5. Плотность и сплошность среды, основные определения, виды жидкостей, виды течений. Понятие о полных параметрах состояния.

Плотность – один из параметров состояния рабочего тела. Обратная величина для удельного объема.

Относительная плотность – отношение плотности вещества к плотности некоторого вещества при определенных физических условиях (воды при 3,98⁰С и 101325 Па или сухого воздуха при 20⁰С и 101325 Па).

Плотность в точке – предел отношения при стягивании объема к данной внутренней точке.

Постулат о сплошности (Даламбера-Эйлера): при изучении направленного движения жидкости и сил взаимодействия их с твердыми телами, жидкости можно рассматривать как сплошную среду, лишенную молекул и межмолекулярных пространств. Для справедливости постулата необходимо выполнение двух условий: 1) характерный размер тела должен быть много больше размера тела элементарной частицы; 2) размер элементарной частицы должен быть много больше длины свободного пробега молекул.

Количественная оценка сплошности среды производится с помощью критерия Кнудсена.

длина свободного пробега молекул, расстояние, проходимое молекулами от одного соударения до другого, ближайшее время соударения; характерный размер тела.

В зависимости от величины различают несколько видов течений:

• течения сплошных сред. При обтекании твердых тел поток сплошной среды полностью останавливается на поверхности, ограничивающей эти тела (гипотеза Прандтля о прилипании). Скорость и температура среды на поверхности тела равны параметрам самого тела. Между стенкой и средой возникает переходный слой толщиной , в котором скорость потока возрастает от нуля до скорости невозмущенного потока.

• течения разряженных сред. Различают три степени разреженности:

  • течения со скольжением, при которых наблюдается скольжение потока относительно стенки препятствия и различие температур поверхности стенки и потока. Поток ведет себя так, как будто часть его пограничного слоя условно проникла внутрь обтекаемого тела. Для исследования применяются уравнения для сплошных сред с поправками на скачки скорости и температуры.

  • переходная область течения разреженных газов. Постулат о сплошности, понятие о плотности в точке, законы газовой динамики сплошной среды не применяются.

  • свободномолекулярные течения. Газ состоит из отдельных молекул, не взаимодействующих между собой. Молекулы взаимодействуют с обтекаемыми телами только при соударении с ними. Расчет производится методами статической физики.

Жидкая частица – мысленно выделенная замкнутая поверхность с постоянной массой, возможностью перемещаться в пространстве, изменяя форму.

Контрольный объем – мысленно выделенная замкнутая проницаемая поверхность постоянного объема и неизменной формы, масса которого изменяется в зависимости от потока жидкости, проходящего через этот объем.

Состояние газа оценивается термодинамическими параметрами состояния – давлением, температурой, плотностью, которые являются статическими и воспринимаются объектом, неподвижным относительно потока.

Параметры заторможенного потока – параметры при торможении потока без потерь и энергообмена с окружающей средой, когда вся кинетическая энергия потока полностью переходит в потенциальную, и параметры принимают максимальное значение.