Основные физические свойства газов

Гидродинамикой сжимаемой жидкости называется раздел механики жидкости, изучающий основные законы движения сжимаемых жидкостей при больших перепадах давления и больших скоростях, причем масштабом скорости является скорость звука в жидкости. При изучении движения следует учитывать изменение её состояния - давления, плотности, температуры, т.е. должны использоваться законы термодинамики.

Гидродинамику сжимаемой жидкости называют газодинамикой (рассматриваются газы) или аэрогидродинамикой, если рассматриваются игазы и жидкости.

Течение газов (сжимаемых жидкостей) рассматривается с учетом ряда условий. Принимается, что газ лишен вязкости или влияние вязкости настолько мало, что им можно пренебречь. К массе газа не подводится тепло из окружающей среды и отсутствует обмен механической энергией. Поэтому процессы, сопутствующие течению газа, являются адиабатическими. Кроме того, в живых сечения потока распределение давления и скоростей течения принимается равномерным. Такая постановка задачи о течении газа называется одномерной.

Как было отмечено в начале курса, сжимаемость жидкости и газов характеризуется модулем упругости Е.

Изменение объема жидкости при изменении давления на D p равно

При т.н. стандартных условиях - температура T = 373 + 15 = 288 ° K и давление p = 1,0332 кгс/см² = 10332 кгс/м² = 101325 н/м² =760 мм рт. ст. модуль упругости воздуха равен - E_возд = 1,45 кгс/см², для воды E_вод = 21000 кгс/см².

Сжимаемость сплошной среды можно также характеризовать отношением приращения давления dp к приращению ее плотности d r. Это отношение равно квадрату скорости распространения звука в среде a²:

или

Характерной особенностью изучения сжимаемых жидкостей является необходимость учитывать соотношение между давлением p, плотностью (объемным весом) g = g r, удельным объемом и температурой T °К (Кельвина). Это соотношение называется уравнением состояния.

Для идеального газа уравнение состояния (уравнение Менделеева –Клайперона):

или

где: R = 29,27 м/°К - газовая постоянная;

g = 9,81 м/c² - ускорение силы тяжести.

Для воды при давлении p £ 25000 кгс/см² уравнение состояния выражается уравнением Тэта:

где B и n * приближенно можно считать постоянными: B = 3045 кгс/см², n * = 7,15.

Далее мы будем рассматривать быстропротекающие процессы, которые с большой точностью можно считать протекающими без обмена теплом, как с внешней средой так и между частями газа (жидкости) внутри, т.е. адиабатическими или изоэнтропическими (эти понятия совпадают для идеального газа), когда dS = 0.

Для газа уравнение состояния при изоэнтропических процессах