Процессы гидродинамики

При процессах с химическими технологиями, принято выделять те, которые связаны с перемещением газов, жидкостей или других рабочих неагрессивных сред по трубопроводным системам. В этот момент происходит образование или разделение гетерогенных систем. Подобные системы состоят из:

• отстаивания;
• перемешивания;
• фильтрования;
• диспергирования.

Рисунок 1. Гидродинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Во всех подобных процессах роль играет скорость, а она определяется известными законами гидромеханики. Иными словами исследователи имеют дело с гидромеханическими процессами.

Уравнения движения жидкостей

Теоретическая гидромеханика направлена на создание сложного и многогранного математического исследования и построения моделей. Гидравлика имеет другие характеристики и предстает в виде технической науки, где при решении поставленных задач принято использовать предположения и допущения. Это делает процесс изучения различных гидродинамических явлений проще. Иногда для изучения гидродинамических явлений используется анализ одномерного движения. Из-за этого все решения, связанные с гидравликой, имеют весьма приблизительный характер.

Часто выводы о тех или иных закономерностях изучаемых процессов делаются на основании результатов лабораторных и натурных исследований и экспериментов. Гидравлика практически в полном виде состоит из многообразия различных экспериментальных зависимостей.

Решение задач гидравлики строится на основании и оценочному суждению лишь основных характеристик изучаемых явлений. Часто входит в необходимость оперировать некоторыми усредненными показателями и величинами. Они могут дать достаточно надежную характеристику для всестороннего рассмотрения явления. Это обычно используется для решения технических задач гидродинамики. Из-за этого к гидравлике приклеилось неофициальное название технической или прикладной гидромеханики.

Гидравлика и ее разделы

Гидравлику принято делить на две основные категории:

• гидростатику;
• гидродинамику.

Гидростатика рассматривает законы равновесия жидкостей в состоянии покоя. Для гидродинамики характерно рассмотрение процессов в движении. Для подобных процессов действуют законы движения жидкостей.

В указанных разделах физики все жидкости, газы и пары принято именовать одинаково – жидкостями. Это необходимо для удобства вычислений и составления математических моделей рассматриваемых процессов.

Жидкости в этом контексте взаимодействуют при таких скоростях потоках, которые оказываются меньше скорости распространения звуковых волн. В то же время все законы движения скоростей остаются справедливыми для паров и газов без существенных поправок. В гидравлике под жидкостями понимают все вещества, которые обладают свойствами текучести.

В процессе вывода основных законов гидромеханики активно используют понятие идеальной жидкости. Под ней в широком смысле слова принято понимать абсолютно несжимаемую жидкость, которая не способна изменить свою плотность под воздействием дополнительных внешних факторов. Ими могут быть температура и давление. Также идеальная жидкость не обладает свойствами вязкости. Иные технические характеристики показывает реальная жидкость.

Реальные жидкости можно разделить на капельные и упругие жидкости. Под упругими обычно имеют в виду пары или газы. Жидкости капельного типа считают в максимальной степени не подверженными сжиманию, так как они обладают относительно малым коэффициентом объемного расширения.

Физические свойства жидкостей и газов

Рисунок 2. Уравнение Навье-Стокса. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При решении технических задач полагаются на использование идеальных жидкостей. Оно описывается уравнением Клапейрона-Менделеева. Установлено, что вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях, исходя их температурного воздействия, а также давления. В твердых телах молекулярные связи тесно переплетены между собой и расположены в определенном порядке. В этот момент они способны совершать лишь тепловое колебательное движение. В таком положении сверхмалые частицы не могут покинуть свое место, и твердые тела постоянно сохраняют объем и форму.

Тепловое движение в жидкостях отличается более активным поведением молекул. Часть из них получает достаточную энергию возбуждения и может покидать первоначальное место. В жидкостях молекулы способны перемещаться по всему объему, однако их кинетическая энергия не может выйти за определенные пределы жидкости, и также сохраняют свой объем.

Тепловое движение в газах еще на порядок выше. Молекулы в таком агрегатном состоянии могут отдаляться друг от друга на значительное расстояние, что взаимодействие между ними становится недостаточными для удержания на определенном отдалении. Газы имеют свойства беспредельно расширяться.

При свободном процессе перемешивания молекул в газах и жидкостях изменяется форма при приложении довольно малого силового действия. Иными словами происходит процесс текучести.

Помимо текучести различают вязкость вещества. Она достигается в результате переноса количества движения в процессе перехода молекул в разных слоях и скоростями. Подобная касательная сила начинает действовать между слоями. Реализуется возможность сопротивления жидкости и газа этим дополнительным усилиям.

Рисунок 3. Изменение физических свойств вещества. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Такое силовое взаимодействие между молекулами на поверхности жидкости и молекулами, которые расположены вдали от поверхности, происходит неравномерно. Молекула в положении на поверхности располагается в симметричном силовом состоянии, а в других частях силовое поле вынуждено взаимодействовать с молекулами под поверхностью. Возникает так называемое поверхностное натяжение.

Поверхностное натяжение уменьшается с увеличением температуры. Оно проявляется там, где молекулярные связи стремятся принять сферическую форму. Прежде всего, это будет заметно на небольших привычных объектах небольших объемов в виде капель.