Skysčių mechanika

2. Skystis, jo apibrėžimas. Lašeliniai ir dujiniai skysčiai. Idealūs ir realūs skysčiai.

Skystis vadinamas vienalytis fizikinis kūnas, kurio dalelės yra judrios, silpnai tarpusavyje susijusios. Lašeliniai skysčiai – skysčiai, kurie ir didelio slėgio veikiami nekeičia tūrio. Dujiniai skysčiai – dujos, kurių tūris priklauso nuo slėgio. Realieji skysčiai – tai skysčiai, kurie labai mažai keičia tūrį kintant slėgiui ir temperatūrai. Idealiuoju vadinamas toks gamtoje neegzistuojantis skystis, kuris yra visiškai nesuspaudžiamas ir kurio dalelės yra absoliučiai judrios, t.y. visiškai neklampus, tarp kurio dalelių nėra ttrinties jėgų.

3. Skysčių fizikinės savybės (tankis, tamprumas, klampa, kapiliarumas). Skysčio tankis (ro) vadinama skysčio tūrio vieneto masė: ro=m/V. Tamprumas – tai skysčio savybė keisti tūrį kintant temperatūrai arba slegiui. Klampa – skysčio savybė priešintis jo dalelių pasislinkimui viena kitos atžvilgiu ir joms judant sukelti vidinius tangentinius įtempimus. Kapiliarumas – skysčių savybė, pasireiškianti skysčio ir kietojo kūno sąlytyje.

4. Jėgos veikainčios skystyje. Paviršiaus jėgomis vadinamos tokios jėgos, kurios veikia nagrinėjam skysčio tūrio paviršiuje. Išorinės paviršiaus jėgos veikia skystį ribojančius paviršius – laisvąjį sskysčio paviršių, indo sieneles. Masės jėgomis vadinamos skysčio masei proporcingos jėgos. Tūrio jėgos – jei skystis yra vienalytis (ro=const).

5. Hidrostatikos apibrėžimas. Hidrostatinis slėgis, jo savybės. Hidrostatika – skysčių mechanikos dalis, nagrinėjanti skysčių pusiausvyros dėsnius. Dydis P išreiškia slėgį taške M iir vadinamas hidrostatiniu slėgiu. P= limA>0 deltaF/deltaA. Hidrostatinis slėgis – vektorinis dydis, jis apibūdinamas kryptimi ir dydžiu. Savybės: 1) hidrostatinis slėgis yra statmenas slėgiamam paviršiui ir yra nukreiptas į slegiamą paviršių. 2) Hidrostatinis slėgis taške yra visomis kryptimis vienodas.

6. Skysčių pusiausvyros diferencialinės lygtys (Oilerio hidrostatikos lygtys). ax-1*krin*P/ro*krin*x=0, ay-1*krin*P/ro*krin*y=0, az-1*krin*P/ro*krin*z=0. Šios lygtys vadinamos skysčių pusiausvyros diferencialinėmis lygtimis. Jos rodo, kad skysčiui esant pusiausvyroje masės jėgos atsveria paviršines jėgas. Šiose lygtyse paprastai yra žinomos pagreičio projekcijos ax, ay, az, o reikia rasti slėgi P.

9. Absoliutus ir manometrinis slėgis. Vakuuminis slėgis. Pilnutinis arba absoliutus slėgis išreiškiamas pagrindine hidrostatikos lygtimi P=Po+ro*g*h. Manometrinis arba perteklinis slėgis – pilnutinio P ir atmosferos slėgio Pat skirtumas Pman= P-Pat. Vakuuminis slėgis – atmosferos slegio Pat ir pilnutinio slėgio sskirtumas Pvak =Pat-P.

10.Slėgio matavimo prietaisai. Prietaisai slėgiui matuoti vadinami manometrai. Jie skirstomi į skystinius ir mechaninius manometrus. Slėgių skirtumas matuojamas diferenciniais manometrais, o vakuumas – vakuumetrais. Paprasčiausias skystinis manometras yra pjezometras. Tai vamzdelis atviru galu, kuris prijungiamas tame taške, kuriame norima išmatuoti slėgį. Skystiniais manometrais dažnai daromi U raidės formos ir pripildomi gyvsidabrio. Slėgių skirtumas dvejuose taškuose matuojamas diferenciniais manometrais, kurie pripildomi gyvsidabrio. Vakuumas matuojamas vakuumetrais. Dideli slėgiai technikoje matuojami mechaniniais manometrais, kurie būna spyruokliniai ir membraniniai.

11. Paskalio dėsnis ir jjo techninis taikymas. Hidraulinis presas. Paskalio dėsnis : bet koks slėgio pakitimas viename taške nejudančiame skystyje perduodamas į visas puses vienodai. Paskalio dėsniu naudojamasi technikoje. Juo pagrįstas hidraulinio preso, hidraulinio keltuvo, multiplikatoriaus ir kitų hidraulinių mašinų veikimas. deltaP1=deltaP2. Apie presą : F2=(ni*a*D(2)/b*d(2))*Fo

14. Archimedo dėsnis. Kūnų plūdurumas ir stabilumas. Archimedo dėsnis: kūną, panardintą į skystį, veikia jėga, lygi kūno tūrį užimančio skysčio sunkio jėgai, ji veikia išstumto tūrio masės centre ir nukreipta aukštyn. Kūnų plūdurumu vadinamas jų gebėjimas plūduriuoti, o stabilumu – gebėjimas grįžti į pradinę padėtį, kurioje kūnas buvo iki jį paveikiant išorinės jėgos. Apibūdinant kūnų plūduriavimą vartojamos šios sąvokos:1) Plaukiojimo plokštuma – tai plūduriuojantį kūną kertantis laisvasis skysčio paviršius. 2)Vaterlinija – plaukiojimo plokštumos ir plūduruojančio kūno paviršiaus kietimosi linija. 3)Plaukiojimo ašis – linijja , einanti per plūduruojančio kūno sunkio ir vandeltalpos centrus. 4)Grimzlė – plūduriuojančio kūno žemiausio taško pagramzdinimo gylis. 5) Krenas – plaukiajančio kūno pasvirimas į išilginės arba skersinės vaterlinijos plokštumos ašį. 6) Vaterlinijos plokštumos išilginė ašis – išilginė tiesė, einanti per vaterlinijos apribotos plokštumos sunkio centro. 7)Metacentras – plaukiojimo ašies ir Archimedo jėgos susikirtimo taškas M.

15. Skysčių kinematikos ir skysčių dinamikos apibrėžimas. Hidrodinaminės charakteristikos. Skysčo dalelių judėjimo greitis ir hidrodinaminis slėgis.

Skysčių kinematika – tai skysčių mechanikos ššaka, nagrinėjanti skysčio judėjima tik geometriniu atžvilgiu, neatsižvelgiant į skystį veikiančias jėgas. Skysčių dinamika – tai skysčių mechanikos šaka, kurioje nagrinėjamos skysčio judėjimas, įvertinant jį veikiančias jėgas. Kai skystis yra idealus, hidrodinaminio slėgio sąvoka ir savybės yra tos pačios kaip ir hidrostatinio slėgio. Kai sklėgis realus, jam tekant atsiranda tangentiniai įtempimai. Hidrostatinis slėgis taške yra visomis kryptimis vienodas Px=Py=Pz.. Tekančiame skystyje skysčio dalelių judėjimo greitis u ir hidrodinaminis slėgis P įvairiose erdvės taškuose yra skirtingi, be to jie priklauso nuo laiko t. Px=nePy=nePz. ux=f1(x,y,z,t), uy=f2(x,y,z,t), uz=f3(x,y,z,t), p=f4(x,y,z,t) ux, uy, uz – greicio projekcijos. P- hidrodinaminis slėgis nagrinėjamame taške, aritmetinis vidurkis. p=1/3(px+py+pz).

16. Pagrindinės sąvokos, apibūdinančios skysčių tekėjimą. Tėkmės linija, trajaktoriją, elementarioji čiurkšlė, tėkmė. Skysčio tekmė – tai skysčio masė, judanti išilgai ją ribojančių paviršių. Tekmės linija – tai kreivė, rodanti daugelio tekmėje esančių dalelių judėjimo kryptį, vieno laiko momentu, vadinama kreive, pasižyminti ta savybe, kad joje esančių dalelių greičių vektorius yra tekmės linijos liečiamosiose. Tekmės linija – vadinama lijina, kurios kiekviename taške duotuoju laiko momentu, skysčio dalelės greičio vektorius sutampa su liečiamąja. Trajektorija – vienos skysčio dalelės pėdsakas erdvėje. Elementarioji čiukšlė – tėkmės vamzdelis, kuriuo juda skysčio dalelės. Taigi tekmė – tai elementariųjų čiurkšlelių visuma.

18. Tėkmės hidrauliniai elementai (parametrai). Tėkmės hidraulinius eelementus sudaro tekmės skerspjūvio charakteristikos, tekmės nuolydis, visutinis tekmės greitis ir debitas. Tekmės sperspjūvis apibūdinamas temkės skerspločiu, šlapiu perimetru ir hidrauliniu spinduliu. Tekmės skersplotis yra plotas figūros, statmenos tekmės greičio krypčiai ir apribotas laisvų vandens paviršiumi ir kietomis tekmės sienomis. Šlapiu perimetru vadinamas perimetras linijos, pagal kuria tekmės skerspjuvyje skystys liečiasi su kietu paviršiumi. Hidraulinis spindulys (R) yra tekmės skerspločio ir šlapio perimetro santykis R= A/L. Skysčio debitu Q vadinamas skysčio tūris, pratekantis pro tekmės skerspjūvį per laiko vienetą. Q=V/t. Vidutinis tekmės greitis – tai toks greitis, kurį turėtų turėti visos dalelės, kad duotų skerspločiu A pratekėtų debitas Q, atitinkantis tikriesiems tų dalelių greičiams.

19.Skysčio tekėjimo rūšys. Skysčio tekėjimas būna besūkurinis ir sūkurinis, taip pat nenusistovėjęs ir nusistovėjęs. Nusistovėjęs tekėjimas savo ruožtu skirstomas į tolyginį ir netolyginį tekėjima. Tolyginiu vadinamas toks tekėjimas, kai skerspjūvio vidutinis greitis išilgai tekmės būna pastovus ir greičių epiura nekeičia savo formos. Netolyginiu vadinamas toks tekėjimas, kai skerspjūvio vidutinis greitis išilgai tekmės kinta arba kai jis yra pastovus, bet keičiasi greičių epiūra. Beslėgiu vadinamas toks tekėjimas, kai skystis teka turėdamas laisvąjį paviršių, t.y. kai jo paviršius liečiasi su dujine aplinka. Slėginis tekėjimas būdingas tuo, kad skystis teka neturėdamas laisvojo paviršiaus. Laminarinis tekėjimas būna tada, kai skystis teka

tarpusavy nesimaišančiomis , tvarkingomis čiurkšlėmis. Turbulentinis tekėjimas – tai toks tekėjimas, kai judėdamos skysčio čiurkšlės netvarkingai, chaotiškai maišosi.

20. Elementariosios čiurkšlės debitas. Tekmės debitas. Vidutinis greitis. Tekmės vientisumo lygtis. Čiurkšlės debitas – tai tūris skysčio, pratekančio pro čiurkšlės skerspjūvį per laiko vienetą. Q=V/t, čia V – skysčio tūris, t – laikas. Debitas matuojamas kubiniais metrais per sekundę (m(3)/s) tėkmės debitas yra jos skerspločio ir vidutinio greičio sandauga. Q=vA. Vidutinis tėkmės greitis – fiktyvus greitis, kuris visuose tekmės skerspjūvio taškuose laikomas vienodu. QQ=v1A1=v2A2=const. Ši lygtis vadinama tėkmės vientisumo lygtimi. Pagal ją skysčio debitas išilgai tekmės yra pastovus. Skerspjūvio vidutiniai greičiai yra atvirkščiai proporcingi tėkmės skerspločiams.

26. Hidrauliniai nuostoliai. Jų priežastys ir rūšys. Hidrauliniai nuostoliais vadinama ta mechaninės energijos dalis, kuri sunaudojama hidrodinaminiams pasipriešinimams nugalėti. Pagal atsiradimo priežastis skiriami hidrauliniai kelio nuostoliai hl ir vietiniai nuostoliai hv.hw=hl+hv. Kelio nuostoliai hl atsiranda dėl skysčio dalelių tarpusavio trinties, taip pat dėl skysčio trinties į kietus paviršius. Vietiniai nuostoliai hv atsiranda tekmėje dėl įvairių vietinių kliūčių, kur kkeičiasi tekėjimo kryptis, greitis bei jų pasiskirstymas tėkmėje. Tiek kelio , tiek ir vietiniai nuostoliai priklauso nuo tekėjimo rėžimo.

34. Šezi formulė. Vandens temperatūra paprastai kinta mažai, todel jo klampą praktiška galima laikyti pastovia. Kadangi kvadratinėje pasipriešinimo zonoje hidraulinės trinties koeficientas liamda nepriklauso nuo Reinoldso skaičiaus, tai hidraulinius skaičiavimus čia galima labai supaprastinti. Vienas pirmųjų formulių šiam atvejui sudarė A.Šezi. v=C(šaknis)RI, v- vidutinis skerspjūvio greitis, C- šezi koeficientas, R – hidraulinis spindulys, R=A/X, kur A- skerspjūvio plotas, o X – šlapės perimetras.I – hidraulinis nuolydis, kur I=hk/L. Šezi koeficientui apskaičiuoti yra sudaryta nemaža empyrinių formulių: mandingo formulė C=(1/n)R(1/6), R-hidraulinis spindulys, n- šiurkštumo koeficientas panašus I liamda, randamas lentelėse pagal vamzdžio ar vagos tipą ir stovį. Povlovskio formulė C=(1/n)R(x), x- kintamas laipsnio rodiklis, priklausantis nuo n ir R.

36. Vamzdžių ir vamzdynų hidraulinis skaičiavimas. Bendros sąvokos ir nuostatos. Vamzdžai hidrauliniu požiūriu skiriami i trumpus ir ilgus. Trumpais vadinami tokie vamzdziai, kuriuose ir kelio, ir vietiniai nuostoliai yra maždaug lygiaverčiai. Trumpiems vamzdžiams skaičiuoti taikoma BBernulio lygtis. Kelio nuostoliai skaičiuojami pagal Darsi ir veisbacho formulę, o vietiniai nuostoliai- pagal veisbacho formulę. Ilgais vamzdžiais vadinami tokie , kuriuose vietiniai nuostoliai hv lyginant su kelio nuostoliais hl yra maži ir jų galima skaičiavimuose nepriimti arba juos įvertinti tam tikra kelio nuostolių dalimi. Ilgi vamzdžiai skiriami į paprastus vamzdžius ir vamzdynus. Paprastu ilgu vamzdžiu vadinamas vamzdis, kurio skersmuo pastovus ir jis neturi atsišakoti. Vamzdynais vadinamos vamzdžių sistemos, kurias sudaro skirtingų skersmenų vamzdžiai arba kuriose yra atsišakojimai. Ilgi vamzdžiai sskaičiuojami dviem būdais:1) kai tekėjimas ilguose vamzdžiuose vyksta kvadratinėje pasipriešinimo zonoje, kurioje hidrauliniai pasipriešinimai priklauso tik nuo vamzdžių šiurkštumo, skaičiavimams taikoma Šezi formulė. 2) Kai tekėjimas ilguose vamzdžiuose vyksta lygių vamzdžių pasipriešinimo zonoje, jie skaičiuojami kaip trumpi vamzdžiai, pagal Bernulio lygtį. Kelio nuostoliai skaičiuojami pagal Darsi ir Veisbacho formulę.

41.Skysčių tekėjimas pro angas. Angų tipai. Čiurkšlės suspaudimo atvėjai. Čiurkšlės suspaudimo koeficientas. Skysčių tekėjimas pro angas ir antgalius – dažnas atvejis hidrotechnikoje. Atgaliu vadinamas trumpas vamzdis, prijungtas prie angos. Nagrinėjant skysčio tekėjimą pro angas kelio nuostoliai neskaičiuojami, o vertimani tik vietiniai nuostoliai. Antgaliuose vertinami ir vietiniai, ir kelio nuostoliai. Pagal dydį angos skirstomos į mažas ir dideles. Mažomis angomis vadinamos tokios angos, kurių vertikalus matmuo ne didesnis kaip 0,1H. Didelėmis vadinamos angos, kurių vertikalus matmuo yra didesnis už 0,1H. Pagal indo sienelių storį angos skirstomos į plonasienes ir storasienes. Plonasienėmis vadinamos angos, kai indo sienelės storis B yra mažesnis kaip 3d. Čiurkšlės skerspločio As ir angos skerspločio A santykis vadinamas čiurkšlės suspaudimo koeficientu. E=As/A. Čiurkšlės suspaudimas gali būti pilnutinis ir nepilnutinis. Pilnutinis čiukšlės suspaudimas yra tada, kai čiurkšlė suspaužiama visu angos perimetru. Kai anga dalimi kontūro liečia sienelių bei dugno briaunas, čiurkšlės suspaudinas vadinamas nepilnutiniu.