Tulad ng koepisyent ng temperatura ng linear expansion, maaari mong ipasok at ilapat ang koepisyent ng temperatura ng volumetric expansion, na isang katangian ng pagbabago sa dami ng isang katawan na may pagbabago sa temperatura nito. Ito ay empirikal na itinatag na ang pagtaas sa dami sa kasong ito ay maaaring ituring na proporsyonal sa pagbabago ng temperatura, kung hindi ito nagbabago ng napakalaking halaga. Ang koepisyent ng volumetric expansion ay maaaring italaga sa iba't ibang paraan, walang isang pagtatalaga. Madalas na ginagamit na notasyon:
DEPINISYON
Tukuyin natin ang volume ng katawan sa unang temperatura (t) bilang V, ang volume ng katawan sa huling temperatura bilang , ang volume ng katawan sa temperatura bilang , pagkatapos koepisyent ng pagpapalawak ng dami tukuyin sa anyo ng isang formula:
Ang mga solid at likido ay nagdaragdag ng kanilang volume sa pagtaas ng temperatura nang bahagya, samakatuwid, ang tinatawag na "normal na volume" () sa isang temperatura ay hindi gaanong naiiba sa volume sa ibang temperatura. Samakatuwid, sa expression (1) ay pinalitan ng V, at ito ay lumabas:
Dapat tandaan na para sa mga gas ang thermal expansion ay naiiba at ang pagpapalit ng "normal" na dami ng V ay posible lamang para sa maliliit na agwat ng temperatura.
Volume expansion coefficient at body volume
Gamit ang koepisyent ng volumetric expansion, maaari kaming sumulat ng isang formula na nagbibigay-daan sa iyo upang kalkulahin ang dami ng isang katawan kung ang paunang dami at pagtaas ng temperatura ay kilala:
saan . Ang expression () ay tinatawag na binomial na pagpapalawak ng volume.
Ang thermal expansion ng isang solid body ay nauugnay sa anharmonicity ng thermal vibrations ng mga particle na bumubuo sa crystal lattice ng katawan. Bilang resulta ng mga oscillations na ito, na may pagtaas sa temperatura ng katawan, ang distansya ng balanse sa pagitan ng mga kalapit na particle ng katawan na ito ay tumataas.
Koepisyent ng pagpapalawak ng volume at density ng sangkap
Kung, na may pare-parehong masa, ang isang pagbabago sa dami ng katawan ay nangyayari, kung gayon ito ay humantong sa isang pagbabago sa density ng sangkap nito:
kung saan ang paunang density at ang density ng sangkap sa bagong temperatura. Dahil ang halaga kung gayon ang expression (4) ay minsan ay isinusulat bilang:
Ang mga formula (3)-(5) ay maaaring gamitin kapag ang katawan ay pinainit at kapag ito ay pinalamig.
Relasyon sa pagitan ng volumetric at linear coefficients ng thermal expansion
Mga yunit
Ang pangunahing yunit ng pagsukat ng koepisyent pagpapalawak ng thermal sa sistema ng SI ay:
Mga halimbawa ng paglutas ng problema
HALIMBAWA 1
| Mag-ehersisyo | Anong presyon ang ipinapakita ng mercury barometer, na nasa silid, kung ang temperatura sa silid ay pare-pareho at katumbas ng t = 37 o C. Ang volumetric expansion coefficient ng mercury ay katumbas ng Ang pagpapalawak ng salamin ay maaaring mapabayaan. |
| Desisyon | Ang aktwal na dami ng mercury sa barometer ay ang halaga V, na makikita ayon sa expression: kung saan ang dami ng mercury sa normal na presyon ng atmospera Dahil hindi nagbabago ang temperatura sa silid, maaari mong gamitin ang batas ng Boyle-Mariotte at isulat iyon: Dumaan tayo sa mga kalkulasyon: |
| Sagot |  Pa |
at temperatura.HALIMBAWA 2
| Mag-ehersisyo | Ano ang pagkakaiba sa mga antas ng likido sa dalawang magkaparehong tubo na nakikipag-ugnayan kung ang kaliwang tubo ay may pare-parehong temperatura at ang kanang tubo ay title="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="18" width="66" style="vertical-align: -4px;">). Высота жидкости в левой трубке равна (рис.1). Коэффициент объемного расширения жидкости равен . Расширение стекла моно не учитывать.!} |
Kapag nagbabago ang temperatura, nangyayari ang pagbabago sa laki ng solid, na tinatawag na thermal expansion. Mayroong linear at volumetric thermal expansion. Ang mga prosesong ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga coefficient ng thermal (thermal) expansion: - average na koepisyent ng linear thermal expansion, average na koepisyent ng volumetric thermal expansion.
DEPINISYON
Thermal expansion coefficient tinatawag na pisikal na dami na nagpapakilala sa pagbabago sa mga linear na sukat ng isang solidong katawan na may pagbabago sa temperatura nito.
Ilapat, kadalasan ang average na koepisyent ng linear expansion. Ito ay isang katangian ng thermal expansion ng isang materyal.
Kung ang paunang haba ng katawan ay , - ang pagpahaba nito na may pagtaas sa temperatura ng katawan ng , pagkatapos ito ay tinutukoy ng formula:
Ang koepisyent ng linear elongation ay isang katangian ng relative elongation (), na nangyayari sa pagtaas ng temperatura ng katawan ng 1K.
Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang dami ng solid. Bilang unang pagtataya, maaari nating ipagpalagay na:
kung saan ang paunang dami ng katawan, ay ang pagbabago sa temperatura ng katawan. Pagkatapos ang koepisyent ng volumetric expansion ng katawan ay isang pisikal na dami na nagpapakilala sa kamag-anak na pagbabago sa dami ng katawan (), na nangyayari kapag ang katawan ay pinainit ng 1 K at ang presyon ay nananatiling hindi nagbabago. Ang mathematical na kahulugan ng koepisyent ng volumetric expansion ay ang formula:
Ang thermal expansion ng isang solid body ay nauugnay sa anharmonicity ng thermal vibrations ng mga particle na bumubuo sa crystal lattice ng katawan. Bilang resulta ng mga oscillations na ito, na may pagtaas sa temperatura ng katawan, ang distansya ng balanse sa pagitan ng mga kalapit na particle ng katawan na ito ay tumataas.
Kapag nagbago ang volume ng isang katawan, nagbabago ang density nito:
kung saan ang paunang density at ang density ng sangkap sa bagong temperatura. Dahil ang halaga kung gayon ang expression (4) ay minsan ay isinusulat bilang:
Ang mga koepisyent ng pagpapalawak ng thermal ay nakasalalay sa sangkap. Sa pangkalahatan, magdedepende sila sa temperatura. Ang mga thermal expansion coefficient ay itinuturing na independyente sa temperatura sa isang maliit na hanay ng temperatura.
Mayroong isang bilang ng mga sangkap na may negatibong koepisyent ng thermal expansion. Kaya, habang tumataas ang temperatura, lumiliit ang mga naturang materyales. Karaniwan itong nangyayari sa loob ng isang makitid na hanay ng temperatura. May mga sangkap kung saan ang koepisyent ng thermal expansion ay halos katumbas ng zero sa paligid ng isang tiyak na hanay ng temperatura.
Ang ekspresyon (3) ay ginagamit hindi lamang para sa mga solido, kundi pati na rin para sa mga likido. Kasabay nito, isinasaalang-alang na ang koepisyent ng thermal expansion para sa pag-drop ng mga likido ay hindi nagbabago nang malaki sa temperatura. Gayunpaman, kapag kinakalkula ang mga sistema ng pag-init, ito ay isinasaalang-alang.
Relasyon ng mga coefficient ng thermal expansion
Mga yunit
Ang pangunahing yunit ng pagsukat para sa mga thermal expansion coefficient sa SI system ay:
Mga halimbawa ng paglutas ng problema
HALIMBAWA 1
| Mag-ehersisyo | Upang matukoy ang koepisyent ng volumetric expansion ng mga likido, ginagamit ang mga device na tinatawag na pycnometers. Ito ay mga glass flasks na may makitid na leeg (Larawan 1). Sa leeg ay maglagay ng mga marka sa kapasidad ng sisidlan (karaniwan ay sa ml). Paano ginagamit ang mga pycnometer? |
| Desisyon | Ang volume expansion coefficient ay sinusukat bilang mga sumusunod. Ang pycnometer ay puno ng iniimbestigahang likido, hanggang sa napiling marka. Ang prasko ay pinainit, na napansin ang pagbabago sa antas ng sangkap. Sa mga kilalang halaga tulad ng: ang paunang dami ng pycnometer, ang cross-sectional area ng channel ng leeg ng flask, ang pagbabago ng temperatura ay tumutukoy sa proporsyon ng paunang dami ng likido na pumasok sa leeg ng pycnometer kapag pinainit ng 1 K. Dapat itong isaalang-alang na ang expansion coefficient ng likido ay mas malaki kaysa sa nakuha na halaga, dahil mayroong pag-init at pagpapalawak at mga flasks. Samakatuwid, upang kalkulahin ang koepisyent ng pagpapalawak ng likido, ang koepisyent ng pagpapalawak ng sangkap ng prasko (karaniwang salamin) ay idinagdag. Dapat sabihin na, dahil ang koepisyent ng volumetric expansion ng salamin ay makabuluhang mas mababa kaysa sa mga likido, sa tinatayang mga kalkulasyon, ang expansion coefficient ng salamin ay maaaring mapabayaan. |
HALIMBAWA 2
| Mag-ehersisyo | Ano ang mga katangian ng pagpapalawak ng tubig? Ano ang kahalagahan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito? |
| Desisyon | Ang tubig, hindi tulad ng karamihan sa iba pang mga likidong sangkap, ay lumalawak kapag pinainit lamang kung ang temperatura ay higit sa 4 o C. Sa hanay ng temperatura, ang dami ng tubig ay bumababa sa pagtaas ng temperatura. Ang sariwang tubig sa ay may pinakamataas na density. Para sa tubig dagat ang maximum na density ay naabot sa. Ang pagtaas ng presyon ay nagpapababa sa temperatura ng pinakamataas na density ng tubig. Dahil halos 80% ng ibabaw ng ating planeta ay natatakpan ng tubig, ang mga tampok ng pagpapalawak nito ay may mahalagang papel sa paglikha ng klima sa Earth. Ang mga sinag ng araw, na bumabagsak sa ibabaw ng tubig, pinainit ito. Kung ang temperatura ay mas mababa sa 1-2 o C, kung gayon ang pinainit na mga layer ng tubig ay may mas mataas na density kaysa sa malamig at lumubog. Kasabay nito, ang kanilang lugar ay inookupahan ng mas malamig na mga layer, na kung saan ay umiinit. Kaya mayroong patuloy na pagbabago ng mga layer ng tubig at ito ay humahantong sa pag-init ng haligi ng tubig, hanggang sa maabot ang pinakamataas na density. Ang isang karagdagang pagtaas sa temperatura ay humahantong sa ang katunayan na ang itaas na mga layer ng tubig ay binabawasan ang kanilang density at nananatili sa tuktok. Kaya, lumalabas na ang isang malaking layer ng tubig ay nagpainit hanggang sa temperatura ng maximum na density ng medyo mabilis, at isang karagdagang pagtaas napupunta ang temperatura dahan-dahan. Bilang resulta, ang mga malalim na anyong tubig ng Earth mula sa isang tiyak na lalim ay may temperatura na humigit-kumulang 2-3 o C. Kasabay nito, ang temperatura itaas na mga layer ang tubig sa mga dagat ng maiinit na bansa ay maaaring magkaroon ng temperatura na humigit-kumulang 30 o C pataas. |
15.07.2012
Mga pisikal na katangian ng mga haydroliko na langis at ang epekto nito sa pagganap
1. Lapot, lagkit-temperatura na katangian
Ang lagkit ay ang pinakamahalagang criterion para sa pagsusuri sa kapasidad ng pagdadala ng isang hydraulic oil. Naiiba ang lagkit sa pamamagitan ng mga dynamic at kinematic indicator.
Ang mga pang-industriya na pampadulas na langis at haydroliko na mga langis ay inuri ayon sa ISO mga marka ng lagkit batay sa kanilang kinematic viscosity, na inilalarawan naman bilang ratio ng dynamic na lagkit sa density. Ang reference na temperatura ay 40 °C. Ang opisyal na yunit ng pagsukat ( St) para sa kinematic viscosity ay m 2/s, at sa oil refining industry, ang unit para sa kinematic viscosity ay cSt(centistokes) o mm 2 /s. Pag-uuri ng lagkit ISO, DIN 51519 para sa likidong pang-industriya mga pampadulas naglalarawan ng 18 grado (mga klase) ng lagkit mula 2 hanggang 1500 mm 2 / s sa temperatura na 40 °C. Ang bawat grado ay tinutukoy ng average na lagkit sa 40 ° C at may tolerance na ± 10% mula sa halagang ito. Ang pagdepende sa lagkit-temperatura ay mayroon pinakamahalaga para sa mga haydroliko na langis. Ang lagkit ay tumataas nang husto sa pagbaba ng temperatura at bumababa sa pagtaas ng temperatura. Sa praktikal na mga termino, ang threshold fluid lagkit (pinahihintulutang start-up lagkit, humigit-kumulang 800-2000 mm2/s) ay kinakailangan para sa paggamit sa mga bomba iba't ibang uri. Ang pinakamababang pinahihintulutang lagkit sa mataas na temperatura ay natutukoy sa pamamagitan ng pagsisimula ng boundary friction phase. Ang pinakamababang lagkit ay hindi dapat mas mababa sa 7-10 mm 2/s upang maiwasan ang hindi katanggap-tanggap na pagsusuot ng mga bomba at motor. Ang mga kurba sa mga graph ng lagkit-temperatura ay naglalarawan ng pagdepende ng lagkit ng mga hydraulic fluid sa temperatura. Sa mga kondisyon ng linya V-T- ang mga kurba ay hyperbolic. Sa pamamagitan ng mathematical transformation, ang mga ito V - T- Ang mga kurba ay maaaring ilarawan bilang mga tuwid na linya. Ang mga linyang ito ay nagbibigay-daan sa tumpak na pagtukoy ng lagkit sa isang malawak na hanay ng temperatura. Ang index ng lagkit (VI) ay isang pamantayan V - T- dependencies, at V-T- curve - gradient sa tsart. Kung mas mataas ang VI ng hydraulic fluid, mas maliit ang pagbabago sa lagkit na may temperatura, ibig sabihin, mas V - T- kurba. Ang mga haydroliko na langis batay sa mga mineral na langis ay karaniwang may natural na IV na 95-100. Ang mga sintetikong hydraulic oils batay sa mga ester ay may limitasyong VI na 140-180, at ang polyglycols ay may natural na IV na 180-200 (Fig. 1)
Ang index ng lagkit ay maaari ding mapabuti sa pamamagitan ng mga additives (polymeric additives na dapat na shear resistant) na tinatawag na VI improvers o viscosity additives. Ang mga high VI hydraulic oils ay nagbibigay ng madaling pagsisimula, binabawasan ang pagkawala ng pagganap sa mababang temperatura ng kapaligiran, at pinapabuti ang sealing at proteksyon sa pagsusuot sa mataas na temperatura ng pagpapatakbo. Ang mga mataas na index na langis ay nagpapataas ng kahusayan ng system at nagpapahaba ng buhay ng mga bahagi at bahagi ng pagsusuot (mas mataas ang lagkit sa mga temperatura ng pagpapatakbo, mas mahusay ang ratio ng volume).
2. Pressure dependence ng lagkit
Ang kapasidad ng tindig ng lubricating film ay natutukoy ng pressure dependence ng lagkit ng lubricant. Ang dynamic na lagkit ng likidong media ay tumataas sa pagtaas ng presyon. Ang sumusunod ay isang paraan para sa pagkontrol ng dynamic na lagkit kumpara sa presyon sa pare-parehong temperatura.
Ang pag-asa ng lagkit sa presyon, lalo na ang pagtaas ng lagkit sa pagtaas ng presyon, ay mayroon positibong impluwensya sa isang tiyak na pagkarga (halimbawa, sa mga bearings), dahil ang lagkit ng lubricating film ay tumataas sa ilalim ng impluwensya ng mataas na bahagyang presyon mula 0 hanggang 2000 atm. Lagkit HFC ang likido ay tumataas ng dalawang beses, mineral na langis - 30 beses, sa HFD likido - 60 beses. Ipinapaliwanag nito ang medyo maikling buhay ng serbisyo ng roller bearings kung sila ay lubricated gamit ang ( HFA, HFC) lubricating oils sa batay sa tubig. Sa fig. Ang 2 at 3 ay nagpapakita ng lagkit laban sa presyon para sa iba't ibang hydraulic fluid.
Ang mga katangian ng lagkit-temperatura ay maaari ding ilarawan sa pamamagitan ng exponential expression:
η = η ο · e α P ,
Kung saan ang η ο ay ang dinamikong lagkit sa presyon ng atmospera, ang α ay ang koepisyent ng pagdepende sa "lagkit-presyon", R-presyon. Para sa HFCα \u003d 3.5 10 -4 atm -1;
para sa HFDα \u003d 2.2 10 -3 atm -1; para sa HLPα \u003d 1.7 10 -3 atm -1
3. Densidad
Ang mga pagkalugi ng hydraulic fluid sa piping at sa mga elemento ng hydraulic system ay direktang proporsyonal sa density ng fluid. Halimbawa, ang pagkawala ng presyon ay direktang proporsyonal sa density:
Δ P= (ρ/2) ξ kasama 2 ,
Kung saan ang ρ ay ang density ng likido, ξ, ay ang drag coefficient, kasama ay ang rate ng daloy ng likido, at Δ P- pagkawala ng presyon.
Ang densidad ρ ay ang masa bawat yunit ng dami ng isang likido.
ρ = m/V(kg / m 3).
Ang density ng isang hydraulic fluid ay sinusukat sa temperatura na 15 °C. Depende ito sa temperatura at presyon, dahil ang dami ng likido ay tumataas sa pagtaas ng temperatura. Kaya, ang pagbabago sa dami ng likido bilang resulta ng pag-init ay nangyayari ayon sa equation
Δ V=Vβ temp Δ T,
Ano ang humahantong sa isang pagbabago sa density:
Δρ = ρ β rate Δ T.
Sa hydrostatic na mga kondisyon sa temperatura mula -5 hanggang +150 °C, ito ay sapat na upang gamitin linear na formula sa equation sa itaas. Ang thermal expansion coefficient βtemp ay maaaring ilapat sa lahat ng uri ng hydraulic fluid.
Dahil ang koepisyent ng thermal expansion ng mga mineral na langis ay humigit-kumulang 7 x 10 -4 K -1, ang volume ng isang hydraulic fluid ay tataas ng 0.7% kung ang temperatura nito ay tumaas ng 10 °C. Sa fig. Ipinapakita ng 5 ang pag-asa ng dami ng mga hydraulic fluid sa temperatura.
Ang kaugnayan ng density-pressure ng mga hydraulic fluid ay dapat ding isama sa hydrostatic evaluation, dahil ang compressibility ng mga fluid ay negatibong nakakaapekto sa kanilang pagganap. mga dinamikong katangian. Ang pag-asa ng density sa presyon ay mababasa lamang mula sa kaukulang mga kurba (Larawan 6).
4. Compressibility
Ang compressibility ng mga hydraulic fluid batay sa mga mineral na langis ay depende sa temperatura at presyon. Sa mga pressure na hanggang 400 atm at temperatura hanggang 70 °C, na siyang limitasyon para sa mga sistemang pang-industriya, ang compressibility ay revalent sa system. Ang mga hydraulic fluid na ginagamit sa karamihan ng mga hydraulic system ay maaaring ituring na hindi mapipigil. Gayunpaman, sa mga presyon mula 1000 hanggang 10,000 atm, ang mga pagbabago sa compressibility ng daluyan ay maaaring maobserbahan. Ang compressibility ay ipinahayag ng coefficient β o modulus M(Larawan 7, M = Upang).
M\u003d 1 / β atm \u003d 1 / β 10 5 N m 2 \u003d 1 / β 10 5 Pa.
Maaaring matukoy ang pagbabago ng volume gamit ang equation
Δ V=V · β( P max- R simula)
Saan Δ V- pagbabago ng dami; R max- pinakamataas na presyon;R paunang - paunang presyon.
5. Solubility ng mga gas, cavitation
Ang hangin at iba pang mga gas ay maaaring matunaw sa mga likido. Ang likido ay maaaring sumipsip ng gas hanggang sa ito ay puspos. Hindi ito dapat makaapekto sa mga katangian ng likido. Ang solubility ng isang gas sa isang likido ay depende sa pinagbabatayan na bahagi ng uri ng gas, presyon at temperatura. Sa mga presyon hanggang sa ≈300 atm. ang solubility ng isang gas ay proporsyonal sa presyon at sumusunod sa batas ni Henry.
V G= V Fα V P/P o ,
saan VG ay ang dami ng natunaw na gas; V F ay ang dami ng likido, R o- Presyon ng atmospera, P- presyon ng likido; Ang α V ay ang Bunsen distribution coefficient (1.013 mbar, 20 °C).
Ang koepisyent ng Bunsen ay lubos na nakadepende sa base na likido at nagpapahiwatig kung gaano karami (%) ang gas ay natunaw sa isang yunit ng dami ng likido sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Maaaring ilabas ang natunaw na gas mula sa hydraulic fluid sa mababang static pressure (mataas na daloy ng rate at mataas na shear stress) hanggang sa maabot ang isang bagong saturation point. Ang bilis ng pag-alis ng gas sa likido ay kadalasang lumalampas sa bilis ng pagsipsip ng gas sa likido. Ang gas na tumakas mula sa isang likido sa anyo ng mga bula ay nagbabago sa compressibility ng likido sa paraang katulad ng mga bula ng hangin. Kahit na sa mababang presyon, ang isang maliit na halaga ng hangin ay maaaring mabawasan nang husto ang incompressibility ng isang likido. Sa mga mobile system na may mataas na mga rate ng sirkulasyon ng likido, ang nilalaman ng hindi natunaw na hangin ay maaaring umabot sa mga halaga ng hanggang sa 5%. Ang hindi natunaw na hangin na ito ay may napaka-negatibong epekto sa performance, load carrying capacity at dynamics ng system (tingnan ang seksyon 6 - deaeration at seksyon 7 - foaming). Dahil ang compressibility ng mga likido sa mga system ay kadalasang napakabilis, ang mga bula ng hangin ay maaaring biglang uminit mataas na temperatura(adiabatic compression). Sa matinding mga kaso, maaaring maabot ang flash point ng likido at maaaring mangyari ang mga epekto ng microdiesel.
Ang mga bula ng gas ay maaari ding sumabog sa mga bomba bilang resulta ng compression, na maaaring magdulot ng pinsala dahil sa pagguho (minsan ay tinatawag na cavitation o pseudo-cavitation). Ang sitwasyon ay maaaring lumala kung ang mga bula ng singaw ay nabuo sa likido. Kaya, ang cavitation ay nangyayari kapag ang presyon ay bumaba sa ibaba ng solubility ng gas o mas mababa sa presyon puspos na singaw mga likido.
Pangunahing nangyayari ang cavitation sa mga bukas na sistema na may pare-parehong dami, iyon ay, ang panganib ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay may kaugnayan para sa mga inlet at outlet circuit at mga bomba. Ang mga sanhi nito ay maaaring masyadong mababa ang absolute pressure bilang resulta ng pagkalugi sa bilis ng daloy sa makitid mga cross section, sa mga filter, manifold at throttle valve, dahil sa labis na presyon ng pumapasok o pagkawala ng presyon dahil sa labis na lagkit ng likido. Ang cavitation ay maaaring humantong sa pump erosion, pagbawas sa kahusayan, mga peak ng presyon at labis na ingay.
Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring makaapekto sa katatagan ng mga throttling regulator at magdulot ng pagbubula sa mga lalagyan kung ang pinaghalong likido-tubig ay ibinalik sa lalagyan sa presyon ng atmospera.
6. Deaeration
Kapag ang mga haydroliko na likido ay ibinalik pabalik sa mga reservoir, ang daloy ng likido ay may kakayahang magpasok ng hangin kasama nito. Ito ay maaaring mangyari dahil sa mga pagtagas sa piping sa pagsikip at bahagyang vacuum. Ang turbulence sa isang tangke o naisalokal na cavitation ay nagpapahiwatig ng pagbuo ng mga bula ng hangin sa likido.
Ang hangin na nakulong sa ganitong paraan ay dapat tumakas sa ibabaw ng likido, kung hindi, kung ito ay pumasok sa pump, maaari itong magdulot ng pinsala sa iba pang mga bahagi ng system. Ang bilis ng pagtaas ng mga bula ng hangin sa ibabaw ay depende sa diameter ng mga bula, sa lagkit ng likido, at sa density at kalidad ng base oil. Kung mas mataas ang kalidad at kadalisayan ng base oil, mas mabilis ang deaeration na nangyayari. Ang mga mababang lagkit na langis sa pangkalahatan ay mas mabilis na nade-deaerate kaysa sa mataas na lagkit na mga base ng langis. Ito ay nauugnay sa bilis ng pagtaas ng mga bula.
C = (ρ FL -ρ L )Χ/η,
saan ρ FL ay ang density ng likido; p L- density ng hangin; Ang η ay dynamic na lagkit; Ang X ay pare-pareho depende sa density at lagkit ng likido.
Ang mga sistema ay dapat na idinisenyo sa paraang walang hangin na pumapasok sa likido, at kung mangyayari ito, ang mga bula ng hangin ay madaling makatakas. Ang mga kritikal na lugar ay ang mga tangke, na dapat nilagyan ng mga baffle at baffle, at ang pagsasaayos ng mga piping at mga circuit. Ang mga additives ay hindi maaaring positibong maimpluwensyahan ang mga katangian ng paglabas ng hangin ng mga hydraulic fluid. Ang mga surfactant (lalo na ang silicone-based na anti-foam additives) at mga contaminant (eg greases at corrosion inhibitors) ay masamang nakakaapekto sa air release na mga katangian ng hydraulic oil. Ang mga mineral na langis sa pangkalahatan ay may mas mahusay na mga katangian ng paglabas ng hangin kaysa sa mga likidong lumalaban sa sunog. Mga katangian ng pagpapalabas ng hangin HPLD Ang hydraulic fluid ay maaaring maihambing sa mga katangian ng hydraulic fluid HLP.
Ang pagsubok para sa pagtukoy ng mga katangian ng paglabas ng hangin ay inilarawan sa pamantayan DIN 51 381. Ang pamamaraang ito ay binubuo sa pagpilit ng hangin sa langis. Ang deaeration number ay ang oras na kinakailangan para sa hangin (minus 0.2%) na mag-iwan ng likido sa 50°C sa ilalim ng mga partikular na kondisyon.
Ang proporsyon ng dispersed air ay natutukoy sa pamamagitan ng pagsukat ng density ng pinaghalong langis-hangin.
7. Bumubula
Ang surface foaming ay nangyayari kapag ang deaeration rate ay mas mataas kaysa sa rate kung saan ang mga bula ng hangin ay sumabog sa ibabaw ng likido, ibig sabihin, kapag mas maraming mga bula ang nabuo kaysa sa gumuho. Sa pinakamasamang kaso, ang foam na ito ay maaaring pisilin sa labas ng tangke sa pamamagitan ng mga butas o dalhin sa pump. Maaaring mapabilis ng silicone-based o silicone-free na anti-foam additives ang pagkasira ng mga bula sa pamamagitan ng pagbabawas ng tensyon sa ibabaw ng foam. Ang mga ito ay negatibong nakakaapekto sa mga katangian ng paglabas ng hangin ng likido, na maaaring magdulot ng mga problema sa compressibility at cavitation. Samakatuwid, ang mga antifoam additives ay ginagamit sa napakababang konsentrasyon (≈ 0.001%). Ang konsentrasyon ng antifoam ay maaaring unti-unting bumaba bilang resulta ng pagtanda at pagdeposito sa ibabaw ng metal, madalas ding bumubula ang mga problema kapag gumagamit ng mga luma, gumagana nang likido. Ang kasunod na pagdaragdag ng isang ahente ng antifoam ay dapat lamang gawin pagkatapos ng konsultasyon sa tagagawa ng hydraulic fluid.
Ang dami ng foam na nabuo sa ibabaw ng likido ay sinusukat sa paglipas ng panahon (kaagad, pagkatapos ng 10 minuto) at sa iba't ibang temperatura(25 at 95 °C). Ang mga surfactant, detergent o dispersant, contaminants sa anyo ng grease, corrosion inhibitors, cleaning agent, coolant, oxidation by-products, atbp. ay maaaring makaapekto sa pagiging epektibo ng antifoam additives.
8. Demulsification
Ang demulsibility ay ang kakayahan ng isang hydraulic fluid na maitaboy ang nakapasok na tubig. Maaaring makapasok ang tubig sa hydraulic fluid bilang resulta ng pagtagas ng heat exchanger, condensation sa mga reservoir dahil sa makabuluhang pagbabago sa antas ng langis, mahinang pagsasala, kontaminasyon ng tubig dahil sa mga pagkabigo ng seal, at matinding kondisyon sa kapaligiran. Ang tubig sa hydraulic fluid ay maaaring maging sanhi ng kaagnasan, cavitation sa mga bomba, pagtaas ng friction at pagkasira, at pinabilis na pagkasira ng mga elastomer at plastik. Ang libreng tubig ay dapat alisin sa lalong madaling panahon mula sa mga lalagyan ng hydraulic fluid mga gripo ng alisan ng tubig. Ang kontaminasyon ng mga coolant na nalulusaw sa tubig, lalo na posible sa mga machine tool, ay maaaring maging sanhi malagkit na nalalabi pagkatapos ng pagsingaw ng tubig. Maaari itong magdulot ng mga problema sa mga bomba, balbula at mga silindro. Ang hydraulic fluid ay dapat na mabilis at ganap na maitaboy ang tubig na tumagos dito. Ang demulsification ay tinutukoy ng DIN 51 599, ngunit ang paraang ito ay hindi naaangkop sa mga hydraulic fluid na naglalaman ng detergent-dispersant ( DD) mga additives. Ang demulsification ay ang oras na aabutin para maghiwalay ang pinaghalong langis at tubig. Ang mga parameter ng demulsification ay:
. lagkit hanggang 95 mm 2 / s sa 40 °C; temperatura ng pagsubok 54 °C;
. lagkit > 95 mm 2 / s; temperatura 82 °C.
Sa haydroliko na mga langis na naglalaman ng DD Ang mga additives, tubig, likido at solidong mga kontaminant ay pinananatiling nakasuspinde. Maaari silang alisin gamit ang naaangkop na mga sistema ng filter nang hindi ginagamit ang hydraulic function ng makina, maliban negatibong epekto sa hydraulic fluid. Kaya DD Ang mga hydraulic fluid ay kadalasang ginagamit sa mga hydrostatic machine tool at mobile hydraulic system.
Para sa mga makina na may mataas na mga rate ng sirkulasyon, na nangangailangan ng patuloy na kakayahang magamit at permanenteng nakalantad sa panganib ng tubig at iba pang mga kontaminant, ang paggamit ng mga hydraulic fluid ay isang pangunahing lugar. Ang mga hydraulic fluid na may demulsifying properties ay inirerekomenda para sa paggamit sa steelmaking at rolling shops, kung saan ang malalaking volume ng tubig ay naroroon at ang mababang circulation ratio ay nagpapahintulot sa paghihiwalay ng mga emulsion sa tangke. Ang mga katangian ng demulsibility sa isang binagong anyo ay ginagamit upang matukoy ang pagiging tugma ng kagamitan na may mga haydroliko na langis. Ang pagtanda ng hydraulic fluid ay negatibong nakakaapekto sa mga katangian ng de-emulsifying.
9. Pour point
Ang pour point ay ang pinakamababang temperatura kung saan ang isang likido ay likido pa rin. Ang isang sample ng likido ay sistematikong pinapalamig at sinusuri para sa pagkalikido na may pagbaba sa temperatura para sa bawat 3 °C. Tinutukoy ng mga parameter tulad ng pour point at paglilimita sa lagkit ang pinakamababang temperatura kung saan posible ang normal na paggamit ng langis.
10. Copper corrosion (copper plate test)
Ang mga materyales na naglalaman ng tanso at tanso ay kadalasang ginagamit sa mga hydraulic system. Ang mga materyales tulad ng brass, cast bronze o sintered bronze ay matatagpuan sa mga bearings, guides o controls, slider, hydraulic pump at motors. Ang mga tubo ng tanso ay ginagamit sa mga sistema ng paglamig. Ang copper corrosion ay maaaring humantong sa pagkabigo ng buong hydraulic system, kaya ang isang copper plate corrosion test ay isinasagawa upang makakuha ng impormasyon tungkol sa corrosiveness ng mga base fluid at additives sa mga materyales na naglalaman ng tanso. Ang pamamaraan para sa pagsubok ng kaagnasan ng mga mineral-based na hydraulic fluid, ibig sabihin, mga biodegradable na likido, laban sa mga non-ferrous na metal ay kilala bilang ang paraan ng Linde (selective na paraan ng pagsubok para sa pagsubok ng mga biodegradable na langis para sa kaagnasan laban sa mga haluang tanso) ( SAE Technical Bulletin 981 516 April 1998), kilala rin bilang VDMA 24570 (VDMA 24570 - Rapidly Biodegradable Hydraulic Fluids - Pagkilos sa Non-Ferrous Alloys 03-1999 sa German).
Ayon sa pamantayan DIN 51 759, ang kaagnasan sa isang tansong plato ay maaaring ipahayag sa anyo ng pagkawalan ng kulay o pag-flake. Ang nakakagiling na plato ng tanso ay inilulubog sa likido upang masuri para sa isang tinukoy na oras sa isang tinukoy na temperatura. Ang mga hydraulic at lubricating na langis ay karaniwang sinusuri sa 100 °C. Ang antas ng kaagnasan ay sinusuri sa mga puntos:
1 - bahagyang pagbabago ng kulay;
2 - katamtamang pagkawalan ng kulay;
3 - malakas na pagbabago ng kulay;
4 - kaagnasan (pagdidilim).
11. Nilalaman ng tubig (paraan ng Karl Fischer)
Kung ang tubig ay pumasok sa hydraulic system na bahagyang pinong dispersed sa lawak na ito ay tumagos sa oil phase, kung gayon, depende sa density ng hydraulic fluid, ang tubig ay maaari ding ilabas mula sa oil phase. Ang posibilidad na ito ay dapat isaalang-alang kapag kumukuha ng mga sample upang matukoy ang nilalaman ng tubig.
Ang pagtukoy ng nilalaman ng tubig sa mg/kg (mass) ayon sa pamamaraang Karl Fischer ay nauugnay sa pagpapakilala ng solusyon ng Karl Fischer sa direkta o hindi direktang titration.
12. Paglaban sa pagtanda (Baader method)
Ito ay isang pagtatangka na kopyahin ang pag-aaral ng mga epekto ng hangin, temperatura at oxygen sa mga hydraulic fluid sa laboratoryo. Ang isang pagtatangka ay ginawa upang artipisyal na mapabilis ang pagtanda ng mga hydraulic oil sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura sa itaas praktikal na aplikasyon, pati na rin ang antas ng oxygen sa pagkakaroon ng mga metal catalyst. Ang pagtaas ng lagkit at ang pagtaas ng bilang ng acid (libreng acid) ay naitala at sinusuri. Ang mga resulta ng mga pagsubok sa laboratoryo ay isinasalin sa praktikal na kondisyon. Ang pamamaraan ng Baader ay isang praktikal na paraan upang subukan ang mga hydraulic at lubricating na langis para sa pagtanda.
Para sa isang paunang natukoy na tagal ng panahon, ang mga sample ay sumasailalim sa pagtanda sa isang paunang natukoy na temperatura at presyon ng isang stream ng hangin habang pana-panahong naglulubog ng isang copper coil sa langis, na kumikilos bilang isang oxidation accelerator. Alinsunod sa DIN 51 554-3 C, CL at CLP mga likido at HL, HLP, NM Ang mga hydraulic na langis ay sinusuri para sa katatagan ng oksihenasyon sa temperatura na 95 °C. Ang numero ng saponification ay ipinahayag sa mg KOH/g.
13. Paglaban sa pagtanda (paraan TOST)
Ang katatagan ng oksihenasyon ng mga langis ng steam turbine at mga haydroliko na langis na naglalaman ng mga additives ay tinutukoy alinsunod sa DIN 51 587 Pamamaraan TOST ay ginamit nang maraming taon upang subukan ang mga langis ng turbine at mga haydroliko na likido batay sa mga mineral na langis. Binago (walang tubig) tuyo TOST ang pamamaraan ay ginagamit upang matukoy ang paglaban sa oksihenasyon ng mga haydroliko na langis batay sa mga ester.
Ang pagtanda ng mga lubricating oils ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng acid kapag ang langis ay nalantad sa oxygen, tubig, bakal at tanso sa loob ng maximum na 1000 oras sa 95°C (neutralization curve na may pagtanda). Ang maximum na pinahihintulutang pagtaas sa bilang ng acid ay 2 mg KOH / g pagkatapos ng 1000 oras.
14. Numero ng acid (numero ng neutralisasyon)
Ang acid number ng hydraulic oil ay tumataas bilang resulta ng pagtanda, sobrang pag-init o oksihenasyon. Ang mga nagresultang pagtanda ng mga produkto ay maaaring kumilos nang agresibo sa mga bomba at bearings ng hydraulic system. Kaya ang acid number ay mahalagang criterion pagtatasa ng kondisyon ng hydraulic fluid.
Ang numero ng acid ay nagpapahiwatig ng dami ng acidic o alkaline na mga sangkap sa lubricating oil. mga acid sa mga mineral na langis maaaring agresibong kumilos sa mga istrukturang materyales ng hydraulic system. Ang isang mataas na nilalaman ng acid ay hindi kanais-nais, dahil ito ay posible bilang isang resulta ng oksihenasyon.
15. Mga proteksiyon na katangian ng anti-oxidation na may kaugnayan sa bakal / ferrous na mga metal
Ang mga katangian ng antioxidant ng turbine at hydraulic na mga langis na naglalaman ng mga additives na may kaugnayan sa bakal / ferrous na mga metal ay tinutukoy alinsunod sa pamantayan
DIN 51 585.
Ang mga hydraulic fluid ay kadalasang naglalaman ng dispersed, dissolved o libreng tubig, kaya ang hydraulic fluid ay dapat magbigay ng corrosion protection sa lahat ng wetted assemblies sa ilalim ng lahat ng operating condition, kabilang ang water contamination. Tinutukoy ng pamamaraang ito ng pagsubok ang pagganap ng mga anti-corrosion additives sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ng operating.
Ang langis na susuriin ay hinaluan ng distilled water (paraan A) o artipisyal tubig dagat(paraan B), patuloy na pagpapakilos (sa loob ng 24 na oras sa 60 °C) gamit ang isang bakal na baras na inilubog sa pinaghalong. Matapos suriin ang bakal na baras para sa kaagnasan. Ginagawang posible ng mga resulta na suriin ang anti-corrosion proteksiyon na mga katangian langis na may kaugnayan sa mga bahagi ng bakal na nakikipag-ugnayan sa tubig o singaw:
corrosion degree 0 ay nangangahulugang walang kaagnasan,
grade 1 - bahagyang kaagnasan;
degree 2 - katamtamang kaagnasan;
degree 3 - matinding kaagnasan.
16. Anti-wear properties (four-ball machine Shell; VKA, DIN 51350)
Four-ball apparatus ng kumpanya Shell ay ginagamit upang sukatin ang mga katangian ng anti-wear at matinding presyon ng mga hydraulic fluid. kapasidad ng tindig ang mga haydroliko na likido ay sinusuri sa ilalim ng mga kondisyon ng friction sa hangganan. Ang pamamaraan ay ginagamit upang matukoy ang mga halaga para sa lubricating oils na may mga additives na makatiis ng mataas na presyon sa ilalim ng mga kondisyon ng boundary friction sa pagitan ng mga sliding surface. Ang lubricating oil ay sinusuri sa isang four-ball apparatus, na binubuo ng isang (gitnang) umiikot na bola at tatlong nakapirming bola na nakaayos sa isang singsing. Sa ilalim ng pare-parehong mga kondisyon ng pagsubok at para sa isang tinukoy na tagal, ang diameter ng contact patch sa tatlong nakatigil na bola o ang load sa umiikot na bola, na maaaring tumaas bago hinang kasama ang natitirang tatlong bola, ay sinusukat.
17. Shear stability ng mga lubricating oil na naglalaman ng polymers
Upang mapabuti ang mga katangian ng lagkit-temperatura, ang mga polimer ay ipinakilala sa mga lubricating oils, na ginagamit bilang mga additives na nagpapabuti sa index ng lagkit. Habang dumarami ka molekular na timbang ang mga sangkap na ito ay nagiging mas sensitibo sa mga mekanikal na pagkarga, tulad ng mga nasa pagitan ng piston at silindro nito. Upang suriin ang katatagan ng paggugupit ng mga langis sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon, mayroong ilang mga pamamaraan ng pagsubok:
DIN 5350-6, paraan ng apat na bola, DIN 5354-3,FZG paraan at DIN 51 382, paraan ng iniksyon ng gasolina ng diesel.
Kamag-anak na pagbabawas ng lagkit dahil sa paggugupit pagkatapos ng 20 oras na pagsubok DIN 5350-6 (pagpapasiya ng shear stability ng mga lubricating oil na naglalaman ng mga polymer na ginagamit para sa tapered bushing roller bearings) ay inilapat alinsunod sa DIN 51 524-3 (2006); mas mababa sa 15% ang pagbabawas ng lagkit ng paggugupit ay inirerekomenda.
18. Mechanical testing ng hydraulic fluids sa rotary vane pumps ( DIN 51 389-2)
Ang pagsubok sa mga pump at pump ng Vickers mula sa iba pang mga tagagawa ay nagbibigay-daan para sa isang makatotohanang pagtatasa ng pagganap ng mga hydraulic fluid. Gayunpaman, kasalukuyang nasa ilalim ng pag-unlad ay mga alternatibong pamamaraan mga pagsubok (sa partikular, ang proyekto DGMK 514 - mekanikal na pagsubok ng mga haydroliko na likido).
Ang paraan ng Vickers ay ginagamit upang matukoy ang mga katangian ng anti-wear ng mga hydraulic fluid sa isang rotary vane pump sa mga ibinigay na temperatura at presyon (140 atm, 250 h operating fluid viscosity na 13 mm 2 / s sa iba't ibang temperatura). Sa pagtatapos ng pagsubok, ang mga singsing at mga pakpak ay sinusuri para sa pagsusuot ( vickers V-104Sa 10 o vickers V-105Sa sampu). Pinakamataas na pinahihintulutang halaga ng pagsusuot:< 120 мг для кольца и < 30 мг для крыльев.
19. Anti-wear properties (pagsubok sa gear FZG tumayo; DIN 534-1at-2)
Ang mga hydraulic fluid, lalo na ang mataas na viscosity grade, ay ginagamit bilang hydraulic at lubricating oil sa pinagsamang mga system. Ang dynamic na lagkit ay ang pangunahing kadahilanan sa pagganap ng anti-wear sa hydrodynamic na pagpapadulas. Sa mababang bilis ng pag-slide o mataas na presyon sa ilalim ng mga kondisyon ng alitan sa hangganan, ang mga katangian ng antiwear ng likido ay nakasalalay sa mga additives na ginamit (pagbuo ng isang reaktibo na layer). Ang mga kundisyon sa hangganan na ito ay muling ginawa kapag sinubukan FZG tumayo.
Ang pamamaraang ito ay pangunahing ginagamit upang matukoy ang mga katangian ng hangganan ng mga pampadulas. Ang ilang mga gears na umiikot sa isang tiyak na bilis ay lubricated sa pamamagitan ng splashing o pag-spray ng langis, ang paunang temperatura nito ay naitala. Ang pagkarga sa mga binti ng ngipin ay nadagdagan sa mga hakbang at ang mga katangian ay naitala hitsura binti ng ngipin. Ang pamamaraang ito ay paulit-ulit hanggang sa huling ika-12 yugto ng pagkarga: Ang presyon ng Hertzian sa ika-10 yugto ng pagkarga sa banda ng pakikipag-ugnayan ay 1539 N/mm2; sa yugto 11 - 1,691 N / mm 2; sa ika-12 yugto - 1,841 N / mm 2. Ang paunang temperatura sa stage 4 ay 90 °C, ang peripheral velocity ay 8.3 m/s, ang limitasyon ng temperatura ay hindi tinutukoy; ginagamit ang geometry ng gear.
Ang yugto ng pagkarga ng pagkabigo ay tinutukoy ng DIN 51 524-2. Para sa isang positibong resulta, dapat itong isang hakbang na hindi bababa sa ika-10. Hydraulic fluid na nakakatugon sa mga kinakailangan ISO VG 46, na hindi naglalaman ng mga anti-wear additives, kadalasang umaabot sa load stage 6 (≈ 929 N/mm 2). Ang mga hydraulic fluid na naglalaman ng zinc ay kadalasang umaabot sa ika-10-11 na yugto ng pagkarga bago mabigo. Zinc-free ang tinatawag ZAF ang mga hydraulic fluid ay maaaring makatiis sa yugto ng pagkarga 12 o mas mataas.
Roman Maslov.
Batay sa mga materyales mula sa mga dayuhang publikasyon.
Ang mga bono sa pagitan ng mga likidong particle, tulad ng alam natin, ay mas mahina kaysa sa pagitan ng mga molekula sa isang solid. Samakatuwid, dapat na asahan na ang mga likido ay lumalawak sa mas malaking lawak kaysa sa mga solido sa ilalim ng parehong pag-init. Ito ay talagang kinumpirma ng karanasan.
Punan ang isang prasko ng isang makitid at mahabang leeg na may isang kulay na likido (tubig o mas mahusay na kerosene) sa kalahati ng leeg at markahan ang antas ng likido gamit ang isang singsing na goma. Pagkatapos nito, ibaba ang prasko sa isang sisidlan na may mainit na tubig. Una, ang isang pagbaba sa antas ng likido sa leeg ng prasko ay makikita, at pagkatapos ay ang antas ay magsisimulang tumaas at tumaas nang malaki sa itaas ng una. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa una ang sisidlan ay pinainit at ang dami nito ay tumataas. Ito ay nagiging sanhi ng pagbaba ng antas ng likido. Pagkatapos ay pinainit ang likido. Ang pagpapalawak, hindi lamang nito pinupuno ang tumaas na dami ng sisidlan, ngunit makabuluhang lumampas din sa dami na ito. Samakatuwid, ang mga likido ay lumalawak nang mas malawak kaysa sa mga solido.
Ang mga koepisyent ng temperatura ng volumetric expansion ng mga likido ay mas malaki kaysa sa mga coefficient ng volumetric expansion ng solids; maaabot nila ang halagang 10 -3 K -1 .
Ang likido ay hindi maaaring pinainit nang hindi pinainit ang sisidlan kung saan ito matatagpuan. Samakatuwid, hindi natin mapapansin ang totoong pagpapalawak ng likido sa sisidlan, dahil ang pagpapalawak ng sisidlan ay minamaliit ang maliwanag na pagtaas sa dami ng likido. Gayunpaman, ang coefficient ng volumetric expansion ng salamin at iba pang solids ay kadalasang mas mababa kaysa sa coefficient ng volumetric expansion ng isang likido, at kung ang mga sukat ay hindi masyadong tumpak, ang pagtaas sa volume ng sisidlan ay maaaring mapabayaan.
Mga tampok ng pagpapalawak ng tubig
Ang pinakakaraniwang likido sa Earth - tubig - ay may mga espesyal na katangian na nakikilala ito mula sa iba pang mga likido. Sa tubig, kapag pinainit mula 0 hanggang 4 ° C, ang dami ay hindi tumataas, ngunit bumababa. Mula lamang sa 4 °C nagsisimulang tumaas ang dami ng tubig kapag pinainit. Sa 4°C, samakatuwid, ang dami ng tubig ay minimal at ang density ay pinakamataas*. Ipinapakita ng Figure 9.4 ang tinatayang kaugnayan sa pagitan ng density ng tubig at temperatura.
* Ang mga datos na ito ay tumutukoy sa sariwang (chemically pure) na tubig. Ang tubig sa dagat ay may pinakamataas na density sa humigit-kumulang 3°C.
Ang nabanggit na espesyal na pag-aari ng tubig ay may malaking impluwensya sa likas na katangian ng paglipat ng init sa mga katawan ng tubig. Kapag ang tubig ay pinalamig, ang density ng itaas na mga layer ay unang tumataas, at sila ay lumulubog. Ngunit pagkatapos maabot ng hangin ang temperatura na 4 ° C, ang karagdagang paglamig ay binabawasan na ang density, at ang mga malamig na layer ng tubig ay nananatili sa ibabaw. Bilang resulta, sa mga malalim na reservoir, kahit na sa napakababang temperatura ng hangin, ang tubig ay may temperatura na humigit-kumulang 4 °C.
Ang dami ng likido at solidong katawan ay tumataas sa direktang proporsyon sa pagtaas ng temperatura. Ang isang anomalya ay matatagpuan malapit sa tubig: ang density nito ay pinakamataas sa 4 °C.
§ 9.4. Accounting at paggamit ng thermal expansion ng mga katawan sa engineering
Bagama't ang mga linear na dimensyon at volume ng mga katawan ay bahagyang nagbabago sa mga pagbabago sa temperatura, gayunpaman, ang pagbabagong ito ay madalas na dapat isaalang-alang sa pagsasanay; sa parehong oras, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay malawakang ginagamit sa pang-araw-araw na buhay at teknolohiya.
Accounting para sa thermal expansion ng mga katawan
Ang pagbabago sa laki ng solids dahil sa thermal expansion ay humahantong sa paglitaw ng malaking elastic forces kung pinipigilan ng ibang mga katawan ang pagbabagong ito sa laki. Halimbawa, ang isang steel bridge beam na may cross section na 100 cm 2, kapag pinainit mula -40 ° C sa taglamig hanggang +40 ° C sa tag-araw, kung pinipigilan ng mga suporta ang pagpahaba nito, lumilikha ng presyon sa mga suporta (stress) hanggang sa 1.6 10 8 Pa, ibig sabihin, kumikilos ito sa mga suporta na may lakas na 1.6 10 6 N.
Ang mga ibinigay na halaga ay maaaring makuha mula sa batas at formula ni Hooke (9.2.1) para sa thermal expansion ng mga katawan.
Ayon sa batas ni Hooke, ang mekanikal na stress 
, saan 
- pagpahaba,a E- Modulus ni Young. Ayon sa (9.2.1) 
. Ang pagpapalit ng halagang ito ng kamag-anak na pagpahaba sa pormula ng batas ni Hooke, nakuha namin
(9.4.1)
Ang bakal ay may Young's modulus E= 2.1 10 11 Pa, temperatura koepisyent ng linear expansion α 1 \u003d 9 10 -6 K -1. Ang pagpapalit ng mga datos na ito sa pagpapahayag (9.4.1), nakuha namin iyon para sa Δ t = 80 °С mekanikal na diin σ = 1.6 10 8 Pa.
Bilang S \u003d 10 -2 m 2, pagkatapos ay ang puwersa F = σS = 1.6 10 6 N.
Upang ipakita ang mga puwersa na lumilitaw kapag ang isang metal rod ay pinalamig, ang sumusunod na eksperimento ay maaaring gawin. Pinainit namin ang isang bakal na baras na may butas sa dulo kung saan ipinasok ang isang cast-iron rod (Larawan 9.5). Pagkatapos ay ipinasok namin ang baras na ito sa isang napakalaking metal stand na may mga grooves. Kapag ang baras ay pinalamig, ito ay kumukontra, at tulad ng malalaking nababanat na puwersa ay lumitaw dito na ang cast-iron rod ay nasira.
Ang thermal expansion ng mga katawan ay dapat isaalang-alang kapag nagdidisenyo ng maraming mga istraktura. Ang mga hakbang ay dapat gawin upang matiyak na ang mga katawan ay malayang lumawak o kumukuha habang nagbabago ang temperatura.
Imposible, halimbawa, na mahigpit na hilahin ang mga wire ng telegraph, pati na rin ang mga wire ng mga linya ng kuryente (mga linya ng kuryente) sa pagitan ng mga suporta. Sa tag-araw, ang sagging ng mga wire ay kapansin-pansing mas malaki kaysa sa taglamig.
Ang mga pipeline ng metal na singaw, pati na rin ang mga tubo ng pagpainit ng tubig, ay kailangang bigyan ng mga bends (compensators) sa anyo ng mga loop (Larawan 9.6).
Ang mga panloob na stress ay maaaring lumitaw sa panahon ng hindi pantay na pag-init ng isang homogenous na katawan. Halimbawa, Bote na salamin o ang isang basong gawa sa makapal na salamin ay maaaring pumutok kung ibubuhos sa kanila mainit na tubig. Una sa lahat, ang mga panloob na bahagi ng sisidlan na nakikipag-ugnay sa mainit na tubig ay pinainit. Lumalawak sila at naglalagay ng maraming presyon sa mga panlabas na malamig na bahagi. Samakatuwid, ang pagkasira ng sisidlan ay maaaring mangyari. Ang isang manipis na baso ay hindi sumabog kapag ang mainit na tubig ay ibinuhos dito, dahil ang panloob at panlabas na mga bahagi nito ay pantay na umiinit.
Ang quartz glass ay may napakababang temperatura na koepisyent ng linear expansion. Ang gayong salamin ay nakatiis, nang walang pag-crack, hindi pantay na pag-init o paglamig. Halimbawa, ang malamig na tubig ay maaaring ibuhos sa isang red-hot quartz glass flask, habang ang isang ordinaryong glass flask ay pumuputok sa panahon ng naturang eksperimento.
Ang mga hindi magkatulad na materyales na napapailalim sa panaka-nakang pag-init at paglamig ay dapat na pagsamahin lamang kapag ang kanilang mga sukat ay nagbabago sa parehong paraan sa mga pagbabago sa temperatura. Ito ay lalong mahalaga para sa malalaking sukat ng produkto. Kaya, halimbawa, ang bakal at kongkreto ay lumalawak sa parehong paraan kapag pinainit. Iyon ang dahilan kung bakit ang reinforced concrete ay naging laganap - isang hardened concrete solution na ibinuhos sa isang steel lattice - reinforcement (Fig. 9.7). Kung ang bakal at kongkreto ay lumawak nang iba, kung gayon bilang resulta ng araw-araw at taunang pagbabago ng temperatura, ang reinforced concrete structure ay malapit nang bumagsak.
Ilan pang halimbawa. Ang mga metal na konduktor na ibinebenta sa mga bumbilya na salamin ng mga de-koryenteng lampara at radio lamp ay gawa sa isang haluang metal (bakal at nikel) na may parehong koepisyent ng pagpapalawak ng salamin, kung hindi, ang salamin ay pumutok kapag ang metal ay pinainit. Ang enamel kung saan pinahiran ang mga pinggan, at ang metal kung saan ginawa ang mga pagkaing ito, ay dapat magkaroon ng parehong koepisyent ng linear expansion. Kung hindi, ang enamel ay sasabog kapag ang mga pinggan na natatakpan nito ay pinainit at pinalamig.
Ang mga makabuluhang puwersa ay maaari ding mabuo ng isang likido kung ito ay pinainit sa isang saradong sisidlan na hindi pinapayagan ang likido na lumawak. Ang mga puwersang ito ay maaaring humantong sa pagkasira ng mga sisidlan na naglalaman ng likido. Samakatuwid, ang pag-aari na ito ng likido ay dapat ding isaalang-alang. Halimbawa, ang mga sistema ng tubo ng pagpainit ng tubig ay palaging binibigyan ng tangke ng pagpapalawak na nakakabit sa tuktok ng sistema at inilalabas sa kapaligiran. Kapag ang tubig ay pinainit sa isang pipe system, isang maliit na bahagi ng tubig ang pumapasok tangke ng pagpapalawak, at hindi kasama dito ang stress na estado ng tubig at mga tubo. Para sa parehong dahilan, ang isang oil-cooled power transformer ay may oil expansion tank sa itaas. Kapag tumaas ang temperatura, tumataas ang antas ng langis sa tangke, kapag lumalamig ang langis, bumababa ito.
Ang lakas ng makunat ng isang likido ay hindi isinasaalang-alang kapag nilutas ang mga praktikal na problema. Ang pagpapalawak ng temperatura ng mga bumabagsak na likido ay nailalarawan sa pamamagitan ng koepisyent ng thermal expansion β t, na nagpapahayag ng kamag-anak na pagtaas sa dami ng likido na may pagtaas sa temperatura ng 1 degree, i.e.:
saan W - paunang dami ng likido; Δ W - pagbabago sa volume na ito na may pagtaas sa temperatura ng isang halaga ΔT . Ang koepisyent ng thermal expansion ng mga bumabagsak na likido, tulad ng makikita mula sa Talahanayan. 5 ay hindi gaanong mahalaga.
Talahanayan 5
| Thermal expansion coefficient ng tubig |
|||||
| Presyon Pa∙10 4 | Sa temperatura, ° С |
||||
Ang mga halaga ng koepisyent sa (10) ay matatagpuan mula sa mga talahanayan sa loob ng isang naibigay na hanay ng temperatura (tingnan, halimbawa, Talahanayan 5). Ang kakayahan ng mga likido na baguhin ang density (specific gravity) na may mga pagbabago sa temperatura ay malawakang ginagamit upang lumikha ng natural na sirkulasyon sa mga boiler, mga sistema ng pag-init, upang alisin ang mga produkto ng pagkasunog, atbp. B table. Ipinapakita ng 6 ang density ng tubig sa iba't ibang temperatura.
Talahanayan 6
| Depende sa density ρ, kinematic ν at dynamic μ lagkit ng tubig sa temperatura |
|||
| Temperatura, ° С | ν∙10 4 , m 2 /s | μ∙10 3 , Pa∙s |
|
(11)
saan R - ganap na presyon; R - tiyak na pare-pareho ng gas, naiiba para sa iba't ibang mga gas, ngunit hindi nakasalalay sa temperatura at presyon [para sa hangin R=287 J/(kg∙K)] ; T - ganap na temperatura. Ang pag-uugali ng mga tunay na gas sa ilalim ng mga kondisyon na malayo sa liquefaction ay naiiba lamang ng kaunti sa pag-uugali ng mga perpektong gas, at para sa kanila ay maaaring gamitin ng isa ang mga equation ng estado ng mga perpektong gas sa isang malawak na hanay. Sa mga kalkulasyon ng engineering, kadalasang nagreresulta ang density ng isang gas normal pisikal na kondisyon (t=0°; p=101 325 Pa) o sa pamantayan kundisyon (t=20° С; р= 101325 Pa). Ang density ng hangin sa R=287 J/(kg∙K) sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon ayon sa formula (11) ay magiging katumbas ng ρ 0 =101325/287/(273+20)=1.2 kg/m 3 . Ang density ng hangin sa ilalim ng iba pang mga kondisyon ay tinutukoy ng formula:
(12)
Sa fig. Ang 1 ay nagpapakita ng mga graph ng dependence ng air density sa temperatura na tinutukoy ng formula na ito sa iba't ibang pressure.
kanin. 1 Pag-asa ng density ng hangin sa barometric pressure at temperatura
Para sa isang isothermal na proseso (T=const) mula sa formula (12) mayroon kaming:
(13)
(14)
saan k=s p /s ν ay ang adiabatic constant ng gas; c p ay ang kapasidad ng init ng gas sa pare-pareho ang presyon; kasama ν - pareho, sa isang pare-parehong dami. Ang compressibility ng mga gas ay nakasalalay sa likas na katangian ng proseso ng pagbabago ng estado. Para sa isang isothermal na proseso:
(15)
Para sa proseso ng adiabatic:
Mula sa expression (15) ito ay sumusunod na ang isothermal compressibility para sa hangin sa atmospera ay ~9.8∙10 4 Pa (mga 1 at), na humigit-kumulang 20 libong beses na mas mataas kaysa sa compressibility ng tubig. Dahil ang dami ng isang gas ay nakasalalay sa isang malaking lawak sa temperatura at presyon, ang mga konklusyon na nakuha mula sa pag-aaral ng mga bumabagsak na likido ay maaaring pahabain sa mga gas lamang kung, sa loob ng mga limitasyon ng hindi pangkaraniwang bagay na isinasaalang-alang, ang mga pagbabago sa presyon at temperatura ay hindi gaanong mahalaga. Nagdudulot ng makabuluhang pagkakaiba sa presyon makabuluhang pagbabago ang mga densidad ng mga gas ay maaaring lumitaw kapag sila ay gumagalaw sa mataas na bilis. Ang ratio sa pagitan ng bilis ng likido at ang bilis ng tunog sa loob nito ay ginagawang posible upang hatulan ang pangangailangan na isaalang-alang ang compressibility sa bawat partikular na kaso. Sa pagsasagawa, ang gas ay maaaring kunin nang hindi mapipigil sa bilis na hindi hihigit sa 100 m/s. Lagkit ng mga likido. Ang lagkit ay ang pag-aari ng mga likido upang labanan ang paggugupit. Ang lahat ng mga tunay na likido ay may isang tiyak na lagkit, na nagpapakita ng sarili sa anyo ng panloob na alitan sa panahon ng kamag-anak na paggalaw ng mga katabing mga particle ng likido. Kasama ng mga madaling mobile na likido (halimbawa, tubig, hangin), may mga napaka-malapot na likido, ang paglaban ng paggugupit na kung saan ay napakahalaga (gliserin, mabibigat na langis, atbp.). Kaya, ang lagkit ay nagpapakilala sa antas ng pagkalikido ng isang likido o ang kadaliang kumilos ng mga particle nito. Hayaang dumaloy ang likido sa isang patag na pader sa mga layer na kahanay nito (Larawan 2), tulad ng naobserbahan sa laminar motion. Dahil sa decelerating na epekto ng pader, ang mga likidong layer ay lilipat sa iba't ibang bilis, ang mga halaga nito ay tumataas nang may distansya mula sa dingding.
kanin. 2 Pamamahagi ng bilis para sa daloy ng likido sa isang solidong pader
Isaalang-alang ang dalawang layer ng fluid na gumagalaw sa malayo Δy mula sa isa't isa. Layer A gumagalaw ng mabilis u , isang layer AT - sa bilis u + Δu . Dahil sa pagkakaiba sa mga bilis sa bawat yunit ng oras, ang layer AT nagbabago kaugnay sa layer A ng Δ u . Halaga Δ u ay ang ganap na paglilipat ng layer A kasama ang layer B, at Δ u /Δ y ay ang velocity gradient (relative shift). Ang tangential stress na lumilitaw sa panahon ng paggalaw na ito (friction force per unit area) ay tutukuyin ng . Pagkatapos, katulad ng shift phenomenon in mga solido nakukuha natin ang sumusunod na kaugnayan sa pagitan ng stress at strain:
(17)
O, kung ang mga layer ay walang katapusan na malapit sa isa't isa,
(18)
Halaga µ , katulad ng shear coefficient sa solids at nailalarawan ang paglaban ng isang likido sa paggugupit, ay tinatawag na pabago-bago o ganap lagkit. Ang pagkakaroon ng kaugnayan (18) ay unang ipinahiwatig ni Newton, at samakatuwid ito ay tinatawag na batas ng friction ni Newton. Sa internasyonal na sistema ng mga yunit, ang dynamic na lagkit ay ipinahayag sa H s / m 2 o Pa s. AT teknikal na sistema units dynamic lagkit ay may dimensyon kgf∙s∙m -2 . Sa sistema ng CGS, ang isang poise (P) ay kinuha bilang isang yunit ng dynamic na lagkit bilang memorya ng Pranses na doktor na si Poiseuille, na nag-aral ng mga batas ng paggalaw ng dugo sa mga sisidlan ng katawan ng tao, katumbas ng 1 g∙cm -1 ∙ s -1; 1 Pa ∙ s \u003d 0.102 kgf s / m 2 \u003d 10 P. Lagkit ng mga likido sa malakas na antas umaasa sa temperatura; sa kasong ito, ang lagkit ng pag-drop ng mga likido ay bumababa sa pagtaas ng temperatura, at ang lagkit ng mga gas ay tumataas. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na ang likas na katangian ng lagkit ng pag-drop ng mga likido at gas ay iba. sa mga gas average na bilis(intensity) ng thermal motion ng mga molekula ay tumataas sa pagtaas ng temperatura, samakatuwid, ang lagkit ay tumataas. Sa pagbagsak ng mga likido, ang mga molekula ay hindi maaaring gumalaw, tulad ng sa isang gas, sa lahat ng direksyon, maaari lamang silang mag-oscillate sa paligid ng kanilang karaniwang posisyon. Sa pagtaas ng average na bilis ng temperatura mga oscillatory na paggalaw tumataas ang mga molekula, dahil sa kung saan ang mga bono na humahawak sa kanila ay mas madaling mapagtagumpayan, at ang likido ay nakakakuha ng higit na kadaliang kumilos (nababawasan ang lagkit nito). Oo, para malinis sariwang tubig ang dependence ng dynamic na lagkit sa temperatura ay tinutukoy ng Poiseuille formula:
(19)
saan µ - ganap (dynamic) lagkit ng likido sa P; t - temperatura sa ° C. Sa pagtaas ng temperatura mula 0 hanggang 100 ° C, ang lagkit ng tubig ay bumababa ng halos 7 beses (tingnan ang Talahanayan 6). Sa temperatura na 20°C, ang dynamic na lagkit ng tubig ay 0.001 Pa∙s=0.01 P. Ang tubig ay kabilang sa pinakamababang malapot na likido. Iilan lamang sa mga praktikal na ginagamit na likido (hal. eter at alkohol) ang may medyo mas mababang lagkit kaysa tubig. Ang likidong carbon dioxide ay may pinakamababang lagkit (50 beses na mas mababa kaysa sa lagkit ng tubig). Ang lahat ng likidong langis ay may mas mataas na lagkit kaysa sa tubig (castor oil sa 20°C ay may lagkit na 1000 beses na mas malaki kaysa sa tubig sa parehong temperatura). B mesa. Ipinapakita ng 1.7 ang mga halaga ng lagkit ng ilang likido.
Talahanayan 7
| Kinematic at dynamic na lagkit ng mga bumabagsak na likido (sa t=20° C) |
||
| likido | ν∙10 4 , m 2 /s |
|
| sariwang tubig | ||
| Glycerin na walang tubig | ||
| Kerosene (sa 15°C) | ||
| Gasoline (sa 15°C) | ||
| Langis ng castor | ||
| Mineral na langis | ||
| Langis sa 15°C | ||
| Anhydrous ethyl alcohol | ||
Ano ang nagbibigay sa t \u003d 15 ° С \u003d 1.82 ∙ 10 -6 kgf s / m 2 (~ 1.82 ∙ 10 -5 Pa s). Ang dynamic na lagkit ng iba pang mga gas ay halos magkaparehong pagkakasunud-sunod ng magnitude. Kasama ang konsepto ng absolute o dynamic na lagkit, ang konsepto ng kinematic lagkit; na ang ratio ng ganap na lagkit sa density ng likido:
(21)
Ang lagkit na ito ay tinatawag kinematic, dahil walang mga yunit ng puwersa sa sukat nito. Sa katunayan, sa pamamagitan ng pagpapalit ng dimensyon µ at ρ , nakukuha natin [ v]=[L 2 /T]. Sa internasyonal na sistema ng mga yunit, ang kinematic viscosity ay sinusukat sa m 2 / s; ang yunit para sa pagsukat ng kinematic viscosity sa CGS system ay stokes (bilang parangal sa English physicist Stokes): 1 St = 1 cm 2 / s = 10 -4 m 2 / s. Ang daang bahagi ng Stokes ay tinatawag na centistokes (cSt): 1 m 2 / s \u003d 1 ∙ 10 4 St \u003d 1 ∙ 10 6 cCt. Sa mesa. Ipinapakita ng Figure 7 ang mga numerical na halaga ng kinematic viscosity ng mga bumabagsak na likido; 3 - pag-asa ng kinematic viscosity ng tubig at pang-industriya na langis sa temperatura. Para sa mga paunang kalkulasyon, ang halaga ng kinematic viscosity ng tubig v maaaring kunin na katumbas ng 0.01 cm 2 / s = 1.10 -6 m 2 / s, na tumutugma sa temperatura na 20 ° C.
kanin. 3 Depende sa kinematic viscosity ng tubig at langis sa temperatura
Ang kinematic viscosity ng pag-drop ng mga likido sa mga pressure na nakatagpo sa karamihan ng mga kaso sa pagsasanay (hanggang sa 200 atm) ay nakasalalay nang kaunti sa presyon, at ang pagbabagong ito ay napapabayaan sa maginoo na hydraulic kalkulasyon. Ang kinematic viscosity ng mga gas ay nakasalalay sa parehong temperatura at presyon, tumataas sa pagtaas ng temperatura at bumababa sa pagtaas ng presyon (Talahanayan 8). Kinematic lagkit ng hangin para sa normal na kondisyon(temperatura 20° С, presyon ~1at) v= µ/ ρ \u003d 1.57 ∙ 10 -5 m 2 / s, i.e. humigit-kumulang 15 beses na higit pa kaysa sa tubig sa parehong temperatura. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang denominator ng expression para sa kinematic viscosity (21) ay kinabibilangan ng density, na mas mababa para sa mga gas kaysa sa mga bumababa na likido. Upang kalkulahin ang kinematic viscosity ng hangin sa iba't ibang temperatura at presyon, maaari mong gamitin ang graph (Larawan 4).
Talahanayan 1.8
| Mga halaga ng kinematic ν at tiyak na gas constant K para sa ilang mga gas |
|||||
| ν∙10 4 , m 2 / s sa temperatura sa °C | R, J/(kg∙K) |
||||
| mga pederal na batas Russian Federation: "On Education" (na may petsang Hulyo 10, 1992 No. 3266-1) at "On Higher and Postgraduate Professional Education" (na may petsang Agosto 22, 1996 No. 125-FZ); Ang pangunahing programang pang-edukasyon ng mas mataas na propesyonal na edukasyon Direksyon ng pagsasanay 270800 Konstruksyon (1)Pangunahing programa sa edukasyon1.1. Ang layunin (misyon) ng BEP ay maghanda ng isang mapagkumpitensyang propesyonal na handang magtrabaho sa mga lugar na may kaugnayan sa probisyon ng konstruksiyon, gayundin ang may kakayahang higit pang propesyonal na pagpapabuti sa sarili at malikhaing pag-unlad. | |||||