1.3)

где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с 2 .

Сопротивление жидкостей изменению своего объема под действием давления и температуры характеризуется коэффициентами объемного сжатия и температурного расширения.

Коэффициент объемного сжатия

Коэффициент объемного сжатия b w (Па -1 ) – это относительное изменение объема жидкости при изменении давления на единицу:

, (1.4)

где D W – изменение объема W; D r – изменение плотности r , соответствующие изменению давления на величину D p.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости жидкостей Eж (Па)

. (1.5)

Значение модуля упругости жидкостей зависит от давления и температуры. Если принять, что приращение давления , а изменение объема то:

; (1.6)

. (1.7)

1.1.4. Коэффициент температурного расширения

  1. Коэффициент температурного расширения b t ( 0 С) -1 , выражает относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на один градус:

, (1.8)

где D W – изменение объема W, соответствующее изменению температуры на величину D t.

Коэффициент температурного расширения воды увеличивается с возрастанием температуры и давления; для большинства других капельных жидкостей b t с увеличением давления уменьшается. Если принять, что приращение температуры D t = t – t, а изменение объема

; (1.9)

. (1.10)

Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. Вязкость проявляется только при движении жидкости и сказывается на распределении скоростей по живому сечению потока (рис. 1.1).

Читать еще:  Какое масло нужно залить в коробку передач

Согласно гипотезе Ньютона сила внутреннего трения F в жидкостях пропорциональна градиенту изменения скорости , площади соприкосновенияслоев S, зависит от рода жидкости и очень незначительно зависит от давления.

, (1.11)

где S – площадь соприкасающихся слоев, м 2 ; du – скорость смещения слоя «b» относительно слоя «a«, м/с; dy – расстояние, на котором скорость движения слоев изменилась на du, м; градиент скорости, изменение скорости по нормали к направлению движения (с -1 ); m – коэффициент динамической вязкости (Па · с).

Если силу трения F отнести к единице площади соприкасающихся слоев, то получим величину касательного напряжения t , и тогда (1.11) примет вид:

. (1.12)

Из (1.12) следует, что коэффициент динамической вязкости может быть определен как:

. (1.13)

Из (1.13) нетрудно установить физический смысл коэффициента динамической вязкости. При градиенте скорости = 1; m = t и выражает силу внутреннего трения, приходящуюся на единицу площади поверхности соприкасающихся слоев жидкости.

В практике, для характеристики вязкости жидкости, чаще применяют не коэффициент динамической вязкости, а коэффициент кинематической вязкости n (м 2 /с). Коэффициентом кинематической вязкости называется отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости:

. (1.14)

Вязкость жидкости зависит от рода жидкости, от температуры и от давления.

Зависимость вязкости минеральных масел, применяемых в гидросистемах, от давления p при возрастании его до 50 МПа, можно определять с помощью приближенной эмпирической формулы:

, (1.15)

где n p и n – кинематическая вязкость соответственно при давлении p и 0,1 МПа; K – опытный коэффициент, зависящий от марки масла: для легких масел (n 50 -6 м 2 /с) К = 0,02, для тяжелых масел (n 50 > 15 10 -6 м 2 /с) К = 0,03. При незначительных давлениях изменением вязкости пренебрегают. С повышением температуры вязкость жидкости уменьшается. Зависимость коэффициента кинематической вязкости от температуры определяется по эмпирической формуле:

. (1.16)

Для смазочных масел, применяемых в машинах и гидросистемах, рекомендуется следующая зависимость:

, (1.17)

где n t – кинематическая вязкость при температуре t; n 50 кинематическая вязкость при температуре 50 С; n – показатель степени, зависящий от n 50, определяемый по формуле:

. (1.18)

Вязкость жидкости определяют при помощи вискозиметра Энглера и выражают в градусах Энглера ( 0 Е). Градус Энглера ( 0 Е) есть отношение времени истечения испытуемой жидкости ко времени истечения дистиллированной воды. Для перехода от вязкости в градусах Энглера к коэффициенту кинематической вязкости n применяется формула Убеллоде:

. (1.19)

Вязкость также определяют капиллярным вискозиметром Оствальда. Коэффициент кинематической вязкости в этом случае определяют по формуле:

, (1.20)

где с – постоянная прибора; Tж – время истечения жидкости, с.

Основные физические свойства жидкости и газа;

Жидкостью называется физическое тело, обладающее большой подвижностью своих частиц и принимающих форму сосуда или части сосуда, в котором она находится.

Жидкости делятся на:

· слабо сжимаемые (капельные жидкости) – вода, нефть, керосин и другие;

· сжимаемые (газообразные жидкости) – воздух, кислород, метан.

С точки зрения физики, слабо сжимаемые жидкости это жидкости, а сжимаемые жидкости это газы. С точки зрения гидромеханики различие между ними заключается в разной зависимости плотности этих жидкостей от давления. Жидкости характеризуются следующими свойствами.

Плотностью жидкости ρ — называется отношение массы жидкости M к её объёму V

Плотность жидкости в системе Си имеет размерность кг/м 3 .

Плотность воды при атмосферном давлении и температуре 4°С равна ρв = 1000 кг/м 3 .

Объёмным весом жидкости γ — называется отношение веса G жидкости к её объёму V

Объёмный вес жидкости в системе Си имеет размерность н/м 3 .

Объёмный вес и плотность связаны между собой соотношением

С введением системы СИ объемный вес γ использовать в расчетных формулах запрещено. Но в старых учебниках и справочниках встречается понятия объемного веса, поэтому в этом случае необходимо перейти к плотности, используя соотношение (2.3).

Коэффициентом объёмного сжатия жидкости βp – называется относительное изменение объема жидкости, при изменении давления на единицу

где dV/V — – относительное изменение объёма жидкости;

dp — – изменение давления.

Коэффициент объёмного сжатия жидкости характеризует способность жидкости изменять объём, а соответственно и плотность, при изменении давления и в системе СИ имеет размерность Па -1 . Знак «минус» в формуле (2.2) выбран для того, чтобы коэффициент объёмного сжатия жидкости был положительным.

Модулем упругости жидкости Еж называется величина обратная коэффициенту объёмного сжатия жидкости:

Коэффициент объёмного сжатия и модуль упругости для воды соответственно равны βp = 5 10 -10 Па -1 и Еж = 2 10 9 Па.

В водопроводных сетях давление составляет (0,3¸0,5) МПа. Поэтому даже при изменении давления равного Dp = 1 МПа относительное изменение объёма и плотности составит , поэтому в этом случае можно считать плотность капельной жидкости постоянной ρ = ρ =const.

При больших давлениях изменение объёма жидкости и плотности с давлением можно найти, интегрируя уравнение (2.2)

где V и ρ – объём и плотность жидкости при давлении p.

Коэффициентом температурного расширения жидкости βt – называется относительное изменение объема жидкости, при изменении температуры на единицу

где dV/V — – относительное изменение объёма жидкости;

dt — – изменение температуры.

Коэффициент температурного расширения жидкости характеризует способность жидкости изменять объём, а соответственно и плотность, при изменении температуры и в системе СИ имеет размерность 1/град.

Сжимаемые жидкости (газы) при малых изменениях давления и температуры также можно характеризовать коэффициентами объёмного сжатия и температурного расширения. Но при больших изменениях давлений и температур эти коэффициенты меняются в больших пределах, поэтому зависимость плотности идеального газа с давлением и температурой находятся на основе уравнения состояния Клайперона — Менделеева:

где p – абсолютное давление, Па;

V – объём, который занимает газ, м 3 ;

M – масса газа, кг;

Mm — молекулярная масса газа, кг/кмоль;

R = 8,314 Дж/моль·- универсальная газовая постоянная не зависит от состава газа;

T= 273,14 + t – абсолютная температура, K.

Разделим последнее уравнение на объём получим

где R’ = R/Mm – газовая постоянная зависит от состава газа.

Газовая постоянная для воздуха и метана соответственно равны , R΄воздуха = 287 Дж/кг K˚; R΄метан = 520 Дж/кг K˚.

Последнее уравнение иногда записывают в виде

Из последнего уравнения видно, что плотность газа зависит от давления и температуры, поэтому если вам известна плотность газа, то необходимо указывать давление, температуру и состав газа, что неудобно. Поэтому вводятся понятия нормальных и стандартных физических условий.

Нормальные условия соответствуют температуре t = 0°С и давлению pат = 0,1013°МПа. Плотность воздуха при нормальных условиях равна ρв.н.ус = 1,29 кг/м 3 .

Стандартные условия соответствуют температуре t = 20°С и давлению pат = 0,1013°МПа. Плотность воздуха при стандартных условиях равна ρв.ст.ус = 1,22 кг/м 3 .

Поэтому по известной плотности при данных условиях, можно рассчитать плотность газа при других значениях давления и температуры

Уравнение процесса. При движении газов происходит обмен теплом с окружающей средой, поэтому по разному меняется и плотность газа и давление и температура.

Изотермический процесс это процесс, при котором теплообмен с окружающей средой происходит мгновенно. Уравнение изотермического процесса записывается в виде:

где p1 – давление в начале процесса,

p2 – давление в конце процесса,

p – характерное давление, например при нормальных условиях.

Политропический процесс это процесс, при котором теплообмен с окружающей средой происходит, но затруднен. Уравнение политропический процесс записывается в виде:

Читать еще:  Виды технического обслуживания автомобилей

где n – показатель политропы.

Адиабатический процесс это процесс, при котором теплообмен с окружающей средой не происходит. Уравнение адиабатического процессапроцесс записывается в виде:

где k = cp/cv — показатель адиабаты;

cp – теплоёмкость газа при постоянном давлении;

cv – теплоёмкость газа при постоянном объёме.

Показатель адиабаты для воздуха kвозд. = 1,41, для метана kметан = 1,31.

Сжимаемость жидкостей

Сжимаемость — свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия βр, который выражает относительное изменение объема жидкости V, отнесенное к единице давления p и определяется по формуле

Знак минус в формуле обусловлен тем, что положительному прира­щению давления соответствует отрицательное приращение (уменьшение) объема. Единицы измерения βр в системе МКГСС — м 2 /кгс, в системе СИ — 1/Па. Часто βр выражается в см 2 /кгс.

Если принять, что приращение давления dp=pр, а изменение объема dV=V-V, то

где V и V объемы, а ρ и ρ плотности соответственно при давлениях p и р.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется объемным модулем упругости жидкости: Еж =1/βр. Единицы измерения Еж те же, что и давления: в системе МКГСС — кгс/м 2 , в системе СИ — Н/м 2 или Па (паскаль), часто применяется также кгс/см 2 . Значения Еж жидкостей зависят от температуры t и давления р.

Различают адиабатический и изотермический модули упругости. Первый несколько больше второго и проявляется при быстротечных процессах сжатия жидкости, например при гидравлическом ударе в трубах.

Изотермический модуля упругости воды в МПа.

При изменении давления и температуры в небольших пределах значение Еж можно считать величиной постоянной. Средние значения изотермического модуля упругости некоторых жидкостей приведены далее в таблице.

Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.

Самые читаемые статьи в этом разделе!

Рекомендуем почитать!

Комментарии к этой статье!!

Ася 2020-02-21

alexandr 2018-06-27

Заметка написана кратко и понятно. Спасибо Автору! Что же до просьбы «студента»: >, — то она невыполнима, поскольку вступает в противоречие со Специальной Теорией Относительности, согласно которой, сообщение телу некоторой дополнительной энергии ∆Е (допустим, энергии сжатия) влечёт за собой и одновременное увеличение массы этого тела на величину ∆m = ∆Е / c².

Алекс 2017-08-28

Спасибо за статью!

репЦензура 2017-08-27

энергия воды репЦензура

Игорь 2014-03-23

Может кто то имеет информацию по процессу истечения топлива в элементах топливной аппаратуры дизелей. Буду очень признателен. Уважением Игорь

Александр 2014-03-22

Килограмм пуха и килограмм железа имеют равную массу

Айнур 2014-03-17

Комментарий добавил(а): студент Дата: 2014-03-05 закон сохранения массы

студент 2014-03-05

препод. просит каким то образом доказать что масса жидкости до и после сжатия равна. помогитеееееее!

Леонид 2013-11-21

Спасибо, конкретный, достоверный и весьма полезный материал для физика. Различия значений изотермического и адиабатического модулей могут обусловливаться различиями значений определяющих параметров.

Элмир 2013-02-28

адиабатический модули упругости меньше изотермического. В статье ошибка

Николаю 2013-02-13

Для тебя возьми объем трубопровода и это будет объем жидкости. Приведенные величины дают эффект на сотые доли процента только при очень больших давлениях.

Николай 2012-02-20

Добрый день по какой формуле рассчитать объем жидкости необходимый для поднятия определенного давления в длинном металлическом трубопроводе при определенной температуре? заранее благодарен 🙂

РОМКА 2012-01-11

mirali 2011-06-25

esli mojno po podrobnee

Гость q 2011-06-07

Мне показалось, что: относительное изменение объема жидкости V0. как следует из определения dV0/ на что-то о чем не сказано. где dV0 — изменение объёма жидкости, —— Наверное, должно быть так: Сжимаемость жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия βр, который выражает отношение изменения объёма жидкости dV к её исходному объёму V0, по отношению к изменению давления dp создавшему изменение объёма жидкости dV. или так: Относительное изменение объёма жидкости приведённое к начальному объёму dV/V0, относительно изменения давления dp его создавшее. Думаю, для студентов, которые читают будет понятно. Есть ещё моменты: 1) Где то в середине статьи происходит переход от сжимаемости к модулю упругости, который оказывается уже зависит и от температуры, однако ранее в выкладках на эту зависимость не было указаний и её учёта при выводе формул. По моему, при учёте зависимости упругости и сжимаемости от температуры формулы существенно усложняются, д

Глеб Белов 2011-04-12

Я профессиональный инженер-гидравлик. Приведенная статья являются основоплагающей, соответственно никаго бреда тут нет — все по делу и правильно написано

К Ирине 2011-01-23

Прежде чем писать под статьей «бред», напиши как правильно. А иначе людей путаешь.

Ирина 2011-01-15

Плотность Коэффициент объемного сжатия

Жидкости. В природе различают четыре вида состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Основное отличие жидкостей от твердых тел заключается в их текучести, т.е. способности легко принимать форму сосуда, в который жидкость поместили, при этом объем жидкости не изменяется. Газ тоже обладает текучестью, но при этом занимает любой предоставленный ему объем. В сосудах жидкость образует свободную поверхность, а газ аналогичной поверхностью не обладает. Однако с точки зрения механики и жидкость, и газ подчиняются одним и тем же закономерностям в случае, если сжимаемостью газа можно пренебречь. Поэтому в гидравлике под термином «жидкость» понимаются и собственно жидкости (которые часто называют капельными жидкостями), и газы (газообразные жидкости).

Основные свойства жидкости (при рассмотрении задач механики жидкости) — это плотность, способность изменять свой объем при нагревании (охлаждении) и изменениях давления, вязкость жидкости. Рассмотрим каждое из свойств жидкости подробнее.

Плотность жидкости. Плотностью жидкости ρ называется ее масса, заключенная в единице объема:

где m — масса жидкости; W — объем жидкости.

Единица измерения плотности — кг/м 3 .

Так как вода является наиболее распространенной в природе жидкостью, в качестве примера количественного значения параметра, определяющего то или иное свойство жидкости, будем приводить значение рассматриваемого параметра для воды.

Плотность воды при 4 °С ρв = 1000 кг/м 3 . Плотность жидкости уменьшается при увеличении температуры. Однако для воды эта закономерность справедлива только с 4 °С, в чем проявляется одно из аномальных свойств воды.

Удельный вес. Удельный вес γ — это вес жидкости, приходящийся на единицу объема:

где G — вес жидкости в объеме W.

Единица измерения удельного веса — Н/м 3 .

Удельный вес воды при температуре 4 °С γв= 9810 Н/м 3 .

Плотность и удельный вес связаны между собой соотношением

где g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с 2 ).

Температурное расширение. Это свойство жидкости характеризуется изменением объема при изменении температуры, которое определяется температурным коэффициентом объемного расширения жидкости βt:

где W — начальный объем жидкости; ΔW — Изменение объема после уменьшения или увеличения температуры; Δt — изменение температуры.

Единица измерения βt; — град -1 ,

для воды,при t=20 °С βt = 0,00015 [1/°С].

Сжимаемость. Это свойство жидкости менять свой объем при изменении давления, которое характеризуется коэффициентом объемного сжатия βp :

где W — начальный объем жидкости; ΔW — изменение объема после изменения давления; ΔP — изменение давления.

Единица измерения βp — Па -1 Коэффициент объемного сжатия капельных жидкостей мало меняется в зависимости от давления и температуры.

Для воды βp = 5×10 -10 Па -1

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости жидкости Е и определяется по формуле:

Читать еще:  Биография карла бенца Карл Бенц биография и интересные факты

для воды E=2×10 9 Па.

Вязкость жидкости — свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу. Это свойство проявляется только при движении жидкостей. Вязкость характеризует степень текучести жидкости. Наряду с легко подвижными жидкостями (вода, спирт, воздух и др.) существуют очень вязкие жидкости (глицерин, машинные масла и др.).

Вязкость жидкости характеризуется динамической вязкостью μ.

И. Ньютон выдвинул гипотезу о силе трения F, возникающей между двумя слоями жидкости на поверхности их раздела площадью ω, согласно которой сила внутреннего трения в жидкости не зависит от давления, прямо пропорциональна площади соприкосновения слоев ω и быстроте изменения скорости в направлении, перпендикулярном направлению движения слоев, и зависит от рода жидкости.

Пусть жидкость течет по плоскому дну параллельными ему слоями

Вследствие тормозящего влияния дна слои жидкости будут двигаться с разными скоростями. Скорости слоев Показаны стрелками. Рассмотрим два слоя жидкости, середины которых расположены на расстоянии Δу друг от друга. Слой А движется со скоростью u, а слой В со скоростью u + Δu.

На площадке ω вследствие вязкости возникает сила сопротивления F. Согласно гипотезе Ньютона эта сила

коэффициент пропорциональности μ, в этой формуле и является динамической вязкостью, отношение Δu/Δy называется градиентом скорости.

Таким образом, динамическая вязкость является силой трения, приходящейся на единицу площади соприкосновения слоев жидкости при градиенте скорости, равном единице.

Размерность μ — Па • с.

Гипотеза И. Ньютона, представленная в формуле, экспериментально подтверждена и математически оформлена в дифференциальном виде

основоположником гидравлической теории смазки Н.П. Петровым и в настоящее время носит название закона внутреннего трения Ньютона.

В гидравлических расчетах часто удобнее пользоваться другой величиной, характеризующей вязкость жидкости, — ν:

Эта величина называется кинематической вязкостью. Размерность v — м 2 /с

Название «кинематическая вязкость» не несет особого физического смысла, так как название было предложено потому, что размерность v похожа на размерность скорости.

Вязкость жидкости зависит как от температуры, так и от давления. Кинематическая вязкость капельных жидкостей уменьшается с увеличением температуры, а вот вязкость газов, наоборот, возрастает с увеличением температуры. Кинематическая вязкость жидкостей при давлениях, встречающихся в большинстве случаев на практике, мало зависит от давления, а вязкость газов с возрастанием давления уменьшается.

Вязкость жидкости измеряют с помощью вискозиметров различных конструкций.

Жидкости, для которых справедлив закон внутреннего тяготения Ньютона, называют ньютоновскими. Существуют жидкости, которые не подчиняются закономерности формулам, к ним относятся растворы полимеров, гидросмеси из цемента, глины, мела и др. Такие жидкости относятся к неньютоновским.

Я кстати уже нашел формулы которые нужны сантехникам и инженерам, опишу их в других статьях. Пишите коментарии, я обязательно отвечу на ваши вопросы и постараюсь подкорректировать статьи под вашы нужды.

Плотность Коэффициент объемного сжатия

Сжимаемость нефти

Нефть, как и все жидкости, обладает упругостью, т.е. способностью изменять свой объём под действием внешнего давления. Уменьшение объёма характеризуется коэффициентом сжимаемости () или объёмной упругости:

Коэффициент сжимаемости зависит от температуры (рис. 4.8), давления (рис. 4.9), состава нефти и газового фактора.

Нефти, не содержащие растворённого газа, обладают сравнительно низким коэффициентом сжимаемости ( ? 0,4-0,7 ГПа-1), а лёгкие нефти со значительным содержанием растворённого газа — повышенным коэффициентом сжимаемости (до 14 ГПа-1). Следовательно, с увеличением плотности нефти коэффициент сжимаемости уменьшается, а с увеличением количества растворенного углеводородного газа коэффициент сжимаемости нефти возрастает. Высокие коэффициенты сжимаемости свойственны нефтям, которые находятся в пластовых условиях, близких к критическим. Возрастание пластовой температуры вызывает увеличение коэффициентом сжимаемости.

Объёмный коэффициент нефти

С количеством растворённого газа в нефти также связан объёмный коэффициент b, характеризующий соотношение объёмов нефти в пластовых условиях и после отделения газа на поверхности при дегазации:

где Vпл — объём нефти в пластовых условиях;

Vдег — объём нефти при стандартных условиях после дегазации.

Увеличение пластового давления до давления насыщения приводит к увеличению количества растворенного в нефти газа и как следствие к увеличению величины объёмного коэффициента (рис. 4.10).

Рис. 4.10 Изменение объемного коэффициента нефти при изменении пластового давления

Дальнейшее увеличение пластового давления, выше давления насыщения будет влиять на уменьшение объёма нефти в пластовых условиях за счет ее сжимаемости, что приводит к уменьшению коэффициента сжимаемости. Точка б (рис. 4.10) отвечает состоянию, когда весь газ, находящийся в залежи сконденсировался и перешел в жидкое состояние и началу выделения газа из нефти и отвечает максимальному значению объёмного коэффициента нефти.

Объёмный коэффициент определяется по глубинным пробам. Для большинства месторождений величина b изменяется в диапазоне 1,07-1,3. Для месторождений Западной Сибири величина b колеблется от 1,1 до 1,2.

Используя объёмный коэффициент, можно определить усадку нефти (U), т.е. уменьшение объёма пластовой нефти при извлечении её на поверхность (в %):

Усадка некоторых нефтей достигает 45-50 %.

Рассмотрим пример. Найти коэффициент изменения объёма насыщенной нефти газом в пластовых условиях, если плотность нефти (сн) при 15°С равна 850 кг/м 3, а относительная плотность газа по воздуху (сог) составляет 0,9 кг/л, газовый фактор (Го) равен 120 м3/т, давление пластовое (Рпл) 150 атм, пластовая температура (Тпл) 50 °С.

Решение. Пользуясь зависимостями рисунка 4.11, находим кажущуюся плотность газа (?г.к.) для величин относительной плотности газа (сог) равной 0,9 и плотности нефти (?н) равной 850 кг/м3. Кажущая плотность растворенного газа (?г.к) = 440 кг/м3 (0,44 кг/л).

Вес газа (Gг), растворенного в 1 м3 нефти оценивается по уравнению:

Gг = Го * н * ог * Gв,

где Го — газовый фактор, м3/т = 120 м3/т;

н — плотность нефти, кг/м3 = 0,85 т/м3,

ог — плотность газа относительная = 0,9,

Gв — вес 1 м3 воздуха при Р = 1 атм и Т = 15°С = 1,22 кг.

Вес газа составляет: Gг = 120 * 0,85 * 0,9 * 1,22 = 112 кг ([м3/т] * т/м3]*[кг]).

Рис. 4.11. Изменение кажущейся плотности газа в жидкой фазе для нефтей с различными плотностями

Объём газа в жидкой фазе оценивается:

V = Gг/г.к = 112 кг / 440 кг/м3 = 0,254 м3

Общий объём насыщенной нефти газом при атмосферном давлении соответственно равен:

Vнг = 1 + 0,254 = 1,254 м3

Вес насыщенной нефти газом определяется:

Gнг = 850 кг + 112 кг = 962 кг

Плотность насыщенной нефти газом рассчитывается по уравнению:

нг = Gнг/Vнг = 962/1,254 = 767 (кг/м3).

Для оценки величины плотности нефти в пластовых условиях необходимо учесть еще две поправки: на изменение плотности за счет сжатия под давлением и на изменение плотности за счет расширения под влиянием температуры.

Поправку на сжимаемость нефти находим используя зависимости рисунка 3.12, для 150 атм р составляет 22 кг/м3.

Рис. 4.12. Изменение плотности нефти в зависимости от пластового давления

Поправку на расширение нефти за счет увеличения температуры (??t) находим, используя зависимости рисунка 4.13 (цифры на зависимостях обозначают плотность нефти в кг/ м3 при 15,5оС):

t = 860-850 = 10 кг/м3.

Таким образом, плотность нефти с учетом пластовых Р и T и насыщения ее газом составит:

‘нг = нг + нг + t = 767 + 10 — 22 = 755 (кг/м3).

Коэффициент изменения объёма нефти, насыщенной газом для пластовых условий будет равен:

b = Vпл/Vдег, b = дег/п = 850/755 = 1,126.

Рис. 4. 13. Изменение плотности нефтей в зависимости от температуры

То есть, каждый м3 нефти (н.у.) занимает в пластовых условиях объём 1,126 м3. Усадка нефти составляет:

Источники:

http://www.techgidravlika.ru/view_post.php?id=17
http://helpiks.org/6-10627.html
http://studopedia.su/9_66357_osnovnie-fizicheskie-svoystva-zhidkosti-i-gaza.html
http://www.techgidravlika.ru/view_post.php?id=17
http://infobos.ru/str/403.html
http://studbooks.net/2288002/matematika_himiya_fizika/szhimaemost_nefti

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector