Hidraulică

INTRODUCERE

Cursul se ocupă cu studiul legilor echilibrului şi mişcării fluidelor în natură sau în construcţii tehnice concepute şi realizate de om.

Termenul hidraulică provine din îmbinarea cuvintelor greceşti hidor (apă) şi aulos (tub) şi a fost folosit pentru prima dată în Grecia antică la orga cu tuburi de apă. Prin extinderea preocupărilor hidraulicii la studiul întregului domeniu al lichidelor şi gazelor a apărut necesară utilizarea denumirii mecanica fluidelor. În paralel se utilizează termenul hidraulică, termen cu specific ingineresc.

Filtraţia fluidelor prin medii poroase sau fisurate, cu particularizare la stratele saturate cu apă, petrol sau gaze, face obiectul unei părţi separate a hidraulicii, numită hidraulică subterană.

Capitolul 1

PROPRIETĂŢILE FLUIDELOR

1.1. CLASIFICAREA FLUIDELOR

Fluidele sunt substanţe care se deformează continuu sub acţiunea forţelor exterioare, oricât de mici ar fi acestea. Ele se împart în lichide şi gaze.

Lichidele iau forma vaselor în care sunt depozitate, prezintă suprafaţă liberă şi sunt fluide foarte puţin compresibile.

Gazele sunt fluide compresibile şi se caracterizează prin absenţa forţelor de coeziune, reflectată prin proprietatea acestora de a ocupa întregul volum avut la dispoziţie.

În funcţie de numărul de faze din care sunt formate, fluidele pot fi monofazice sau multifazice. Fluidele monofazice sunt omogene, în timp ce acelea multifazice pot fi pseudoomogene sau eterogene. Un fluid multifazic poate fi bifazic sau trifazic, cele trei faze fiind gazoasă, lichidă şi solidă. Fluidele bifazice pot fi gaz-lichid, lichid-lichid, gaz-solid sau lichid-solid.

Gazele sau lichidele pot fi monocomponente sau multicomponente, miscibile sau nemiscibile.

Fluidele multifazice (bifazice) pot fi:

• dispersii fine, constând fie din bule mici de gaz, picături de lichid imiscibil sau particule solide dispersate mai mult sau mai puţin uniform într-o fază lichidă continuă, fie din picături mari de lichid sau particule solide mari dispersate într-o fază gazoasă continuă;

• dispersii grosiere, constând fie din bule mari de gaz, picături mari de lichid imiscibil sau particule solide mari dispersate în fază lichidă continuă, fie din picături mari de lichid sau particule solide mari dispersate într-o fază gazoasă continuă;

• macroamestecuri, constituite din spume sau amestecuri puternic turbulente ale unui gaz cu un lichid sau a două lichide imiscibile, în condiţiile în care nici una din faze nu este continuă;

• fluide stratificate, constituite din amestecuri gaz-lichid sau lichid-lichid (nemiscibile) în condiţiile în care ambele faze sunt continue.

Tabelul 1.1.

Fluide monofazice Fluide multifazice

(gaz-lichid, lichid-lichid, gaz-solid, lichid-solid)

Dispersii fine Dispersii

grosiere Macro-

amestecuri Fluide

stratificate

Fluide omogene Fluide pseudoomogene Fluide eterogene

Mişcare

laminară sau

turbulentă Mişcare exclusiv turbulentă

Fluide vâscoase Fluide independente de timp Fluide newtoniene Fluide cu comportare multifazică

Fluide pseudoplastice Fluide nenewtoniene

Fluide

dilatante

Fluide

binghamiene

Fluide reţinătoare

pseudoplastice sau dilatante

Fluide dependente

de timp Fluide

tixotropice

Fluide

reopectice

Fluide

vâscoelastice Multe forme

Dispersiile de fineţe satisfăcătoare pot fi stabile sub acţiunea mişcării browniene sau ca urmare a proprietăţilor de consistenţă a fazei continue. Aceste suspensii pot fi considerate pseudoomogene şi comportarea lor la curgere poate fi înglobată în cea a fluidelor monofazice. Dispersiile de fineţe moderată, care nu sunt stabile în stare de repaus sau în mişcare laminară, dar care pot fi menţinute în stare de dispersie aproape uniformă în condiţii de mişcare turbulentă, pot fi incluse în domeniul comportării fluidelor monofazice aflate în mişcare turbulentă.

Fluidele omogene sau pseudoomogene cu comportare similară acestora se clasifică, în funcţie de comportarea lor la curgere, în fluide vâscoase şi fluide vâscoelastice. Fluidele vâscoase pot avea comportare independentă sau dependentă de timp. Fluidele independente de timp, care în stare de repaus prezintă tensiuni tangenţiale nule, iar în stare de mişcare au tensiunile tangenţiale proporţionale cu gradientul vitezei se numesc fluide newtoniene. Toate celelalte sunt fluide nenewtoniene.

Hidraulica se ocupă de fluidele newtoniene, care au următoarele proprietăţi: densitate, vâscozitate, compresibilitate şi tensiune interfacială.