1-mavzu. Gidravlika fani va uning rivojlanish tarixi suyuqliklarning fizik-mexanik xossalari. Reja: Кириш

Ba’zi suyuqliklarning zichliklari.

1.6-jadval

Suyuqlik	Harorat t, C^0	Zichlik ρ, kg/m^3	Suyuqlik	Harorat t, C^0	Zichlik ρ, kg/m^3
Presnaya suvi	15	999	Atseton	20	790
Dengiz suvi	15	1020	Yog’och spirti	0	800
Simob	15	19560	Alkogol	15	720
Kastor moyi	15	970	Suvsiz glitsirin	0	1260
Kerosin	15	790-820	Neft	20	760-900
Benzin	15	680-780
Benzol	0	900

Atmosfera bosimidagi suvlarning zichligi.

1.7-jadval

Harorat t, C^0	Zichlik ρ, kg/m^3	Harorat t, C^0	Zichlik ρ, kg/m^3	Harorat t, C^0	Zichlik ρ, kg/m^3
0 4 10 20	999,82 1000,00 999,73 998,23	30 40 50 60	995,67 992,24 988,07 983,24	70 80 90 100	977,81 971,83 965,34 958,38

Istalgan harorat va atmosfera bosimida neft mahsulotlarini zichligini aniqlash uchun Mendeleyev formulasidan foydalaniladi:

, (1.3)

1.1-rasm.Areometr Asbobi

bu yerda, - mos ravishda t va 15 C haroratlardagi neft mahsulotlarinig zichliklari; - neft mahsulotlari hajmiy kengayishining harorat koeffisienti.

Suyuqlik zichligini turli usullar bilan aniqlash mumkin. Ishlab chiqarish sharoitlarida zichlikni maxsus areometr asbobi bilan o’lchash mumkin (1.1-rasm). Areometr suyuqlikka botiriladi va u suyuqlikda suzadi. Suyuqlikning zichligi qancha katta bo’sa, areometr naychasi shuncha kam botadi. Naycha shkalasida suyuqlik zichligi ko’rsatilgan.

Gazsimon suyuqliklar tomchili suyuqliklarga qaraganda ancha kichik zichlikka ega bo’lib, bosim va haroratga bog’liq holda katta o’zgarishga molik bo’ladi.

Boyl-Mariott va Gey-Lyussak qonunlariga bo’ysunuvchi ideal gazlar uchun bosim, zichlik va haroratlar orasida quyidagi bog’lanish mavjud:

(1.4)

Bizga ma’lumki, bu tenglama ideal gazlar uchun holat tenglamasidir. Bunda R- solishtirma gaz doimiysi bo’lib, u o’zgarmas bosimda 1kg gazni 1k ni qizdirish natijasida kengayishi bajargan ishiga teng. Gaz doimiysi birligi

Ba’zi gazlarning zichligi bo’lganda) va gaz doimiysi 1.8-jadvalda keltirilgan.

Ba’zi gazlarning zichligi va doimiysi

(1.8-jadval)

Gaz	ρ, kg/m^3	R	Gaz	ρ, kg/m^3	R
Havo Kislorod Azot Vodorot Uglekislota	1,293 1,429 1,251 0,090 1,977	287,0 259,8 296,8 4124,0 188,9	Argon Geli Metan Etilen Ammiak	1,783 0,179 0,717 1,251 0,771	208,2 2078,0 518,8 296,6 488,3

Real gazlar (1.4) holat tenglamasiga bo’ysunmaydi. Ular xossalarining bu tenglamadan chetlanishi bosim oshishi va harorat tushishi bilan orta boradi, hamda katta bosim tajriba yo’li bilan o’rnatiladigan tuzatuvchi siqilish koeffisentlarini kiritish bilan hisoblanadi.

Siqilish. Suyuqlikning bosim o’zgarganda hajmini o’zgartirish xossasi hajmiy siqilish koeffisienti bilan xarakaterlanadi. Hajmiy siqilish koeffisienti birligi yoki . Siqilish koeffisienti bosim o’zgarish birligiga to’g’ri keladigan suyuqlikning nisbiy hajm o’zgarishini ko’rsatadi:

(1.5)

Formuladagi manfiy ishora bosim ortishi bilan suyuqlik hajminig kamayishini ko’rsatadi.

O’zgarmas massada

(1.6)

ekanligini nazarga olib,

(1.7)

ifodaga ega bo’lamiz.

Ba’zi suyuqliklarning siqilish koeffisienti

(1.9-jadval)

Suyuqlik		Suyuqlik
Suv Neft Efir	4,75 7,40 11,0	Simob Benzin Glitserin	0,30 9,20 2,50

Siqilish koeffisientiga teskari kattalik, hajmiy elastiklik moduli deyiladi:

Hajmiy elastiklik modul, siqilish koeffisienti singari o’zgaruvchan. U bosim va haroratga bog’liq ravishda o’zgaradi.

Suv uchun hajmiy elastiklik moduli

(1.10-jadval)

Harorat ^0C	Bosim, MPa
	0,5	1	2	4	8
0 5 10 15 20	1,89 1,93 1,95 1,97 1,98	1,90 1,95 1,97 2,00 2,02	1,92 1,97 2,01 2,03 2,12	1,95 2,01 2,05 2,09 2,12	1,98 2,07 2,12 2,17 2,22

Neft mahsulotlari uchun hajmiy elastik modulni o’rtacha deb qabul qilish mumkin.

Tomchili suyuqliklarda juda kichikligi va gidravlik hodisalar ta’siri nihoyatda kamligi sababli, ko’pincha ularni muhim o’rin tutadigan alohida holatlardan (gidravlik zarba) tashqari hisobga olinmaydi.

Haroratli kengayish. Qizdirishda suyuqlikning kengayishi haroratli hajmiy kengayish koeffisienti bilan xarakterlanadi. Bosim o’zgarmas bo’lganda, harorat ga o’zgargandagi suyuqlik hajmining o’zgarishini ifodalaydi:

Ko’p suyuqliklar uchun koeffisient bosim ortishi bilan kamayadi.

Haroratli hajm kengayish koeffisienti birligi yoki

Haroratli hajm kengayish koeffisienti siqilmaydigan suyuqliklar uchun nihoyatda kichik (masalan,suv uchun dan gacha haroratda va bosimda ).

Neft mahsulotlar uchun da o’rtacha qiymati

1.11-jadval

ρ, kg/m^3	700	800	850	900	920
	0,00082	0,00077	0,00072	0,00064	0,00060

Ko’pincha gidravlik hisoblarda suyuqlikning haroratli kengayishi hisobga olinmaydi.

Suyuqlikning to’yingan bug’lar yoki elastikligi bosimi deb, shunday bosimga aytiladiki, bunda suyuqlik bug’lari bilan muvozanatda bo’ladi va suyuqlikdan bug’ga o’tadigan molekulalar soni teskari o’tishni amalga oshiradigan molekulalar soniga teng bo’ladi.

Har hil suyuqliklarning to’yingan bug’lari bosimi haroratga bog’liq bo’lib, uning ko’tarilishi bilan orta boradi (1.12-jadval)

To’yingan bug’lar bosimi

1.12-jadval

Suyuqlik	Suyuqlik harorati t, ^0C
	0	5	10	20	30	40
Suv Yengil neft Benzin Loyli qorishma	613 3430 6468 -	872 - - -	1225 - 7938 1764	2332 7840 10682 3136	4214 - 16562 5390	7350 13720 22538 8320

1.12-jadval davomi

Suyuqlik	Suyuqlik harorati t, ^0C
	50	60	70	80	90	100
Suv Yengil neft Benzin Loyli qorishma	12348 - 31948 13720	19894 37240 - -	31164 - - -	47334 85260 - -	70070 - - -	101325 - - -

To’yingan bug’lar bosimini ham, berilgan haroratda suyuqlik qaynashi nuqtasiga mos bo’lgan bosim kabi aniqlash mumkin. Shuning uchun, masalan, agar suyuqlik qandaydir idishda (rezervuar o’tkazgich quvur) bo’lib, bunda bo’lsa, suyuqlik qaynaydi, idish esa unung bug’lari bilan to’ladi.

Qovushoqlik - suyuqlikning qatlamlar nisbiy siljishiga qarshilik ko’rsatish xossasi.

Suyuqlik qatlamlarining nisbiy siljishida bir-biriga tekkan sirtlarida siljishga qarshilik qiluvchi kuchlar, ya’ni ichki ishqalanish kuchlari yoki qovushoqlik kuchlari paydo bo’ladi. Bu kuchlar sababli, suyuqlikning sekin harakatlanayotgan qatlami tezroq harakatlanayotgan qo’shni qatlamga halaqit beradi va teskarisi. Ichki ishqalanish kuchlari harakatlanuvchi qatlamlarda molekulyararo bog’lanishlar bo’lganligi uchun paydo bo’ladi.

Suyuqliklarda ichki ishqalanish kuchlarini birinchi bo’lib N’yuton topgan. U ichki ishqalanish kuchlarining qatlamlar bir-biriga tekkan yuzalari va qatlamlar siljishi nisbiy tezligiga proporsionalligini o’rnatdi.

Keyingi tajribalar, ichki ishqalanish ta’siri natijasida paydo bo’ladigan urinma kuchlanishlar qiymatlari quyidagiga tengligini ko`rsatdi:

bu yerda -dinamik qovushoqlik koeffisienti, - siljish deformasiyasi tezligi. Suyuqlikning silindrik quvurdagi qatlamli to’g’ri chiziqli harakatini qaraymiz (1.2-rasm). Suyuqlik halqali qalinlikdagi konsentrik silindrik qatlam bilan harakatlanayotgan bo’lsin. Bunda qatlamlar tezligi o’qdan quvur devori tomon kamayadi.

Qo’shni qatlamlarda tezlik farqlari ga eng. Qatlamlar bir-biriga tekkan sirtlarda ichki ishqalanish kuchlari sodir bo’ladi.

1.2-rasm. Suyuqlikning silindrik quvurdagi qatlamli to’g’ri chiziqli harakati

Suyuqlikning elementar hajmini qaramaymiz (1.2-rasm). Qatlamli
harakatlardagi tezliklar farqlari natijasida tezligi

bo’lgan siljish deformasiyasi sodir bo’ladi, bundan esa

bo’ladi. Bu yerda -tezlik gradienti.

Demak, qatlamli harakatda siljish deformasiyasi tezligi tezlik gradientiga teng:

Unda N’yuton tomonidan topilgan ichki ishqalanish qonuniga ko’ra, urinma kuchlanish qiymati quyidagicha bo’ladi:

(1.9)

bu yerda -dinamik qovushoqlik, tezlik gradienti birga teng bo’lganda suyuqlik qatlamlari tekkan birlik yuzasiga to’g’ri keluvchi ishqalanish kuchiga dinamik qovushoqlik deyiladi.

Puazeyl sharafiga qovushoqlik birligi deb, nomlangan.”SI” tizimida dinamik yopishqoqlik .

Hisoblarda kinematik qovushoqlik tushunchasi keng qo’llaniladi,Kinematik qovushoqlik suyuqlik dinamik qovushoqligining zichligi nisbatiga teng:

(1.10)

“SI” tizimida kinematik qovushoqlik birligi shuningdek “stoks” deb ataladigan birlik; .

1.13 va 1.14-jadvallarda suvning va ba’zi bir suyuqliklarning kinematik qovushoqliklari keltirilgan.

Suvning kinematik qovushoqligi

1.3-jadval

t, ^0C		t, ^0C		t, ^0C
0 5 10	0,0178 0,0152 0,0131	12 15 20	0,0124 0,0114 0,0101	30 50 100	0,0080 0,0055 0,0028

Ba’zi bir suyuqliklarning kinematik qovushoqligi

1.4-jadval

Suyuqlik	t, ^0C		Suyuqlik	t, ^0C
Benzin Vinoli spirt Kerosin Glitserin	18 18 18 20	0,0065 0,0133 0,0250 8,7000	Simob Suyuq po’lat (0,3 %, C)	0 1550	0,00125 0,00370

Neft qovushoqliginig kimyoviy tarkibga va molekulyar tizimga bog’liqligi har xil qiymatlarda bo’lishi mumkin.

Neft qovushoqligining haroratga bog’liqligi P.A.Filimonov formulasi bilan yaxshi ifodalanadi:

(1.11)

bu yerda , -mos ravishda t va o^oC haroratlardagi neftning kinematik qovushoqligi;

-natural logarifmlar asosi ( ); _- tajriba ma’lumotlari bo’yicha o’rnatiladigan koeffisient.

koeffisientni aniqlash uchun va haroratlardagi neftning va qovushoqliklarini bilish kerak:

Qovushoq neftlar uchun da ning o’rtacha qiymati teng. Qovushoqlik oshishi bilan qiymati ham ortadi.

Gazlar uchun qovushoqlikning bosim va haroratga bog’liqligi katta ahamiyatga ega. Bosim oshishi bilan gazlar qovushoqligi kamayadi, harorat ko’tarilishi bilan esa oshadi va teskari (1.15-jadval).

Ba’zi gazlarning kinematik qovushoqligi

1.15-jadval

Gaz	t, ^0C	MPa
Havo Havo Havo Havo Kislorod Vodorod Geliy Uglerod okisi	0 100 0 0 0 0 0 0	1 1 0,01 100 1 1 1 1	0,133 0,245 13,3 0,00133 0,014 0,945 1,060 0,130

Sirt taranglik. Suyuqlik va gaz bo’linish sirti ostida joylashgan suyuqlik qatlamida sirt taranglik paydo bo’ladi. Bu qatlamni hosil qiluvchi molekulalar gaz molekulalariga nisbatan bir-biriga ancha kuchli tortilganligi bilan tushuntiriladi. Sirt taranglik kuchlari suyuqlik hajmiga sferik shaklni berishga intiladilar va suyuqlikda qandaydir qo’shimcha bosimni keltirib chiqaradi. Lekin bu bosim juda kichik hajmlardagina bo’ladi va sferik (tomchi) hajmlar uchun

formula bilan ifodalanadi. Bunda - suyuqlikning sirt taranglik koeffisienti , ; -sfera radiusi. Ba’zi suyuqliklarning havo bilan bo’lingan chegaralaridagi o’rtacha qiymati quyidagicha:

Suv…..0,073 Neft…..0,025

Spirt…..0,0225 Gliserin…..0,065

Benzol.....0,029 Simob…..0,490

Odatda, harorat oshishi bilan suyuqlik sirt tarangligi kamayadi.

Sath o’zgarishining ikki hil holati bo’lishi mumkin: 1) Agar suyuqlik devorni ho’llasa (masalan , suv), ko’tarilish bo’ladi. 2) Agar suyuqlik devorni ho’llamasa, tushish (simob) bo’ladi.

Suv uchun da shisha naychada kapilyar ko’tarilish (millimetrda)

formula bilan aniqlanadi. Bunda - naychaning ichki diametri.

Simob uchun o’sha sharoitlarda sath tushishi (mm)

bo’ladi.

Bosimni o’lchaydigan asboblarning foydalaniladigan shisha naychalarida va suyuqliklar oqib chiqishining ba’zi hollarida sirt taranglik kuchlari hisobga olinadi.

Gazlarning erishi. Suyuqliklarda gazlarning erishi hamma sharoitlarda kuzatiladi , lekin suyuqlikning birlik hajmdagi erigan gaz miqdori har xil suyuqliklar uchun turlicha bo’ladi.

Suyuqlikda gazning to’liq to’yinib erigan nisbiy hajmini bosimga to’g’ri proporsional deb hisoblash mumkin, ya’ni

bu yerda , normal sharoitlarda erigan gaz hajmi; - suyuqlik hajmi; - eruvchanlik koeffisienti; va - mos ravishda oxirgi va boshlang’ich gazning bosimlari.

Suyuqlikda bosim pasayishida undan gazning ajratilishi sodir bo’ladi, bunga ko’ra suyuqlikdan gaz, undagi erishdan ko’ra intensivroq ajralib chiqadi. Bu hodisalar har xil gidrosistema va gidravlik mashinalarga salbiy ta’sir ko’rsatadi.

Nazorat savollari.

1.Gidravlika fani nimani o’rganadi?

2.Suyuqliklarning aosiy fizik xossalarini sanab o’ting.

3.Suyuqliklar qaysi xususiyatlariga asosan, qattiq jism va gazlardan farq iladi?

4.Qovushoq bo’lmagan suyuqliklar deganda nimani tushunasiz?

5.Suyuqlikning hajmiy siqlish koeffitsienti nima?

6.Suyuqlikning kinematik va dinamik qovushoqlik koeffitsientlari deb nimaga aytiladi?

7.Suyuqliklarning qovushoqligi haqidagi Nyuton gipotezasi nimaga asoslanadi?

8.Qovushoqlik koeffitsienti qaysi asboblar bilan o’lchanadi?

9.Suyuqlik zichligi qanday aniqlanadi?

10.Haroratli hajmiy kengayish koeffitsienti qanday aniqladi?