Механика жидкости

Теоретической базой для расчета систем водоснабжения и водо­отведения является механика жидкости, зародившаяся как экспери­ментальная наука и получившая теоретическое обоснование в рабо­тах Паскаля, Ньютона, Эйлера, Д. Бернулли, и оформившаяся затем в современную гидродинамику, благодаря работам О. Рей­нольдса, Н. Е. Жуковского, Л. Прандтля.
Механика жидкости имеет три раздела: гидростатику, кинемати­ку жидкости и гидродинамику. Предпошлем этим разделам раздел с описанием общих свойств жидкости.
Движущаяся жидкость характеризуется скоростью, плотностью и давлением.
Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность в системе СИ измеряется в кг/м³ и для воды составляет 1000 кг/м³. Система СИ использует в качестве основных единиц длину, измеряемую в метрах (м), время, измеря­емое в секундах (с), массу, измеряемую в килограммах (кг).
Давление — это отношение силы, действующей на площадку в нормальном к площадке направлении, к площади площадки:

P=F/S.

 Для измерения давления в системе СИ используется единица Паскаль (Па), равная силе в 1 Ньютон (Н), распределенной по площади 1 м²:

1 Па=1 Н/1 м²

 Имеются более крупные единицы — килопаскаль (кПа) и мега­паскаль (МПа)

1 кПа = 1000 Па, 1 МПа=10⁶ Па.

 Нередко применяется внесистемная единица измерения давле­ния — техническая атмосфера (атм)

1 атм «10^s Па=0,10 МПа.

 Сжимаемость жидкости проявляется при очень больших давле­ниях, имеющих величину порядка 20000 атм. Известно, что если взять объем жидкости при нормальных условиях и приложить давление 20000 атм, то первоначальный объем жидкости уменьшит­ся в 2 раза.
При меньших давлениях сжимаемость жидкости проявляется более слабо, однако в инженерных задачах это свойство жидкости нужно учитывать. Коэффициент сжимаемости жидкости Bw вводится на основании следующего опыта. Если в сосуде имеется объем жидкости w при давлении р и давление увеличилось на Ap, то изменение объема жидкости составит  Aw или минус Aw, если учесть знак.
Коэффициентом сжимаемости жидкости называется величина

Для воды величина коэффициента сжимаемости равна

 Приведем задачу, на основании которой может быть проил­люстрировано влияние сжимаемости жидкости при сравнительно небольших давлениях.
Трубопровод длиной L и диаметром d заполнен водой при давлении 1 атм. Сколько надо добавить воды, чтобы давление в трубопроводе повысить на величину р=20 атм.
Задача относится к ситуации, когда вновь построенный трубо­провод хотят проверить на герметичность и прочность сварных соединений, т. е. провести опрессовывание трубопровода. Для мно­гих установок, работающих при повышенном давлении, принято производить испытание при давлении, на 25% превышающем то давление, при котором этой установке придется работать. Для решения задачи возьмем формулу , определяющую коэффици­ент сжимаемости Bw, разрешим ее относительно Aw/w и подставим в нее исходные данные:

 Это значит, что для проведения опрессовывания трубопровода, заполненного водой, надо иметь 1/1000 долю от уже имеющегося в трубопроводе количества воды.
Если трубопровод имеет большую протяженность и большой диаметр, то количество жидкости, необходимой для спрессовыва­ния, может быть достаточно большим.