WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE CIECZY
ciecza-pod wglądem fizycznym nazywamy plynny stan ciala, które zdolne jest do zachowania swej samoistnej objetsoci a w stanie spoczynku nie stawia oporu w probie odkształcenia swej postaci geometrycznej, czyli dostosowuje się do kształtu naczynia które wypelnia
gęstość cieczy- to stosunek masy cieczy do jej objętości, jest to masa ptzypadajaca na jednostke objętości
g(gama)=m/v
gdy mamy ciecz niejednorodna, to gęstość jest granica do której dayz stosunek masy do zajmowanej przez nia objętość gdy dazy ta objeosc do zera
g=Lim(na dole delta0) delta m/dleta v
g[kg/m3]
ciezar właściwy dla plynu niejednorodnego to granica do której dazy stosunek ciężaru plynu do jego objętości gdy objętość ta dazy do zera
dla płynów jednorodnych
Gęstość i ciezar ulegaja zmianie , dla wody w zakresie od 5 do 30 stopni C zmiany te nie przekraczaja 0,5% w zakresie tym przyjmuje się , ze ciezar właściwy jest staly i wynosi
W wyższej i niższej temp zmiany sięgają nawet 4% i tedy się je uwzglednia
objętość wlasciwa to odwrotność gęstości-stosunek objętości do masy
V=v/m=g-1
[m3/kg]
Ściśliwość-jest to zdolność do zmiany( zmniejszenia0 objetosci cieczy pod wpływem zmian działających na nia ciśnienia, zadko jest ta właściwość brana pod uwage. Współczynnik ściśliwości-to stosunek wglednej zmiany objętości do przyrostu ciesniea który te zmiane wywołał
(-)informuje o tym, ze wzrost ciśnienia powoduje zmniejszenie tej objetosi
V-wzgledna zmiana objetosci
modul sprezysztosci to odwrotność wposlczynnika ściśliwości
Rozszerzalność cieplna to zmiana objętości pod wplyem zmian temp. Wszystkie ciecze poza woda rozszerzaja się. Woda o 4oC zmniejsza objeetosc, od 4oC zwieksza. Dlatego cieplejsza woda w trakcie zmiany Moz zalegac
Współczynnik rozpuszczalność wody
Lepkosc-(wlaciwosc molekularna wynikajaca z tarcia czasteczkowego)-nazywamy właściwość wody do wytwarzania naprężeń stycznych przy wzajemnym przesuwaniu się wzgledm siebie warstewek cieczy z roznymi prędkościami. W wyniku tego powstaje styczna sila T
ł-napręzenie styczne
A-powierzchnaia na której to naprężenie powstaje
-dynamiczny współczynnik lepkości
-gradient predkosci
lepkość kinematyczna-to stosunek dynamicznego współczynnika lepkości do gestowi, zalezny od temp
V=u(z ta kreska)/g(gama)
Ciecz niutonowskie-maja 2 charaktery ruchu:
-ruch laminarny-w niskich prędkościach
-ruch turbulentny-w dużych prędkościach np. woda
ciecze niutonowskie maja tylko ruch laminarny, wynika to z olbrzymiej lepkości-farby, smary, warunki przepływu sa bardzo silne związane z temperatura
napiecie powierzchniowe-jest wynikiem wzajemnego oddziaływania sil międzycząsteczkowych. Na wolnej powierchni syly te daza do wciągnięcia wszystkich czasteczek do srodka, jest to swoista dążność do zmniejszania powierchni. Sily napiecia powierzchniowego działają prostopadle do powierchni, wielkość napiecia wody jest uzalezniona od temp i zasolenia
przewodnictwo elektryczne-w głównej mierze zalezy od zaolenia. Woda czysta chemicznie ma niskie przewodnictwo elektryczne, sole w niej rozpuszczane powoduja jego wzrost
ruchliwość-wynika z podatności na czynniki fizyczne zewnetrzenie, np. fale, prady, gejsze, wywolane wiatrem, wynika tez właściwości kapilarnych ->ruch wody w gruncie
pojemność cieplna-woda ma ja bardzo wysoka, najwyzsza z popularnych cieczy zasolenie zmniejsza pojemność cieplna wody. Miedzy 0oC a 4oC ona spada, potem rosnie. Pojemność ciepla w zestawieniu z dużymi masami ocenaow ma wpływ na klimat, pory roku sa nieco przesunięte w stosunku do klimatu kontynentalnego
utajone cieplo parowaniatrzeba dostarczyc tego ciepla aby woda parowala
utajone cieplo zamarzania-tzrbea cieplo odebrac, przy zamarzaniu utajone cieplo jest silnym czynnikiem wpływającym na klimat. Dluzje utzrmuje się temp 0oC
hydrodynamika zajmuje się prawami ruchu ciecy. Zachodza tu zależności miedzy ciśnieniem, prędkością i przyspieszeniem
wyróżniamy dwa rodzaje ruchow:
-ustalony(trwaly)
-jeśli jego elementy nie ulegaja zmianie z upływem czasu dzielimy go na:
-jednostajny-gdy srednie prędkości i natężenie przepływu w poszczególnych przekrojach przewodu sa takie same. Jednostajny jest zawsze ustalony
-zmienny-gdy zachowany zostaje staly przeplyw a zmiane ulegaja prędkości ruchu wody. Ten ruch może występować w ruchu ustalonym, natomiast zawse wystepuje w ruchu nieustalonym
-nieustalony(trwaly)
-elementy w ruchu cieczy zmieniaja się z upływem czasu
tor czasteczki cieczy:
-jest to droga jaka zakresla ta czastka w przestrzeni płynącej masy cieczy
linia pradu-linia poprowadzona w polu prędkości w ten sposób, ze styczne do niej w każdym punkcie wskazujaw danej chwili kierunek wektora prędkości
w ruchu ustalonym linie pradu pokrywaja się z torami czastek. W ruchu nieustalonym czastka może przechodzic z upływem czasu z jednej linii pradu na drugi
struga cieczy-to pek linii pradu przechodzących prez bardzo maly element powierzchniowy wyodrębniony w przestrzeni wypelnionej poruszająca się ciecza, ma jakis przekroj poprzeczny
Rurka pradu-jest to zbior linii pradu ograniczający zewnetrzna powierchnie trugi cieczy
Strumien cieczy-jest to zbior elementarnych strug przepływających przez dowolne wyodrębnione pole powierchni przekroju poprzecznego, np. woda przeplywajaca w rurce lub otwartym korycie
Prędkość cieczy-stosunek drogi do czasu przy malych przyrostach drogi do malych przyrostow czasu
V=delta l/delta t
Prędkość cieczy to także granica do której zdaza stosunek przyrostu drogi do przyrostu czasu jeśli delta t dazy do zera
V=Lim(na dole delta t0)delta l/delta t
Srednia prędkość cieczy-stosunek przepływu do powierchni strumienia
Vsr=Q/A
W praktyce mówiąc o prędkości mowimy o prędkości średniej
Warunek ciągłości ruchu ieczy
Ciągłość cieczy jest zachowana gdy przez każdy przekroj przewodu plynie w każdej chwili ta sama ilość cieczy
V1A1=V2A2=Q=const
Przeplyw jest staly, gdy przy zmianie przekroju zmienia się prędkość
Zachowanie ciągłości ruchu jest koniecznym warunkiem dla dalszych rozwazan
Ciecz doskonala:
-nie posiada lepkości
-nie stawia oporu przy rozciaganiu
-jest niescisliwa
-nie zmienia objętości pod wplywm zmian temp
-ma stala gęstość i ciezar właściwy
-nie paruje i nie pochlania gazow
Równani Bernoulliego:
założenia
-ciecz doskonala
-ruch ieczy jest ustalony i ciągły
-na ciecz dziala tylko sila ciężkości
Przy przemieszczaniu przez 2 przekroje zachodzi zmiana:
1.spada wysokość położenia
2.zmniejsza się przekroj-wzrasta wysokość ciemnienia
3. wzrasta wysokość prędkości
4. linia energii przebiega poziom, nie zmienia się
dla dowolnego przekroju:
dla każdego przekroju strug cieczy doskonalej znajdującej się wyłącznie pod wpływem dzialania sily ciężkości suma wysokości prędkości, wysokości ciśnienia i położenia jest wartością stala
wzor ten można spokac jako wyrażenie ciśnienia
w przeplywei cieczy rzeczywistej, przez tarcie, następują nieodwracalne straty energii, lepkości nie można tu ominąć
alfa-wspolczynnik korygujący energie strumienia wartości od 1-0,1 jeśli nie jest wymieniona to alfa=1
ruch laminarny (warstwowy)-wystepuje pzy malych prędkościach, przewazaj w nim sily tarcia
Ruch turbulentny (burzliwy)-przy większych prędkościach przeważają sily bezwładności i czasteczki cieczy obijaja się o siebie i ze sciankami powstaja dodatkowe ruchy
Liczba reynoldsa
Re=Vd/V(sktecone)
V-predkosc przepływu
d-srednica przepływu
V(skrecone)-lepkosc kinetyczna
Przy przejsciu z ruchu laminarnego do burzliwego Re wynosi na ogol 2300
Wpolczynnik liniowych oporow hydraulicznych
=64/Re—ruch laminarny
k-bezwzgledna chropowatość
d-srednica przeplywu
Ruch wody w korytach otwartych
Spadek hydrauliczny-to roznica wysokości zwierciadla
L-odleglosc pozioma miedzy przekrojami
L1-dlugosc odcinka
Alfa<2stopnie przyjmuje się ze sin alfa(stosunek przekatnych do przyprostakatnych) jest rowny tangensowi tego kata
J=deltaH/L przy tych malych katach
Kształt koryta nawiązany do krztaltu figury geometrycznej spowodowany przekrojem do krzyaltu zbliżonego do figury geometrycznej
Podstawowoa wartością jest PROMIEN HYDRAULICZNY
Rn=delta/V-przewod zwilzony
przekroj hydrauliczny najkorzystniejszy-jest to przekroj głębokość którym przy stalej wielkości pola przekroju, stlej szorstkości koryta głębokość jednakowym spadku uzyskanym największe netaezenie przepływu wody
głębokość przypadku przekroju zamkniętych przekroj hydraulicznie najkorzystniejszy wyraza się wzorem
Rn=alfa/4
głębokość-srednica przewodu
ten warunek zostajr zachowany dal polowy Kola która wpisana jest głębokość przekroj trapezowy. Trapez będzie stanowil szczesciokatu opisanego na kole
Rh=t/2
Strumien wody Głębokość ruchu zmiennym
Rownaie Bernoulliego zostaje zachowae. Wraz ze wzrostem prędkości, stratynergii sa coraz wyższe. Przez to nie zostaje zachowana proporcja miedzy spadkiem zw.wady Głębokość dwa a prędkością. Jest jednak caly czas staly przeplyw
Ruch krytyczny-enenrgia osiaga tu wartość minimalna. Kryteria tego ruchu.
A-powierzchna przekroju poprzecznego
B-szerokosc zwierciadla wody
Alfa-wspolczynnik
Q-przelyw
g-przyspieszenie
Głębokość krytyczna zalezy od charakteru koryta
Sa to przemiany w strumieniu płynącej wody
Ruch krytyczny to taki ruch w którym przy stalym przepływie energia strumienia osiaga wartość minimalna lub przy stalej energii strumienia oiaga maksimum.
Odskok wodny sluzy do rozpraszania energii poniżej budowli pietrzonych. Jest to praktycznie wykorzystanie przjsciea z ruchu krytycznego do nadkrytycznego
Przy spiętrzeniach wystepuje ruch zwolniony
Ruch wody w przewodach zamkniętych
Tarcie wg Newtona
Podstawowa roznica miedzy ciecza doskonala a cieczami rzeczywistymi polega na obecności lepkości
Miedzy plytkami panuje stale ciśnienie, plytka porusza się z prędkością u
Zmiany następują w sposób liniowy
u=0 (n=0) i u=un (n=h)
Jeżeli zmiana prędkości zachodzi proporcjonalnie do odległości do plytki
Naprężenia styczne stosunek sily T do powierchni plytki
O charakterze ruchu cieczy decyduje jej lepkość:
Sytuacje w których stosuje się rownanie Bernoulliego dla cieczy doskonalej gdy mamy do czynienia z ciecza rzeczywista
1.gdy wymiany przekroju poprzecznego sa tego rzedu ze można ominąć roznice wysokości położenia poszczególnych punktow przekroju do obliczen wysokości położenia srodka ciekzosci przekroju, co oznacza, ze można pominąć roznice ciśnień panujących w poszczególnych punktach tego przekroju.
2.gdy strumien plynie poziomo a w przekroju pionowym panuj hydrostatyczny rozklad ciśnień, co oznacza, ze suma wysokości położenia i wysokości ciśnienia jest jednakowa dla wszystkich strug tego samego przekroju.
Współczynnik sanwenanta:
Alfa-koryguje rozkłady prędkości w roznych rodzajach przekrojow poprzecznych
Wartość alfa dla przewodow pod ciśnieniem
a) przeplyw laminarny alfa=2
b) przeplyw turbulentny
-rury chropowate alfa=1,08
-rury gładkie 1,028<alfa<1,058
Linia energii dla strumienia cieczy rzeczywistej
Jeśli miedzy doma przekrojami linia energii podniesie się oznacza to ze do strumienia dostarczono dodatkowa ilość energii, np. pracuje tu pompa
Linia ciśnień piezometrycznych-wskazuje ysokosc ciemnienia w przewodzie, jest obnizona o linie ciśnienia atmosferycznego
2320-dolna lirytyczna wartość liczby reynoldsa, może ona wynieść az do 50000-gorna lirytyczna wartość tej liczby
w zakresie tych wartości ruch może być zarówno ruchem laminarnym jak i turbulentnym. Tu ruch laminarny nieestetyczny-najmniejsze zaburzenie powoduje przejscie do ruchu burzliwego
Ruch laminarny:
-przeplyw cieczy o bardzo dużej lepkości-smola
-przeplyw cieczy przez ośrodki porowate-ruch wody gruncie, przeplyw przez filtr
ruch w kapilarach
-ruch wody w instalacjach grawitacyjnych centralnego ogrzewania
rozklad prędkości w strumieniu:
pr.srednica jest rowna polowie pr. Maksymalnej-ruch laminarny, ruch pr. Liniowy
ruch turbulentny-duza utrata energii przez ruchy pulsacyjne
pr srednia jest niewiele nizsza od pr maksymalnej, przy sciankach pr wzrasta prawie liniowo, tworzy się warstwa cieczy o pr. Zerowej, cz. Które sa blisko scianek nie mogą wykonywac ruchow pulsacyjnych. W warstwie przylegającej do ścian przewodu ruch ma charakter laminarny- jest to podwarstwa laminarna. Jej grubość jest bardzo mala. Ma ona bardzo duzy wpływ na opory ruchu cieczy w przewodach. Jeżeli ona pokrywa wszystkie nierówności w przewodzie to ciecz porusza się jakby w przewodzie gładkim technicznie, czyli przy malych wartościach l reynoldola, chropowoatosc przewodu nie odgrywa zadnej roli. Dopiero gdy chropowatość jest wieksza od grubości podwarstwy laminarnej odrywaja role
opory liniowe oblicza się:
Dla ruchu lawinowego
A-wspolcznik, zalezy od kształtu przekroju poprzecznego przewodu
Dla przewodu o przekroju kolowym
zaszepcz srednica przewodu- jest to srednica takiego przewodu w którym ciecz plynie w ilości rownej sumie natężeń przepływu w poszczególnych odcinkach rozpatrywanego układu przewodow polaczonych rownolegle
przewody dlugie-dlugosc jest dalekowieksza od średnicy co powoduje, ze glowna przyczyna ubytku energii mechanicznej sa opory tarcia na długości przewodow. Opory miejscow najczesicej się pomija lu zamienia na równoważne im opory liniowe
-magistrale wodociągowe
-magistrale ciepłownicze
-rurociagi naftowe
wypływy cieczy przez otwory i przelewy
wyróżniamy dwa podstawowe otwory, podzial wynika z roznicy w prędkościach strumienia wypływającego wody
otwor niezatopiony-otwor przez który woda wyplywa do przestrzeni wypelnionej gazem o ciśnieniu mniejszym od cienisnie wody w zbiorniku na poziomie otworu. Dzielimy je ze względu na charakter na:
-male-można w ni pominąć roznice wysokości cienienia i i wysokości prędkości w roznych jego punktach
-duze- nie można tego pominąć
otwory w dnie bez względu na wymiary traktowane sa jak otwory male
otwor zatopiony- ciecz przepływa z jednego zbiornika do drugiego przez otwor usytuowany poniżej obu zwierciadel wody
wspolcznnik wydatku zalezu od:
-ksztaltu otworu
-wymiaru otworu
-ustyuowania stosuku do scianek i zbiornika
przelew- gdy na trasie koryta ieczy znajdzie się przegroda, ciecz będzie probowalac wyplynac z tego spietrzenia. to jest to miejsce z którego ciecz wyplywa ze zbiornika
przelew czolowy-ustyuowany w osi strumienia
przelw boczny-krawedzie rowolegle do przepływu wody
klasyfikacja przelewowo:
1.w zależności od położenia zwierciadla cieczy względnej korony przelewu-> przelew zatopiony i niezatopiony
2.od kształtów przelewu
3.od jego szerokości w stosunku do szerokości koryta
ze wzgelud na:
-ostra krawędź- grubość sciany nie wpływa na kształt przelewającego się strumienia cieczy
- kształty praktyczne-strumien splywa po ściance od strony dlonej wody
-przelew o szerokiej koronie
ze względu na ksztalt wycięcia korony:
-prostokatne
_trojkatne
-trapezowe
-polokragle
dzielimy na:
-proste
-ukosne
-boczne
-lamane
-krzywoliniowe
-pierscieniowe
Ruchy wodny jednorodność gruncie:
Filtracja-ruch wody jednorodność ośrodku porowatych
Wody gruntowe-wystepuje to wodne zwierciadlo wod podziemnych, ograniczone od dolu warstwa nieprzepuszczalna
Wody artezyjskie-ograniczone sa warstwam nieprzepuszczalnymi i z dolu i z gory, oraz pod ciśnieniem wyższym niż ciśnienie atmosferyczne
Na wielkość filtracji ma wpływ budowa gruntu
Miarodajna srednica ziarna-grunt zbudowany z krz. o tejze średnicy ma takie wl filtracyjne jak badana probka gruntu
To jest te punkt 10% ziarna o średnicy rownej lub mniejszej stawiana 10% na krzywej przesiewu. Jest ona wykorzystywana jednorodność obliczeniach
jednorodność gruntu-jest to grunt który w roznych punktach ma jednakowe wlasiwosci fizyczne
izotropowosc gruntu-jest to grunt którego właściwości filtracyjne niezaleza od kierunku ruchu wody. Jeśli zaleza to grunt nazywamy anizotropowym
Ruchy wody w gruncie jest często laminarny
Prędkość filtracji
V=kJ
Q=kFJ
k-wspolczynnik filtracji (WSP. Przesączalności)
J- spadek lini ciśnień
k zalezy od gęstości cieczy, lepkości i temp
k jest to pr.filtracji przy J=1 i k=V
Przyjmuje się ze gliny i siły sa praktycznie nieprzepuszczalne bo prędkość filtracji jest bardzo niska
Metoda określania filtracji
1) metoda polowa
Wykonujemy 2 studnie, badawcza i kontrolna. Ze studni badawczej pompujemy wode. Nowe zwirciadlo się stabilizuj. Na podstawie roznicy wysokości w dtudni badawczej i w studni kontrolnej i odległości miedzy tymi studiami okresla się wartość współczynnika filtracji. Uwzglednia niejednorodność gruntu.
2) metoda laboratoryjna (apart Derki)-rura z gruntem i się oblicza WSP.
3)metoda obliczeniowa
k=3,75 10(-3) n/(1-n)2 ł dm2
Ł-poprawka na temp
dm-miarorodna srednica ziaren
Dm=1/e9i/di
n-ilosc czesci składowych na które dzieli się proby gruntu
gi-cz.skladowa probki gruntu wyrazona jako wulamek masy calej probki
di-przecietna srednica składowej probki, rowna średniej wartości ze średnic gromicznych
dopływ wody do rowni
rodzaje studni:
-zwykle-my kopiemy i woda wyplywa
-absorbcyjnaa (pochlaniajaca) -wlewamy wode do otworu
-artezyjska-same wybijaja wode
zwykle dzielimy na:
-zupelnie-sa opuszczane do warstwy nieprzepuszczalnej
-niezuplenie-sa usytuowane w warstwie wodorowej nad stripem warstwy nieprzepuszczalnej
studnie promieniste-stosuje się w celu zwiekszenia wydajności.