Spis treści
- Właściwości fizyczne płynu
- Dokładna waga
- Gęstość
- Jaki jest wymóg podawania wartości gęstości benzyny i oleju napędowego?
- Co się stanie, jeśli zmieni się gęstość benzyny lub oleju napędowego?
- Środek ciężkości
- Określona objętość
- Ściśliwość i Moduł objętościowy
- Lepkość
- Prawo lepkości Newtona
- Lepkość kinematyczna
- Wpływ temperatury na lepkość
- Pytania i Odpowiedzi
- Wielokrotny wybór pytania
Właściwości fizyczne płynów
Właściwości mogą opisywać stan fizyczny dowolnego płynu. Przed przystąpieniem do analizy problemu przepływu płynu istotne jest zrozumienie różnych właściwości płynu. Właściwości można zdefiniować jako charakterystykę fizyczną, która wskazuje na jej stan
Właściwości płynu można ogólnie podzielić na dwie części
Właściwość intensywna: jest to właściwość, której wielkość nie zależy od masy. Na przykład ciśnienie, temperatura, gęstość masy itp.
Rozległa właściwość: jest to właściwość, której wielkość zależy od masy. Na przykład objętość masy, masa itp.
Dokładna waga
Ciężar właściwy definiuje się jako wagę na jednostkę objętości
W = w / v
Tutaj w jest wagą płynu,
V to objętość płynu.
Jak wiemy, waga ciała to siła ciała do środka ziemi.
Wyraża się jako pomnożenie masy ciała i przyspieszenia grawitacyjnego. Wartość g jest mierzona na poziomie morza 9.8 m / s2
Waga jest siłą, więc jednostką masy jest niuton (N). Jednostką objętości jest m3
Stąd jednostką ciężaru właściwego jest N / m3
Ciężar właściwy wody wynosi 9810 N / m3 przy standardowym ciśnieniu 760 mm słupa rtęci i temperaturze 4 ° C.
Ciężar właściwy wody morskiej wynosi 10000-10105 N / m3.
Wyższa wartość ciężaru właściwego w wodzie morskiej wynika z rozpuszczonej soli i cząstek stałych. Ciężar właściwy rtęci jest 13 razy większy niż wody. Powietrze ma ciężar właściwy około 11.9 N / m3 (w temperaturze 15 ° C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym).
Ponieważ ciężar właściwy zależy od przyspieszenia grawitacyjnego, jego wartość zmienia się wraz z grawitacją.
Gęstość
Gęstość, symbol gęstości, to rho (?). Standardową definicją gęstości jest masa na jednostkę objętości.
Innymi słowy, możemy powiedzieć, że jest to kwestia (ilość) magazynowania płynu w danej objętości.
ρ = m / V
Tutaj m to masa płynu, V oznacza objętość płynu,
Wiemy, że jednostką masy jest kg, a jednostką objętości m3
Tak więc jednostka gęstości jest przyjmowana w kg / m3
Gęstość wody 15.5 ° C wynosi 1000 kg / m3
Gęstość powietrza wynosi 1.24 kg / m3 w standardowej temperaturze 20 ° C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym.
Mam do ciebie jedno praktyczne pytanie. Często odwiedzasz dystrybutora paliwa w swoim rowerze lub samochodzie. Zauważyłeś, że na wyświetlaczu wskazywana jest gęstość benzyny lub oleju napędowego. Teraz dokładnie zrozum moje pytanie,
Jaki jest wymóg podawania wartości gęstości benzyny i oleju napędowego? Co się stanie, jeśli zmieni się gęstość benzyny lub oleju napędowego?
Pomyśl o tym jako inżynier i znajdź odpowiedź.
Środek ciężkości
Ciężar właściwy jest dobrze zdefiniowany jako stosunek gęstości masy lub ciężaru właściwego płynu do gęstości masy lub ciężaru właściwego standardowego płynu.
Tutaj standardowym płynem (sf) dla cieczy jest woda o temperaturze 4 ° C, a standardowym płynem dla gazów jest powietrze o temperaturze 0 ° C.
Jak widać, ciężar właściwy jest stosunkiem tej samej właściwości, więc ciężar właściwy jest bez jednostek.
Nie ma wymiaru ciężaru właściwego.
Ciężar właściwy rtęci (Hg) jest zwykle 13.6 razy wyższy niż wody. Oznacza to, że Merkury jest 13.6 razy cięższy od wody.
Określona objętość
Objętość właściwa jest odwrotnością gęstości masy
Można go zdefiniować jako stosunek objętości do masy
v = V / m
Praktycznie określona objętość jest bardziej użytecznym badaniem płynu nieściśliwego.
Jednostką objętości właściwej jest m3/ kg.
Ściśliwość i moduł nasypowy
Badanie mechaniki płynów obejmuje płyny ściśliwe i nieściśliwe.
Płyn ściśliwy oznacza, że po przyłożeniu ciśnienia ulegnie skurczowi, a po usunięciu ciśnienia ulegnie rozszerzeniu.
Ściśliwość jest podstawową właściwością płynu. Jest to zdolność płynu do zmiany objętości pod ciśnieniem. Równanie współczynnika ściśliwości jest podane jako,
Tutaj dp zmiana zastosowanego ciśnienia i dV to zmiana głośności.
W tym przypadku znak -ve oznacza wzrost ciśnienia i zmniejszenie objętości Współczynnik ściśliwości jest oznaczony symbolem Βc.
Ogólnie rzecz biorąc, w tym pomiarze ściśliwość płynu jest reprezentowana przez jego moduł sprężystości w masie, a moduł sprężystości w masie przyjmuje się jako odwrotność współczynnika ściśliwości.
Lepkość
Lepkość można zdefiniować jako właściwość płynu, przez który stawia opór przepływowi.
Praktycznie, jeśli weźmiemy przykład, płyn przepływa przez każdą stałą powierzchnię lub powierzchnię strugarki. Prędkość płynu jest uważana za nieistotną (zero) na granicy powierzchni ciała stałego, a prędkość rośnie daleko od granicy powierzchni ciała stałego. Płynne warstwy zapewniają sobie wzajemny opór. Jest to jeden rodzaj tarcia między warstwami płynu.
Załóżmy, że obserwujemy profil prędkości w warstwach płynu. Prędkość jest mniejsza w pobliżu powierzchni ciała stałego. Prędkość jest większa w warstwie zewnętrznej, daleko od granicy powierzchni ciała stałego. Dzieje się tak z powodu wewnętrznego oporu i jest znany jako opór lepkości. Cały prawdziwy płyn ma lepkość. Jak wiemy, ten idealny płyn nie ma lepkości. Niektóre przykłady cieczy o dużej lepkości to gliceryna, smoła i melasa itp.
Płyny o niższej lepkości to powietrze, woda, benzyna itp.
Prawo lepkości Newtona
Rozważmy dwie sąsiednie warstwy w odległości dy,
Prędkość warstwy 1 to u,
Prędkość w warstwie 2 wynosi u + du,
Warstwa wierzchnia płynie z prędkością u + du. Warstwa wierzchnia zapewnia opór warstwie dolnej z siłą F. Warstwa dolna zapewnia również opór warstwie górnej z równą siłą przeciwną F. Te dwie przeciwstawne siły generują odporność na ścinanie.
Jest oznaczony τ odporność na ścinanie. Jest proporcjonalna do gradientu prędkości.
Jeśli usuniemy granicę proporcjonalności, czy będziemy musieli podać jedną stałą?
Tutaj stała proporcjonalności lub współczynnika proporcjonalności jest μ
Jest uznawany za współczynnik lepkości. Wartość współczynnika lepkości zależy od rodzaju i chropowatości powierzchni.
To równanie jest powszechnie znane jako prawo lepkości Newtona.
Istnieje pewna obserwacja oparta na tym prawie. Obserwacje te są przydatne do badania lepkości i rozkładu prędkości.
Naprężenie ścinające to maksymalny gradient prędkości jest wysoki.
Gdy gradient prędkości wynosi zero, naprężenie ścinające również wynosi zero.
Wartość naprężenia ścinającego jest maksymalna na granicy i jednocześnie będzie się zmniejszać od granicy.
Jednostkę lepkości można sformułować na podstawie prawa lepkości Newtona.
Tutaj N / m2 powstaje jako Pascal (Pa). Czasami współczynnik lepkości dynamicznej jest równy (P).
1 równowaga = 0.1 Pa * s
Dynamiczna lepkość wody wynosi 1 centypuaz (cP) = 10-3 N s / m2
Dynamiczna lepkość powietrza wynosi 0.0181 centypuazów = 0.0181 * 10-3 N s / m2
Woda jest 55 razy gęstsza od powietrza.
Podana wartość dotyczy standardowej temperatury 20 ° C i ciśnienia atmosferycznego.
Lepkość kinematyczna
Lepkość kinematyczna jest dobrze zdefiniowana jako stosunek lepkości dynamicznej do gęstości.
Jednostka lepkości kinematyki jest sformułowana jako:
v = μ / ρ
Jak wiemy, ta metryka nie obejmuje żadnej siły ani energii, więc jednostka lepkości kinematycznej tylko długości i czasu.
Ta jednostka jest powszechnie znana jako stokes.
Lepkość kinematyczna wody wynosi 10 do minus 6 metrów kwadratowych na sekundę
Lepkość kinematyczna powietrza wynosi 15
Wartość dotyczy standardowej temperatury 20 ° C i ciśnienia atmosferycznego.
Lepkość kinematyczna powietrza jest 15 razy większa niż wody.
Wpływ temperatury na lepkość
Wpływ temp. wartość lepkości jest różna w cieczy i gazie.
Jeśli weźmiemy pod uwagę płyn jest cieczą, wartość lepkości dynamicznej maleje wraz ze wzrostem temperatury
Załóżmy, że płynem jest gaz; wartość lepkości rośnie wraz ze wzrostem temperatury.
Zobaczmy, dlaczego
W cieczy cząsteczki są bliżej niż w przypadku gazów.
Lepkość działa głównie ze względu na spójność molekularną. Spójność molekularna maleje wraz ze wzrostem temperatury.
Opracowano relację empiryczną w celu wyjaśnienia zmian lepkości w zależności od temperatury.
Dla cieczy:
Tutaj μ jest lepkością w żądanej temperaturze t ° C.
μ0 to lepkość w temperaturze 0 ° C
A, B są stałymi, a ich wartość zależy od zastosowanej cieczy.
Do wody μ0= 0.0179 puaz, A = 0.03368, B = 0.000221
Dla gazów:
Tutaj μt jest lepkością w żądanej temperaturze t ° C.
μ0 to lepkość w temperaturze 0 ° C
α, β są stałymi, a ich wartość zależy od używanego gazu
Do powietrza. μ0= 1.7 * 10-5 Ns / m2, α = 0.56 * 10-7, β = 0.1189 * 10-9
Pytania i Odpowiedzi
Co to jest nieruchomość intensywna?
Jest to właściwość płynu, którego wielkość nie zależy od masy ani materii.
Jaka jest waga ciała? Czy jest to jeden rodzaj siły?
Tak, waga to siła. Ciężar ciała to siła, z jaką ciało przenosi się na środek ziemi.
Dlaczego ciężar właściwy nie ma jednostek?
Ciężar właściwy to stosunek gęstości płynu do gęstości płynu wzorcowego. Oznacza to stosunek podobnych typów. Nie ma więc jednostki ciężaru właściwego.
Który rodzaj badania wymaga użycia określonej objętości?
Badanie ściśliwego płynu wymaga zastosowania określonej właściwości objętości.
Co to jest ściśliwość?
Ściśliwość jest ważną właściwością płynu. Jest to zdolność płynu do zmiany objętości pod ciśnieniem.
Jakie jest znaczenie znaku ujemnego w równaniu ściśliwości?
Znak ujemny wskazuje, że wzrost ciśnienia powoduje zmniejszenie objętości.
Zbierz obserwację opartą na prawie lepkości Newtona.
Naprężenie ścinające to maksymalny gradient prędkości jest wysoki
Gdy gradient prędkości wynosi zero, naprężenie ścinające to też zero
Wartość naprężenia ścinającego jest maksymalna na granicy i jednocześnie będzie się zmniejszać od granicy.
Zdefiniuj lepkość kinematyczną. Dlaczego jednostka zawiera tylko wymiary długości i czasu?
Lepkość kinematyki jest reprezentowana jako stosunek lepkości dynamicznej do gęstości. Wiemy, że kinematyka nie wiąże się z żadną siłą ani energią, a więc jednostką lepkości kinematycznej jest tylko długość i czas.
Jaki jest wpływ temp. na płynie gazowym?
Jeśli płyn jest gazowy, wartość lepkości rośnie wraz ze wzrostem temperatury.
Podaj przykłady bardzo lepkiego płynu.
Przykładami cieczy o dużej lepkości są gliceryna, smoła i melasa itp.
Jakie są wartości stałych w korelacji „wpływu temperatury na lepkość gazów?
μ0 to lepkość w temperaturze 0 ° C
α, β są stałymi, a ich wartość zależy od używanego gazu
Do powietrza. μ0= 1.7 * 10-5 Ns / m2, α = 0.56 * 10-7, β = 0.1189 * 10-9
Pytania wielokrotnego wyboru
Która z poniższych właściwości jest obszerną własnością?
a) Ciśnienie b) Gęstość c) objętość d) Temperatura
Podaj jednostkę ciężaru właściwego.
a) N / m b) N / m2 c) N / m3 d) m / N
Jaka jest wartość ciężaru właściwego wody morskiej (w warunkach standardowych)?
a) 10000-10105 N / m3 b) 20000-20105 N / m3 c) 1000-1105 N / m3 d) Żadne z powyższych
Ile razy Merkury jest cięższy od wody?
a) 11 b) 12 c) 13 d) 14
Jaka jest gęstość wody przy 15.5° C w kg / m3
a) 994 b) 1000 c) 1500 d) 846
Ciężar właściwy to stosunek gęstości masy płynu do gęstości masy ________
a) Płyn ściśliwy b) Płyn nieściśliwy c) Płyn standardowy d) Brak
Konkretna objętość jest odwrotnością ___________
a) ciężar właściwy b) lepkość c) Gęstość masy d) ciężar właściwy
Zbiorczy moduł sprężystości jest odwrotnością ____________
a) współczynnik lepkości b) współczynnik wydajności c) Współczynnik ściśliwości d) Brak
Lepkość można zdefiniować jako odporność na ________
a) Przepływ cieczy b) przepływ bieżący c) przepływ temperatury d) ciśnienie
Jaka jest jednostka lepkości kinematycznej?
a) N / m b) m / s c) m3/ s d) m2/s
Jeśli płyn jest cieczą, wartość lepkości dynamicznej będzie ________ wraz ze wzrostem temperatury cieczy.
a) Zwiększenie b) Zmniejszać c) być stałe d) Nic z tego
Spójność molekularna maleje wraz z temperaturą _________.
a) Zwiększać b) Spadek c) Pozostaje na stałym poziomie d) Brak
Wnioski
W artykule omówiono pojęcie różnych właściwości i ich relacji. Właściwości takie jak ciężar właściwy, gęstość masy, ciężar właściwy i objętość właściwa są definiowane za pomocą jednostki. Pojęcie lepkości i prawo lepkości Newtona są szczegółowo opisane za pomocą równań. Omówiono najważniejsze zjawisko, wpływ temperatury na lepkość płynu, aby ułatwić zrozumienie koncepcji.
Aby dowiedzieć się więcej na temat mechaniki płynów, proszę kliknij tutaj
Nazywam się Deepak Kumar Jani i robię doktorat w dziedzinie energii mechanicznej i odnawialnej. Mam pięcioletnie doświadczenie w nauczaniu i dwuletnie doświadczenie badawcze. Moje zainteresowania obejmują inżynierię cieplną, inżynierię samochodową, pomiary mechaniczne, rysunek techniczny, mechanikę płynów itp. Złożyłem patent na „Hybrydyzację zielonej energii do produkcji energii”. Opublikowałem 17 artykułów naukowych i dwie książki.
Cieszę się, że jestem częścią Lambdageeks i chciałbym w prosty sposób zaprezentować czytelnikom część mojej wiedzy specjalistycznej.
Poza pracą naukową i badaniami lubię wędrować po przyrodzie, fotografować przyrodę i budować świadomość na jej temat wśród ludzi.
Zapoznaj się także z moim kanałem na YouTubie dotyczącym „Zaproszenia z natury”
