Свойства несжимаемых жидкостей

Плотность

Под плотностью ρ понимают отношение массы вещества к занимаемому им объему. Для жидкостей (в том числе и для воздуха) в общем случае она зависит от давления p и температуры T. Наибольшие скорости движения, достигаемые наземным транспортными средствами (см. статью Тенденции развития технических показателей автомобилей, рисунок 10), имеют значение порядка скорости распространения звука в воздухе a_∞ = 340 [м/с] = 1225 км/час.

При обтекании тел, движущихся с такими скоростями, весьма существенное значение имеет сжимаемость воздуха, т.е. изменение его плотности вследствие изменения давления и температуры. Максимальные скорости движения автомобилей, в том числе спортивных и гоночных, составляют примерно 1/3 скорости звука, т.е. потоки, обтекающие автомобиль, имеют скорость V_∞ < a_∞/3.

Во всей этой области скоростей возникающие в поле обтекания изменения давления и температуры по сравнению с окружающей средой относительно малы, поэтому соответствующим изменением плотности можно пренебречь, т.е. обтекающая автомобиль среда вполне может считаться несжимаемой. Таким образом, плотность среды принимается постоянной. Для воздуха при нормальных условиях (p = 1 атм, Т = 0°C) она составляет ρ = 1,251 кг/м³.

Вязкость

Под вязкостью жидкости понимают ее свойство передавать касательные напряжения между слоями жидкости, а также между жидкостью и ограничивающими стенками. Это свойство связано с наличием внутреннего (молекулярного) трения. По закону Ньютона

τ = μ du/dy,						(1)

т.е. напряжение сдвига τ пропорционально градиенту скорости (рисунок 1).

Коэффициент пропорциональности μ характеризует свойства среды, он называется динамическим коэффициентом вязкости. В общем случае он зависит от температуры.

Часто при рассмотрении жидкостей используется отношение

ν = μ / ρ,						(2)

называемое кинематическим коэффициентом вязкости. Он зависит от давления и температуры. Для несжимаемых жидкостей коэффициенты μ и ν зависят только от температуры. При нормальных условиях (p = 1 атм, T = 0°C) их значения составляют:

μ = 1,717·10^-5 Н·с/м²;

ν = 1,373·10^-5 м²/с.

Вязкость жидкости является физической причиной возникновения сопротивления трения при наличии градиента скорости относительно стенок.

Теплопроводность

Под теплопроводностью жидкости понимают ее способность передавать теплоту от одного слоя к другому, а также от жидкости к ограничивающим стенкам. По закону теплопроводности Фурье:

,						(3)

т.е. плотность теплового потока (количество теплоты, передаваемой через единицу площади, перпендикулярной к тепловому потоку, в единицу времени) пропорциональна градиенту температуры (см. рисунок 1). Коэффициент пропорциональности λ также характеризует свойства среды, он называется коэффициентом теплопроводности и зависит от температуры. Для воздуха при нормальных условиях (Т = 0°C)

λ = 0,0242 Дж/м·с градус = Н/с градус.

Теплопроводность жидкости является физической причиной передачи тепла при наличии разности температур обтекаемых стенок.

О законах и особенностях внешнего обтекания автомобилей читайте также

1. Вопросы механики обтекания автомобилей
2. Основные уравнения потока
3. Аэродинамическое сопротивление тел

Есть вопросы? ЗАДАВАЙ!