Los fluidos de trabajo proporcionan la transmisión de energía en los sistemas hidráulicos, por lo que para usarlos de manera efectiva, debe saber qué propiedades tienen.
Líquidos , como todas las sustancias, tienen una estructura molecular. Ocupan una posición intermedia entre los gases y los sólidos. Esto está determinado por los valores de las fuerzas intermoleculares y la naturaleza de los movimientos de sus moléculas constituyentes. En los gases, la distancia entre las moléculas es mayor y las fuerzas de interacción intermolecular son menores que en los líquidos y los sólidos, por lo que los gases se diferencian de los líquidos y los sólidos en una mayor compresibilidad. En comparación con los gases, los líquidos y los sólidos no son muy compresibles.
Las moléculas líquidas están en continuo movimiento térmico caótico, que difiere del movimiento térmico caótico de gases y sólidos. En los líquidos, este movimiento se realiza en forma de vibraciones (10 13 vibraciones por segundo) relativas a centros instantáneos y transiciones a modo de saltos de un centro a otro. El movimiento térmico de las moléculas de los sólidos consiste en vibraciones relativas a centros estables. El movimiento térmico de las moléculas de gas parece un cambio de lugar continuo y abrupto.
Cabe señalar que los cambios de temperatura y presión provocan cambios en las propiedades de los líquidos. Se encontró que con un aumento de la temperatura y una disminución de la presión, las propiedades de los líquidos se acercan a las propiedades de los gases, y con una disminución de la temperatura y un aumento de la presión, se acercan a las propiedades de los sólidos.
El término "líquido" se utiliza para indicar tanto el propio líquido, que se considera un medio incompresible o ligeramente comprimible, como un gas, que puede considerarse como un "líquido comprimible".
En el nivel moderno de la ciencia, no es posible considerar y describir matemáticamente un líquido como una colección de una gran cantidad de partículas individuales en constante movimiento impredecible. Por ello, se considera un líquido como una especie de medio continuo deformable que tiene la capacidad de llenar continuamente el espacio en el que se encuentra encerrado. En otras palabras, se entiende por líquidos todos los cuerpos que se caracterizan por la propiedadfluidez basado en el fenómeno de la difusión... La fluidez se puede llamar la capacidad de un cuerpo para cambiar su volumen tanto como se desee bajo la influencia de fuerzas arbitrariamente pequeñas. Así, en hidráulica, el fluido se entiende como un medio abstracto - continuo , que es la base de la hipótesis de continuidad. Se considera que el continuo es un medio continuo sin vacíos ni espacios, cuyas propiedades son las mismas en todas las direcciones. Esto significa que todas las características del fluido son funciones continuas y todas las derivadas parciales con respecto a todas las variables también son continuas.
De otro modo, tales cuerpos (ambientes) se denominan goteo líquidos. Los líquidos en forma de gota son aquellos que en pequeñas cantidades tienden a tomar forma esférica, y en grandes cantidades forman una superficie libre.
Muy a menudo en las descripciones matemáticas de las leyes hidráulicas, los conceptos " partícula de líquido " o " volumen elemental de liquido ". Se pueden considerar como un volumen infinitamente pequeño en el que hay muchas moléculas líquidas. Por ejemplo, si consideramos un cubo de agua con lados del tamaño 0,001 centímetros , entonces el volumen será 3,3∙10 13 moléculas. Se supone que una partícula líquida es suficientemente pequeña en comparación con las dimensiones de la región ocupada por un líquido en movimiento o en reposo.
El medio continuo es un modelo que se utiliza con éxito en el estudio de las leyes de reposo y movimiento de fluidos. La validez del uso de tal modelo de fluido ha sido confirmada por toda la práctica de la hidráulica.
El estudio de líquidos y gases reales está asociado con dificultades significativas, ya que las propiedades físicas de los líquidos reales dependen de su composición, de diversos componentes que pueden formar diversas mezclas con un líquido, tanto homogéneas (soluciones) como heterogéneas (emulsiones, suspensiones, etc.) Por ello, derivar las ecuaciones básicas del movimiento de los fluidos , uno tiene que usar algunos modelos abstractos de líquidos y gases que están dotados de propiedades que no son inherentes a los líquidos y gases naturales.
Líquido ideal- un modelo de un fluido natural, caracterizado por la isotropía de todas las propiedades físicas y, además, caracterizado por la incompresibilidad absoluta, la fluidez absoluta (ausencia de fuerzas de fricción interna), la ausencia de procesos de conducción y transferencia de calor.
Líquido real- un modelo de un fluido natural, caracterizado por la isotropía de todas las propiedades físicas, pero a diferencia del modelo ideal, tiene fricción interna durante el movimiento.
Gas ideal- un modelo caracterizado por la isotropía de todas las propiedades físicas y la compresibilidad absoluta.
gasolina de verdad- un modelo en el que la compresibilidad de un gas en condiciones cercanas a las normales está significativamente influenciada por las fuerzas de interacción entre las moléculas.
Páginas similares encontradas: 10
El concepto de túneles de viento e hidrositios
El principio de reversibilidad del movimiento y modelado en aerodinámica.
Hipótesis de continuidad media
Humedad
Humedad Se denomina parámetro físico al que determina la cantidad de masa de vapor de agua en una unidad de volumen de aire.
Humedad absoluta Es un parámetro físico que determina la masa de vapor de agua contenida en 1cm3 volumen de aire.
Humedad relativa Es un parámetro físico que determina la relación entre la humedad absoluta y la masa de vapor de agua, que es necesaria para la saturación. 1cm3 aire a una temperatura dada.
LECCIÓN 1.4 HIPÓTESIS DE INTEGRIDAD AMBIENTAL.
PRINCIPIOS DE LA REVERSIBILIDAD DEL MOVIMIENTO Y MODELADO EN AERODINÁMICA
El esquema, que reemplaza la estructura discreta del aire con un medio continuo, fue propuesto por primera vez por el famoso científico L. Euler en 1753.
ella obtuvo el nombre hipótesis de continuidad... Su aplicación facilita enormemente el estudio de las leyes del movimiento del aire y de los gases. Como saben, en condiciones normales, las moléculas se colocan en el aire.
El criterio para evaluar la continuidad del medio es el número de Knudsen:
Longitud de camino libre de moléculas
L- el tamaño característico del flujo (longitud del cuerpo aerodinámico).
Para caracterizar el grado de rarefacción del medio en la capa límite, usamos
la relación entre el camino libre de las moléculas y el espesor de la capa límite
El espesor de la capa límite depende de la naturaleza del flujo ( Números Mach ) y números Re. Dependiendo del número de Knudsen (el flujo de gas se puede dividir en tres áreas principales:
1 si 0,01, entonces la longitud de trayectoria promedio de las moléculas es menor 1 % del espesor de la capa límite; en este caso, el flujo se considera sólido. En este caso, los parámetros gas-dinámicos del aire ( son cantidades continuas, es decir, se lleva a cabo el área de la dinámica de los gases ordinarios.
2 si 1 , entonces la longitud del camino libre de las moléculas es pequeña en comparación con el tamaño del cuerpo aerodinámico, pero proporcional al espesor de la capa límite. En este caso, el flujo se llama flujo. corredizo.
3 si 1 , entonces la longitud del camino libre es mayor o proporcional en magnitud al espesor de la capa límite. En este caso, hay una región flujos moleculares libres... En esta región, las partículas elementales no interactúan entre sí y prácticamente no existe una capa límite.
Con el aumento de la altitud, el número de moléculas en el volumen de gas investigado disminuye, y esto conduce a una disminución en la interacción de fuerza de las partículas de aire con el cuerpo aerodinámico. Las fuerzas de interacción entre el flujo y el cuerpo son el impulso total de la fuerza de los impactos de las partículas de aire sobre la superficie del cuerpo aerodinámico.
en las alturas norte 80 kilometros los cálculos tienen en cuenta la estructura de aire discreta.
Fig 1.4.1 Esquema de la hipótesis de continuidad del medio
Una condición necesaria para el cálculo diferencial de parámetros y fuerzas aerodinámicas en la interacción del aire con un cuerpo es la continuidad de los parámetros dinámicos del gas ().
El medio líquido llena este o aquel volumen sin huecos, de manera continua. Un medio líquido, debido a un cambio en la distancia entre partículas, cambia su configuración externa, es decir, deformado. Para un sólido, la movilidad de las partículas es pequeña y para un medio líquido, es grande. Por lo tanto, la medida de la movilidad de las partículas para medios líquidos ya no son los desplazamientos mismos, sino la velocidad de desplazamiento de las partículas, es decir velocidad de deformación En consecuencia, para un medio líquido continuo, las medidas de la movilidad de las partículas son sus velocidades y sus tasas de deformación. Una superficie cerrada que consta de las mismas partículas se deformará continuamente. Si no hay discontinuidad del medio continuo, entonces se realiza la continuidad de la distribución en el volumen de las velocidades y densidades de las partículas.
Una partícula de un medio continuo no significa una parte arbitrariamente pequeña de su volumen, sino una parte muy pequeña de él, que sin embargo contiene miles de millones de moléculas en su interior. En el caso general, el valor mínimo de división de la escala macroscópica de la coordenada espacial o temporal t debe ser lo suficientemente pequeño como para ignorar el cambio en las cantidades físicas macroscópicas dentro de 
o t, y lo suficientemente grande como para despreciar las fluctuaciones de cantidades macroscópicas obtenidas promediando cantidades microscópicas en el tiempo t o un elemento del espacio 
3. La elección del precio mínimo de división de escala en la escala macroscópica está determinada por la naturaleza del problema que se está resolviendo. Para un aparato industrial, es posible, con un grado de precisión suficiente, tomar como precio mínimo de división de las coordenadas espaciales 1 mm y las coordenadas temporales 1 s.
El movimiento de volúmenes macroscópicos del medio conduce a la transferencia de masa, cantidad de movimiento y energía.
Cuando fluye un medio líquido (líquido), se implementan 2 modos:
Laminado,
Turbulento.
En régimen laminar, el líquido fluye a baja velocidad, en corrientes separadas, sin mezclarse, paralelas a las paredes del canal. En este caso, las trayectorias de las partículas individuales no se cruzan, todas las partículas tienen solo un componente de velocidad longitudinal.
Con un aumento en la velocidad del flujo de fluido, la imagen cambia cualitativamente. Las trayectorias de las partículas son curvas complejas y caóticas que se cruzan entre sí. En todos los puntos del flujo, la velocidad y la presión cambian irregularmente con el tiempo, pulsan alrededor de algunos de sus valores promedio y aparecen componentes de velocidad transversal. Este modo de movimiento de fluidos se llama turbulento. El modo puede cambiar con un cambio en el diámetro del canal y la viscosidad del fluido. En un flujo turbulento, no se puede hablar de valores reales, sino solo de valores de velocidad y presión promediados durante un período de tiempo suficientemente largo.
El área de desarrollo de la turbulencia se encuentra entre los regímenes laminar y turbulento de movimiento de fluidos. En esta región, la turbulencia tiene una intensidad variable que aumenta con el aumento de la velocidad.
En un régimen turbulento, las pequeñas perturbaciones que surgen en condiciones reales no se amortiguan y se desarrolla un movimiento caótico irregular de volúmenes individuales del medio (vórtices). Los vórtices no son estables, formaciones claramente limitadas en el espacio. Se originan, se desintegran en vórtices más pequeños y se desintegran con la transición de energía mecánica a energía térmica.
Al realizar cálculos de resistencias hidráulicas, procesos de transferencia de calor y masa que ocurren en aparatos y máquinas, es necesario conocer los modos de flujo de fluidos, ya que algunos patrones son característicos para el modo laminar y otros para el modo turbulento.
El régimen de flujo está determinado cuantitativamente por el criterio de Reynolds.
Para que sea posible un estudio teórico del movimiento dirigido de un fluido usando el aparato matemático del cálculo infinitesimal (cálculo diferencial) y la teoría de funciones continuas (cálculo integral), es necesario realizar una cierta idealización del fluido y abstraerse de su estructura molecular discreta.
Todos los cuerpos (incluidos los líquidos gaseosos y gotitas) están compuestos de partículas elementales individuales. Además, los volúmenes que ocupan los cuerpos son mucho mayores que los volúmenes en los que se concentra la sustancia misma. Esencialmente, todos los cuerpos "constan de vacío", pero al mismo tiempo, cualquier pequeño volumen de espacio ocupado por un cuerpo, esencial para los problemas prácticos, contiene un número suficientemente grande de partículas. Como regla general, los tamaños de los volúmenes considerados de líquidos y cuerpos sólidos transportados por este líquido resultan ser incomparablemente mayores en comparación con los tamaños de las moléculas y las distancias intermoleculares. Estas circunstancias dan motivo para considerar aproximadamente un líquido como un medio material que llena el espacio. continuamente – de manera continua , e introducir hipótesis del continuo , sobre la base de la cual los objetos discretos reales se sustituyen por objetos simplificados modelos continuos materiales ... Estas conclusiones especulativas se formulan en d'Alembert - Postulado de Euler , afirmando que en el estudio del movimiento dirigido de los líquidos y las fuerzas de su interacción con los sólidos, los líquidos pueden considerarse como medio continuo - un continuo desprovisto de moléculas y espacios intermoleculares .
Tomando la hipótesis de la continuidad, asumimos que el comportamiento macroscópico de los líquidos es el mismo, como si su estructura fuera idealmente continua, y se consideran las cantidades físicas, por ejemplo, la masa y el momento asociados con la sustancia contenida dentro del volumen bajo consideración. distribuidos uniformemente sobre este volumen, distrayéndose del hecho de que en realidad están concentrados en pequeñas partes del mismo.
La hipótesis del continuo (o la hipótesis de la continuidad) es el primer paso hacia la formación de modelos de fluidos considerados en varias secciones de la mecánica de fluidos y gases, incluida la dinámica de gases. Tal idealización simplifica enormemente un entorno discreto real y permite, en particular, en el estudio del movimiento de fluidos utilizar un aparato matemático bien desarrollado de cálculo infinitesimal (cálculo diferencial e integral) y la teoría de funciones continuas.
La hipótesis de un medio continuo permite dar un cierto sentido al concepto "Valor en el punto" aplicado a varios parámetros de un líquido, por ejemplo, densidad, velocidad, temperatura, y generalmente considera estas cantidades como funciones continuas de coordenadas y tiempo. Sobre esta base, es posible formular ecuaciones que describen el movimiento de un fluido (ecuaciones de movimiento), cuya forma no depende de la estructura microscópica de las partículas de este fluido. En este sentido los movimientos de líquidos y gases se estudian de la misma manera: las ecuaciones no dependen de si existe alguna estructura de partículas ... Se introduce una hipótesis similar en la mecánica de los sólidos deformables y, por lo tanto, estos dos objetos juntos a menudo se denominan mecánica de Medios Continuos .
A pesar de la naturalidad de la hipótesis del continuo, la definición de las propiedades de este entorno hipotéticamente continuo que se mueve de la misma manera que un líquido real con una estructura de partículas dada resulta difícil. Usando los métodos de la teoría cinética de los gases, con la ayuda de suposiciones simplificadas sobre la colisión de moléculas, se puede demostrar que las ecuaciones que determinan la velocidad local del gas tienen la misma forma que en el caso del movimiento de algún líquido continuo (aunque los valores de los coeficientes de transferencia molecular no están estrictamente determinados). La justificación matemática de considerar el movimiento de los gases como el movimiento de un medio continuo generalmente va más allá del alcance de los cursos tradicionales de mecánica de líquidos y gases y, además, de la dinámica aplicada de hidro o gas. Además, esta justificación es incompleta para los líquidos en gotas y, por lo tanto, se acostumbra limitar la introducción de tal hipótesis.
El criterio para la aceptabilidad de cualquier hipótesis física es el grado de coincidencia de los resultados obtenidos sobre su base con los resultados de las observaciones y mediciones. Para líquidos y gases en gotas, la validez de usar la hipótesis de un medio continuo en amplia gama los cambios de parámetros están totalmente confirmados. Numerosos datos experimentales indican que los fluidos reales ordinarios en condiciones normales y, a menudo, con desviaciones significativas de ellas, se mueven como si fueran continuos.
Límites cuantitativos la aplicabilidad de las leyes de la dinámica de los gases basada en el modelo de un medio continuo está determinada por la cantidad prueba de Knudsen .
“En hidrodinámica y en problemas de dinámica de gases ordinarios, un líquido se representa como un medio continuo. Este es también un tipo de modelo fluido. Este concepto asume que el volumen de un líquido se puede dividir en cualquier parte pequeña, hasta infinitesimal, pero sus propiedades siguen siendo las mismas. En otras palabras, aquí no se tiene en cuenta la estructura molecular de la sustancia. El concepto de un líquido como un medio continuo se originó por la necesidad de utilizar métodos de análisis matemático para los cálculos, en los que uno tiene que operar con masas y volúmenes infinitamente pequeños. El modelo continuo es aplicable para líquidos incompresibles, así como para gases de densidades no muy bajas. Si la densidad del gas se vuelve muy baja, como, por ejemplo, a grandes alturas, entonces la distancia entre las moléculas (recorrido libre medio) se vuelve acorde con las dimensiones de los cuerpos aerodinámicos, y el modelo de un medio continuo no corresponde de ninguna manera. a la imagen real del flujo alrededor ".
& (Vinogradov) p.11
