Mecanica fluidelor

MECANICA FLUIDELOR

-CURS 1-

OBIECTIVELE CURSULUI

1) Obiectul cursului

2) Generalitãþi

3) Starea de eforturi într-un fluid

4) Principalele proprietãþi ale fluidelor: presiunea, temperatura ºi ecuaþia de stare, vâscozitatea, tensiunea superficialã.

1) Obiectul cursului

Mecanica fluidelor se ocupã cu studiul repausului respectiv miºcãrii fluidelor ºi interactiunii mecanice a acestora cu corpurile cu care vin în contact.

Maºinile hidraulice vehiculeazã fluide (lichide) cu scopul de a realiza în sisteme tehnologice diferite obiective de lucru: vehicularea fluidelor, transmisia de putere, conversia unor parametrii funcþionali, ungere, etc.

2) Generalitãþi

a) Definirea noþiunii de fluid ºi maºinã hidraulicã

Fluidele sunt corpuri (stãri) care nu au formã proprie ºi a cãror deformare fãrã variaþii semnificative de volum se face foarte uºor, de unde decurge proprietatea de fluiditate. Exista douã categorii de fluide:

- lichidele, care sunt foarte puþin compresibile ºi care în contact cu un gaz posedã suprafaþã liberã;

- gazele sunt fluide foarte compresibile, ele umplu întreg spaþiul, nu rãmân în repaus decât în spaþii închise.

Maºinile hidraulice realizeazã transformarea energiei mecanice în energie hidraulicã sau invers dupã cum funcþioneazã, ca pompã sau ca motor.

b) Ipotezele fundamentale de lucru

Modelul de fluid

Curgerea fluidelor reprezintã un fenomen complex al cãrui studiu impune în fiecare aplicaþie în parte o serie de ipoteze simplificatoare.

Ipoteza valabilã în mecanica fluidelor este aceea a continuitãþii: la scara de studiu a fenomenului, care este una macroscopicã, toate funcþiile ataºate proprietãþii de curgere (viteze, presiuni, densitãþi, etc.) sunt de clasã C1 pe domeniul considerat cu excepþia unor suprafeþe de discontinuitate.

Fluidele se considerã medii continuu deformabile ºi izotrope, posedând un set de proprietãþi care caracterizeazã comportamentul lor real.

OBSERVAÞIE: Scara de studiu a fenomenelor nu este microscopicã în sensul cã nu se þine seama de agitaþia termicã a particulelor constituente.

3) Starea de eforturi într-un fluid

Forþele care se manifestã în mecanica fluidelor se clasificã în douã mari categorii:

- forþe masice;

- forþe de suprafaþã;

– vectorul de poziþie al elementului ;

– vectorul de poziþie al elementului ;

– forþa masicã unitarã;

– forþa masicã;

– forþa de suprafaþã;

– tensiunea (efortul unitar);

Fluidele nu sunt capabile sã exercite decât eforturi de compresiune (nu de tracþiune) sau de forfecare.

4) Principalele proprietãþi ale fluidelor: presiunea, temperatura ºi ecuaþia de stare, vâscozitatea, tensiunea superficialã.

Proprietatea 1: PRESIUNEA

În cazul repausului fluidelor direcþia normalã ºi forþa de suprafaþã se aflã pe acelaºi suport, astfel încât se exercitã exclusiv eforturi de compresiune.

; ; ;

p= presiunea staticã (semnul „–„ se datoreazã faptului ca sensul efortului de presiune este opus normalei exterioare).

OBSERVATIE: În orice fluid în repaus intensitatea efortului unitar , într-un punct oarecare nu depinde de direcþie.

Proprietatea 2: VÂSCOZITATEA

Vâscozitatea este proprietatea fluidelor de a se opune deformaþiilor relative care se manifestã între straturile adiacente de fluid aflate în miºcare relativã fãrã ca deformaþiile sã fie însoþite de variaþii ale volumului.

Modelul de fluid caracterizat de vâscozitatea sa se numeºte fluid real, iar cel care neglijeazã proprietatea în cauzã se numeºte ideal.

Vâscozitatea lichidelor creºte destul de puþin cu creºterea presiunii, acest aspect putând fi neglijat în majoritatea aplicaþiilor tehnice.

Proprietatea a fost pusã în evidenþã prin experienþa lui Newton.