Υγρά με υψηλό συντελεστή διαστολής. Συντελεστής θερμικής διαστολής

Αρχική > Νομική

Η αντοχή σε εφελκυσμό ενός υγρού δεν λαμβάνεται υπόψη κατά την επίλυση πρακτικών προβλημάτων. Η διαστολή της θερμοκρασίας των υγρών που πέφτουν χαρακτηρίζεται από συντελεστής θερμικής διαστολής β t, που εκφράζει τη σχετική αύξηση του όγκου του υγρού με αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1 βαθμό, δηλ.:

Οπου W - αρχικός όγκος υγρού. Δ W - αλλαγή σε αυτόν τον όγκο με αύξηση της θερμοκρασίας κατά ένα ποσό ΔT . Ο συντελεστής θερμικής διαστολής των υγρών που πέφτουν, όπως φαίνεται από τον Πίνακα. Το 5 είναι ασήμαντο.

Πίνακας 5

Συντελεστής θερμικής διαστολής νερού
Πίεση Pa∙10 4	Σε θερμοκρασία, °С

Έτσι, για το νερό όταν η θερμοκρασία αλλάζει από 10 σε 20 ° C και σε πίεση 10 5 Pa β t=0,00015 1/deg. Με σημαντικές διαφορές θερμοκρασίας, η επίδραση της θερμοκρασίας στο ειδικό βάρος σε ορισμένες περιπτώσεις πρέπει να λαμβάνεται υπόψη. Η πυκνότητα και το ειδικό βάρος των υγρών που πέφτουν, όπως προκύπτει από τις προηγούμενες σκέψεις, αλλάζουν ελάχιστα με τις αλλαγές στην πίεση και τη θερμοκρασία. Μπορούμε περίπου να υποθέσουμε ότι η πυκνότητα δεν εξαρτάται από την πίεση και καθορίζεται μόνο από τη θερμοκρασία. Από τις εκφράσεις (9) και (1), μπορεί κανείς να βρει μια κατά προσέγγιση σχέση για τον υπολογισμό της αλλαγής στην πυκνότητα της πτώσης υγρών με τη θερμοκρασία:

Οι τιμές του συντελεστή στο (10) βρίσκονται από πίνακες εντός ενός δεδομένου εύρους θερμοκρασίας (βλ., για παράδειγμα, Πίνακας 5). Η ικανότητα των υγρών να αλλάζουν πυκνότητα (ειδικό βάρος) με αλλαγές θερμοκρασίας χρησιμοποιείται ευρέως για τη δημιουργία φυσικής κυκλοφορίας σε λέβητες, συστήματα θέρμανσης, αφαίρεση προϊόντων καύσης κ.λπ. Β πίνακας. Το σχήμα 6 δείχνει την πυκνότητα του νερού σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Πίνακας 6

Εξάρτηση πυκνότητας ρ, κινηματικού ν και δυναμικού μ ιξώδους του νερού από τη θερμοκρασία
Θερμοκρασία, °C		ν∙10 4 , m 2 /s	μ∙10 3 , Pa∙s

Σε αντίθεση με τα υγρά που πέφτουν, τα αέρια χαρακτηρίζονται από σημαντική συμπιεστότητα και υψηλές τιμές του συντελεστή θερμικής διαστολής. Η εξάρτηση της πυκνότητας των αερίων από την πίεση και τη θερμοκρασία καθορίζεται από την εξίσωση της κατάστασης. Τις απλούστερες ιδιότητες κατέχει ένα αέριο που είναι αραιωμένο σε τέτοιο βαθμό που η αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων του μπορεί να αγνοηθεί - το λεγόμενο τέλειο ( ιδανικός) αέριο. Για τέλεια αέρια, ισχύει η εξίσωση Clapeyron, η οποία καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της πυκνότητας ενός αερίου σε γνωστή πίεση και θερμοκρασία:

(11)

Οπου R - απόλυτη πίεση. R - ειδική σταθερά αερίου, διαφορετική για διαφορετικά αέρια, αλλά ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία και την πίεση [για τον αέρα R=287 J/(kg∙K)] ; Τ είναι η απόλυτη θερμοκρασία. Η συμπεριφορά των πραγματικών αερίων σε συνθήκες μακριά από την υγροποίηση διαφέρει ελάχιστα από τη συμπεριφορά των τέλειων αερίων και γι' αυτά οι εξισώσεις κατάστασης των τέλειων αερίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα. Στους μηχανικούς υπολογισμούς, συνήθως προκύπτει η πυκνότητα ενός αερίου κανονικόςφυσικές συνθήκες (t=0°, p=101 325 Pa) ή έως πρότυποσυνθήκες (t=20° С; р= 101325 Pa). Η πυκνότητα του αέρα σε R=287 J/(kg∙K) υπό τυπικές συνθήκες σύμφωνα με τον τύπο (11) θα είναι ίση με ρ 0 =101325/287/(273+20)=1,2 kg/m 3 . Η πυκνότητα του αέρα υπό άλλες συνθήκες καθορίζεται από τον τύπο:

(12)

Στο σχ. Το σχήμα 1 δείχνει τα γραφήματα της εξάρτησης της πυκνότητας του αέρα από τη θερμοκρασία που προσδιορίζεται από αυτόν τον τύπο σε διαφορετικές πιέσεις.

Ρύζι. 1 Εξάρτηση της πυκνότητας του αέρα από τη βαρομετρική πίεση και τη θερμοκρασία

Για μια ισοθερμική διεργασία (T=const) από τον τύπο (12) έχουμε:

(13)

(14)

Οπου κ=s p /s ν είναι η αδιαβατική σταθερά του αερίου. c p είναι η θερμοχωρητικότητα του αερίου σε σταθερή πίεση. Με ν - το ίδιο, σε σταθερή ένταση. Η συμπιεστότητα των αερίων εξαρτάται από τη φύση της διαδικασίας αλλαγής κατάστασης. Για μια ισοθερμική διαδικασία:

(15)

Για μια αδιαβατική διαδικασία:

Από την έκφραση (15) προκύπτει ότι η ισοθερμική συμπιεστότητα για τον ατμοσφαιρικό αέρα είναι ~9,8∙10 4 Pa ​​(περίπου 1 atm), που είναι περίπου 20 χιλιάδες φορές υψηλότερη από τη συμπιεστότητα του νερού. Δεδομένου ότι ο όγκος ενός αερίου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία και την πίεση, τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τη μελέτη της πτώσης υγρών μπορούν να επεκταθούν στα αέρια μόνο εάν, εντός των ορίων του υπό εξέταση φαινομένου, οι αλλαγές στην πίεση και τη θερμοκρασία είναι ασήμαντες. Σημαντικές διαφορές πίεσης, που προκαλούν σημαντική αλλαγή στην πυκνότητα των αερίων, μπορεί να προκύψουν όταν κινούνται με υψηλές ταχύτητες. Η αναλογία μεταξύ της ταχύτητας του ρευστού και της ταχύτητας του ήχου σε αυτό καθιστά δυνατό να κριθεί η ανάγκη να ληφθεί υπόψη η συμπιεστότητα σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση. Στην πράξη, το αέριο μπορεί να ληφθεί ασυμπίεστο σε ταχύτητες που δεν υπερβαίνουν τα 100 m/s. Ιξώδες υγρών.Το ιξώδες είναι η ιδιότητα των υγρών να ανθίστανται στη διάτμηση. Όλα τα πραγματικά υγρά έχουν ένα ορισμένο ιξώδες, το οποίο εκδηλώνεται με τη μορφή εσωτερικής τριβής κατά τη σχετική κίνηση των παρακείμενων σωματιδίων ρευστού. Μαζί με τα εύκολα μετακινούμενα υγρά (για παράδειγμα, νερό, αέρας), υπάρχουν και πολύ παχύρρευστα υγρά, η αντίσταση στη διάτμηση των οποίων είναι πολύ σημαντική (γλυκερίνη, βαρέα έλαια κ.λπ.). Έτσι, το ιξώδες χαρακτηρίζει τον βαθμό ρευστότητας ενός υγρού ή την κινητικότητα των σωματιδίων του. Αφήστε το ρευστό να ρέει κατά μήκος ενός επίπεδου τοίχου σε στρώσεις παράλληλες με αυτό (Εικ. 2), όπως παρατηρείται στη στρωτή κίνηση. Λόγω της επιβραδυντικής επίδρασης του τοίχου, τα στρώματα ρευστού θα κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες, οι τιμές των οποίων αυξάνονται με την απόσταση από τον τοίχο.

Ρύζι. 2 Κατανομή ταχύτητας για τη ροή ρευστού κατά μήκος ενός συμπαγούς τοίχου

Θεωρήστε δύο στρώματα ρευστού που κινούνται σε απόσταση Δυ ο ένας από τον άλλο. Στρώμα ΕΝΑ κινείται με ταχύτητα u , ένα στρώμα ΣΤΟ - με ταχύτητα u + Δu . Λόγω της διαφοράς των ταχυτήτων ανά μονάδα χρόνου, το στρώμα ΣΤΟ μετατοπίζεται σε σχέση με το στρώμα Α κατά Δ u . αξία Δ u είναι η απόλυτη μετατόπιση του στρώματος Α κατά μήκος του στρώματος Β, και Δ u /Δ y είναι η κλίση ταχύτητας (σχετική μετατόπιση). Η εφαπτομενική τάση που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια αυτής της κίνησης (δύναμη τριβής ανά μονάδα επιφάνειας) θα συμβολίζεται με . Στη συνέχεια, παρόμοια με το φαινόμενο της διάτμησης στα στερεά, λαμβάνουμε την ακόλουθη σχέση μεταξύ τάσης και παραμόρφωσης:

(17)

Ή, εάν τα στρώματα είναι απείρως κοντά το ένα στο άλλο,

(18)

αξία µ , παρόμοιο με τον συντελεστή διάτμησης στα στερεά και που χαρακτηρίζει την αντίσταση ενός υγρού στη διάτμηση, ονομάζεται δυναμικόςή απόλυτος ιξώδες. Η ύπαρξη της σχέσης (18) υποδεικνύεται για πρώτη φορά από τον Νεύτωνα, και επομένως ονομάζεται νόμος της τριβής του Νεύτωνα. Στο διεθνές σύστημα μονάδων, το δυναμικό ιξώδες εκφράζεται σε H s / m 2 ή Pa s. Στο τεχνικό σύστημα μονάδων, το δυναμικό ιξώδες έχει τη διάσταση kgf∙s∙m -2. Στο σύστημα CGS, ένα poise (P) λαμβάνεται ως μονάδα δυναμικού ιξώδους στη μνήμη του Γάλλου γιατρού Poiseuille, ο οποίος μελέτησε τους νόμους της κίνησης του αίματος στα αγγεία του ανθρώπινου σώματος, ίσο με 1 g∙cm -1 ∙ s -1; 1 Pa s \u003d 0,102 kgf s / m 2 \u003d 10 P. Το ιξώδες των υγρών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία. Σε αυτή την περίπτωση, το ιξώδες των υγρών που πέφτουν μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και το ιξώδες των αερίων αυξάνεται. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η φύση του ιξώδους της πτώσης υγρών και αερίων είναι διαφορετική. Στα αέρια, η μέση ταχύτητα (ένταση) της θερμικής κίνησης των μορίων αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, επομένως, το ιξώδες αυξάνεται. Κατά τη ρίψη υγρών, τα μόρια δεν μπορούν να κινηθούν, καθώς σε ένα αέριο, προς όλες τις κατευθύνσεις, μπορούν μόνο να ταλαντωθούν γύρω από τη μέση θέση τους. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, οι μέσες ταχύτητες των κινήσεων δόνησης των μορίων αυξάνονται, λόγω των οποίων οι δεσμοί που τα συγκρατούν ξεπερνιούνται πιο εύκολα και το υγρό αποκτά μεγαλύτερη κινητικότητα (το ιξώδες του μειώνεται). Έτσι, για καθαρό γλυκό νερό, η εξάρτηση του δυναμικού ιξώδους από τη θερμοκρασία προσδιορίζεται από τον τύπο Poiseuille:

(19)

Οπου µ - απόλυτο (δυναμικό) ιξώδες του υγρού σε P. t - θερμοκρασία σε ° C. Με αύξηση της θερμοκρασίας από 0 έως 100 ° C, το ιξώδες του νερού μειώνεται σχεδόν κατά 7 φορές (βλ. Πίνακα 6). Σε θερμοκρασία 20°C, το δυναμικό ιξώδες του νερού είναι 0,001 Pa∙s=0,01 P. Το νερό ανήκει στα λιγότερο παχύρρευστα υγρά. Μόνο μερικά από τα πρακτικά χρησιμοποιούμενα υγρά (π.χ. αιθέρας και αλκοόλη) έχουν κάπως χαμηλότερο ιξώδες από το νερό. Το υγρό διοξείδιο του άνθρακα έχει το χαμηλότερο ιξώδες (50 φορές μικρότερο από το ιξώδες του νερού). Όλα τα υγρά λάδια έχουν πολύ υψηλότερο ιξώδες από το νερό (το καστορέλαιο στους 20°C έχει ιξώδες 1000 φορές μεγαλύτερο από το νερό στην ίδια θερμοκρασία). Β τραπέζι. Το 1.7 δείχνει τις τιμές ιξώδους ορισμένων υγρών.

Πίνακας 7

Κινηματικό και δυναμικό ιξώδες σταγόνων υγρών (σε t=20°C)
Υγρό		ν∙10 4 , m 2 /s
Γλυκό νερό
Γλυκερίνη Άνυδρη
Κηροζίνη (στους 15°C)
Βενζίνη (στους 15°C)
καστορέλαιο
Ορυκτέλαιο
Λάδι στους 15°C
Άνυδρη αιθυλική αλκοόλη

Για τον προσδιορισμό της τιμής του δυναμικού ιξώδους του αέρα στο σύστημα MKGSS, χρησιμοποιείται ο τύπος Millikan:

Τι δίνει σε t \u003d 15 ° C \u003d 1,82 ∙ 10 -6 kgf s / m 2 (~ 1,82 ∙ 10 -5 Pa s). Το δυναμικό ιξώδες των άλλων αερίων είναι περίπου της ίδιας τάξης μεγέθους. Μαζί με την έννοια του απόλυτου ή δυναμικού ιξώδους, η έννοια του κινηματικό ιξώδες; που είναι ο λόγος του απόλυτου ιξώδους προς την πυκνότητα του υγρού:

(21)

Αυτό το ιξώδες ονομάζεται κινηματικός, αφού δεν υπάρχουν μονάδες δύναμης στη διάστασή του. Αντικαθιστώντας μάλιστα τη διάσταση µ και ρ , παίρνουμε [ v]=[μεγάλο 2 /Τ]. Στο διεθνές σύστημα μονάδων, το κινηματικό ιξώδες μετράται σε m 2 / s. η μονάδα για τη μέτρηση του κινηματικού ιξώδους στο σύστημα CGS είναι τα stokes (προς τιμή του Άγγλου φυσικού Stokes): 1 St = 1 cm 2 / s = 10 -4 m 2 / s. Το εκατοστό μέρος του Stokes ονομάζεται centistokes (cSt): 1 m 2 / s \u003d 1 ∙ 10 4 St \u003d 1 ∙ 10 6 cCt. Στον πίνακα. Το σχήμα 7 δείχνει τις αριθμητικές τιμές του κινηματικού ιξώδους των υγρών που πέφτουν. 3 - εξάρτηση του κινηματικού ιξώδους του νερού και του βιομηχανικού λαδιού από τη θερμοκρασία. Για προκαταρκτικούς υπολογισμούς, η τιμή του κινηματικού ιξώδους του νερού v μπορεί να ληφθεί ίσο με 0,01 cm 2 / s = 1,10 -6 m 2 / s, που αντιστοιχεί σε θερμοκρασία 20 ° C.

Ρύζι. 3 Εξάρτηση του κινηματικού ιξώδους νερού και λαδιού από τη θερμοκρασία

Το κινηματικό ιξώδες της πτώσης υγρών σε πιέσεις που συναντώνται στις περισσότερες περιπτώσεις στην πράξη (μέχρι 200 ​​atm) εξαρτάται πολύ λίγο από την πίεση και αυτή η αλλαγή παραμελείται στους συμβατικούς υδραυλικούς υπολογισμούς. Το κινηματικό ιξώδες των αερίων εξαρτάται τόσο από τη θερμοκρασία όσο και από την πίεση, αυξάνοντας με την αύξηση της θερμοκρασίας και μειώνοντας με την αύξηση της πίεσης (Πίνακας 8). Κινηματικό ιξώδες αέρα για κανονικές συνθήκες (θερμοκρασία 20 ° C, πίεση ~ 1at) v= µ/ ρ \u003d 1,57 ∙ 10 -5 m 2 / s, δηλ. περίπου 15 φορές περισσότερο από ό,τι για νερό στην ίδια θερμοκρασία. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι ο παρονομαστής της έκφρασης για το κινηματικό ιξώδες (21) περιλαμβάνει την πυκνότητα, η οποία είναι πολύ μικρότερη για τα αέρια παρά για τα υγρά που πέφτουν. Για να υπολογίσετε το κινηματικό ιξώδες του αέρα σε διαφορετικές θερμοκρασίες και πιέσεις, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το γράφημα (Εικ. 4).

Πίνακας 1.8

Τιμές κινηματικού ν και ειδικής σταθεράς αερίου K για ορισμένα αέρια
	ν∙10 4 , m 2 /s σε θερμοκρασία σε °С				R, J/(kg∙K)
					Ομοσπονδιακοί νόμοι της Ρωσικής Ομοσπονδίας: «Για την Εκπαίδευση» (ημερομηνία 10 Ιουλίου 1992 Αρ. 3266-1) και «Για την Ανώτατη και Μεταπτυχιακή Επαγγελματική Εκπαίδευση» (ημερομηνία 22 Αυγούστου 1996 Αρ. 125-FZ). Το κύριο εκπαιδευτικό πρόγραμμα ανώτατης επαγγελματικής εκπαίδευσης Κατεύθυνση κατάρτισης 270800 Κατασκευές (1) Κύριο εκπαιδευτικό πρόγραμμα 1.1. Σκοπός (αποστολή) του BEP είναι να προετοιμάσει έναν ανταγωνιστικό επαγγελματία έτοιμο να εργαστεί σε τομείς που σχετίζονται με την παροχή κατασκευής, καθώς και ικανό για περαιτέρω επαγγελματική αυτοβελτίωση και δημιουργική ανάπτυξη.

15.07.2012
Φυσικές ιδιότητες των υδραυλικών λαδιών και η επίδρασή τους στην απόδοση

1. Ιξώδες, χαρακτηριστικά ιξώδους-θερμοκρασίας
Το ιξώδες είναι το πιο σημαντικό κριτήριο για την αξιολόγηση της φέρουσας ικανότητας ενός υδραυλικού λαδιού. Το ιξώδες διαφοροποιείται από δυναμικούς και κινηματικούς δείκτες.
Τα βιομηχανικά λιπαντικά και τα υδραυλικά λάδια ταξινομούνται σύμφωνα με ISOβαθμίδες ιξώδους με βάση το κινηματικό τους ιξώδες, το οποίο με τη σειρά του περιγράφεται ως ο λόγος του δυναμικού ιξώδους προς την πυκνότητα. Η θερμοκρασία αναφοράς είναι 40 °C. Η επίσημη μονάδα μέτρησης ( Αγ) για το κινηματικό ιξώδες είναι m 2 /s και στη βιομηχανία διύλισης πετρελαίου, η μονάδα για το κινηματικό ιξώδες είναι cSt(centistokes) ή mm 2 /s. Ταξινόμηση ιξώδους ISO, DINΤο 51519 για υγρά βιομηχανικά λιπαντικά περιγράφει 18 βαθμούς (τάξεις) ιξώδους από 2 έως 1500 mm 2 / s σε θερμοκρασία 40 ° C. Κάθε βαθμός προσδιορίζεται από το μέσο ιξώδες στους 40 ° C και με ανοχή ± 10% από αυτήν την τιμή. Η εξάρτηση ιξώδους-θερμοκρασίας έχει μεγάλη σημασία για τα υδραυλικά λιπαντικά. Το ιξώδες αυξάνεται απότομα με τη μείωση της θερμοκρασίας και μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Πρακτικά, το ιξώδες ρευστού κατωφλίου (επιτρεπόμενο ιξώδες εκκίνησης, περίπου 800 - 2000 mm 2 /s) είναι απαραίτητο για χρήση σε διάφορους τύπους αντλιών. Το ελάχιστο επιτρεπόμενο ιξώδες σε υψηλές θερμοκρασίες προσδιορίζεται από την έναρξη της οριακής φάσης τριβής. Το ελάχιστο ιξώδες δεν πρέπει να είναι μικρότερο από 7-10 mm 2 /s για να αποφευχθεί η απαράδεκτη φθορά των αντλιών και των κινητήρων. Οι καμπύλες στα γραφήματα ιξώδους-θερμοκρασίας περιγράφουν την εξάρτηση του ιξώδους των υδραυλικών ρευστών από τη θερμοκρασία. Σε συνθήκες γραμμής V-T- οι καμπύλες είναι υπερβολικές. Με μαθηματικό μετασχηματισμό, αυτά V - T- οι καμπύλες μπορούν να αναπαρασταθούν ως ευθείες γραμμές. Αυτές οι γραμμές επιτρέπουν τον ακριβή προσδιορισμό του ιξώδους σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Ο δείκτης ιξώδους (VI) είναι ένα κριτήριο V - T- εξαρτήσεις και V-T- καμπύλη - κλίση στο γράφημα. Όσο υψηλότερο είναι το VI του υδραυλικού ρευστού, τόσο μικρότερη είναι η μεταβολή του ιξώδους με τη θερμοκρασία, δηλ. V - T- καμπύλη. Τα υδραυλικά λάδια με βάση ορυκτέλαια έχουν συνήθως φυσικό IV 95-100. Τα συνθετικά υδραυλικά έλαια με βάση εστέρες έχουν περιοριστικό VI 140-180 και οι πολυγλυκόλες έχουν φυσικό IV 180-200 (Εικ. 1)

Ο δείκτης ιξώδους μπορεί επίσης να βελτιωθεί με πρόσθετα (πολυμερικά πρόσθετα που πρέπει να είναι ανθεκτικά στη διάτμηση) που ονομάζονται βελτιωτικά VI ή πρόσθετα ιξώδους. Τα υδραυλικά λιπαντικά High VI παρέχουν εύκολη εκκίνηση, μειώνουν την απώλεια απόδοσης σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος και βελτιώνουν τη στεγανοποίηση και την προστασία από τη φθορά σε υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας. Τα λιπαντικά υψηλού δείκτη αυξάνουν την απόδοση του συστήματος και παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων που υπόκεινται σε φθορά (όσο υψηλότερο είναι το ιξώδες σε θερμοκρασίες λειτουργίας, τόσο καλύτερη είναι η αναλογία όγκου).

2. Εξάρτηση από την πίεση του ιξώδους
Η φέρουσα ικανότητα του λιπαντικού φιλμ καθορίζεται από την εξάρτηση από την πίεση του ιξώδους του λιπαντικού. Το δυναμικό ιξώδες των υγρών μέσων αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης. Ακολουθεί μια μέθοδος για τον έλεγχο του δυναμικού ιξώδους έναντι της πίεσης σε σταθερή θερμοκρασία.
Η εξάρτηση του ιξώδους από την πίεση, δηλαδή η αύξηση του ιξώδους με την αύξηση της πίεσης, έχει θετική επίδραση στο συγκεκριμένο φορτίο (για παράδειγμα, στα ρουλεμάν), επειδή το ιξώδες του λιπαντικού φιλμ αυξάνεται υπό την επίδραση της υψηλής μερικής πίεσης από 0 σε 2000 atm. Ιξώδες HFCτο υγρό αυξάνεται δύο φορές, το ορυκτέλαιο - 30 φορές, σε HFDυγρά - 60 φορές. Αυτό εξηγεί τη σχετικά μικρή διάρκεια ζωής των ρουλεμάν κυλίνδρων εάν λιπαίνονται χρησιμοποιώντας ( HFA, HFC) λιπαντικά λιπαντικά με βάση το νερό. Στο σχ. Τα σχήματα 2 και 3 δείχνουν ιξώδες σε σχέση με την πίεση για διάφορα υδραυλικά υγρά.

Τα χαρακτηριστικά ιξώδους-θερμοκρασίας μπορούν επίσης να περιγραφούν με μια εκθετική έκφραση:

η = η ο · μι α Π ,

Όπου η ο είναι το δυναμικό ιξώδες στην ατμοσφαιρική πίεση, α είναι ο συντελεστής της εξάρτησης "ιξώδες-πίεση", R-πίεση. Για HFCα \u003d 3,5 10 -4 atm -1;
Για HFDα \u003d 2,2 10 -3 atm -1; Για HLPα \u003d 1,7 10 -3 atm -1

3. Πυκνότητα
Οι απώλειες υδραυλικών υγρών στις σωληνώσεις και στα στοιχεία του υδραυλικού συστήματος είναι ευθέως ανάλογες με την πυκνότητα του ρευστού. Για παράδειγμα, η απώλεια πίεσης είναι ευθέως ανάλογη με την πυκνότητα:

Δ Π= (ρ/2) ξ Με 2 ,

Όπου ρ είναι η πυκνότητα του υγρού, ξ, είναι ο συντελεστής οπισθέλκουσας, Μεείναι ο ρυθμός ροής του ρευστού και Δ Π- απώλεια πίεσης.
Η πυκνότητα ρ είναι η μάζα ανά μονάδα όγκου ενός υγρού.

ρ = m/V(kg / m 3).

Η πυκνότητα ενός υδραυλικού ρευστού μετριέται σε θερμοκρασία 15 °C. Εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση, καθώς ο όγκος ενός υγρού αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Έτσι, η αλλαγή στον όγκο του υγρού ως αποτέλεσμα της θέρμανσης συμβαίνει σύμφωνα με την εξίσωση

Δ V=Vβ θερμοκρασία Δ Τ,

Τι οδηγεί σε αλλαγή στην πυκνότητα:

Δρ = ρ β ρυθμός Δ Τ.

Σε υδροστατικές συνθήκες σε θερμοκρασίες από -5 έως +150 °C, αρκεί να εφαρμοστεί ένας γραμμικός τύπος στην παραπάνω εξίσωση. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής βtemp μπορεί να εφαρμοστεί σε όλους τους τύπους υδραυλικών υγρών.

Δεδομένου ότι ο συντελεστής θερμικής διαστολής των ορυκτελαίων είναι περίπου 7 x 10 -4 K -1, ο όγκος ενός υδραυλικού ρευστού αυξάνεται κατά 0,7% εάν η θερμοκρασία του αυξηθεί κατά 10 °C. Στο σχ. Το σχήμα 5 δείχνει την εξάρτηση του όγκου των υδραυλικών υγρών από τη θερμοκρασία.

Η σχέση πυκνότητας-πίεσης των υδραυλικών ρευστών θα πρέπει επίσης να συμπεριληφθεί στην υδροστατική αξιολόγηση, καθώς η συμπιεστότητα των ρευστών επηρεάζει αρνητικά τη δυναμική τους απόδοση. Η εξάρτηση της πυκνότητας από την πίεση μπορεί απλά να διαβαστεί από τις αντίστοιχες καμπύλες (Εικ. 6).

4. Συμπιεστότητα
Η συμπιεστότητα των υδραυλικών υγρών με βάση τα ορυκτέλαια εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση. Σε πιέσεις έως 400 atm και θερμοκρασίες έως 70 °C, που είναι το όριο για βιομηχανικά συστήματα, η συμπιεστότητα είναι παρόμοια με το σύστημα. Τα υδραυλικά υγρά που χρησιμοποιούνται στα περισσότερα υδραυλικά συστήματα μπορούν να θεωρηθούν ασυμπίεστα. Ωστόσο, σε πιέσεις από 1000 έως 10.000 atm, μπορούν να παρατηρηθούν αλλαγές στη συμπιεστότητα του μέσου. Η συμπιεστότητα εκφράζεται με τον συντελεστή β ή μέτρο Μ(Εικ. 7, Μ = Προς την).

Μ\u003d 1 / β atm \u003d 1 / β 10 5 N m 2 \u003d 1 / β 10 5 Pa.

Η μεταβολή του όγκου μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση

Δ V=V · β( ΠΜέγιστη- Rαρχή)

Όπου Δ V— αλλαγή όγκου· R max είναι η μέγιστη πίεση. Rαρχική - αρχική πίεση.

5. Διαλυτότητα αερίων, σπηλαίωση
Ο αέρας και άλλα αέρια μπορούν να διαλυθούν σε υγρά. Το υγρό μπορεί να απορροφήσει το αέριο μέχρι να κορεστεί. Αυτό δεν πρέπει να επηρεάζει αρνητικά τα χαρακτηριστικά του υγρού. Η διαλυτότητα ενός αερίου σε ένα υγρό εξαρτάται από το υποκείμενο συστατικό του τύπου αερίου, την πίεση και τη θερμοκρασία. Σε πιέσεις έως ≈300 atm. η διαλυτότητα ενός αερίου είναι ανάλογη της πίεσης και ακολουθεί το νόμο του Henry.

V G= V Fα V P/P o ,

Οπου Vσολείναι ο όγκος του διαλυμένου αερίου. V F είναι ο όγκος του υγρού, R o - ατμοσφαιρική πίεση, Π— πίεση υγρού· Το α V είναι ο συντελεστής κατανομής Bunsen (1,013 mbar, 20 °C).
Ο συντελεστής Bunsen εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το βασικό ρευστό και υποδεικνύει πόσο (%) είναι διαλυμένο το αέριο σε μια μονάδα όγκου υγρού υπό κανονικές συνθήκες. Το διαλυμένο αέριο μπορεί να απελευθερωθεί από το υδραυλικό ρευστό σε χαμηλή στατική πίεση (υψηλή ταχύτητα ροής και υψηλή διατμητική τάση) έως ότου επιτευχθεί ένα νέο σημείο κορεσμού. Ο ρυθμός με τον οποίο το αέριο φεύγει από το υγρό συνήθως υπερβαίνει τον ρυθμό με τον οποίο το αέριο απορροφάται στο υγρό. Το αέριο που διαφεύγει από ένα υγρό με τη μορφή φυσαλίδων αλλάζει τη συμπιεστότητα του υγρού με τρόπο παρόμοιο με τις φυσαλίδες αέρα. Ακόμη και σε χαμηλές πιέσεις, μια μικρή ποσότητα αέρα μπορεί να μειώσει δραστικά την ασυμπίεση ενός ρευστού. Σε κινητά συστήματα με υψηλούς ρυθμούς κυκλοφορίας υγρών, η περιεκτικότητα σε αδιάλυτο αέρα μπορεί να φτάσει τιμές έως και 5%. Αυτός ο αδιάλυτος αέρας έχει πολύ αρνητική επίδραση στην απόδοση, την ικανότητα μεταφοράς φορτίου και τη δυναμική του συστήματος (βλ. ενότητα 6 - εξαέρωση και ενότητα 7 - αφρισμός). Δεδομένου ότι η συμπιεστότητα των ρευστών στα συστήματα είναι συνήθως πολύ γρήγορη, οι φυσαλίδες αέρα μπορούν ξαφνικά να φτάσουν σε υψηλές θερμοκρασίες (αδιαβατική συμπίεση). Σε ακραίες περιπτώσεις, μπορεί να επιτευχθεί το σημείο ανάφλεξης του υγρού και μπορεί να προκύψουν φαινόμενα μικροντίζελ.
Οι φυσαλίδες αερίου μπορούν επίσης να εκραγούν στις αντλίες ως αποτέλεσμα της συμπίεσης, η οποία μπορεί να προκαλέσει βλάβη λόγω διάβρωσης (μερικές φορές ονομάζεται σπηλαίωση ή ψευδοσπηλαίωση). Η κατάσταση μπορεί να επιδεινωθεί εάν σχηματιστούν φυσαλίδες ατμού στο υγρό. Έτσι, η σπηλαίωση συμβαίνει όταν η πίεση πέφτει κάτω από τη διαλυτότητα ενός αερίου ή κάτω από την πίεση ατμών κορεσμού ενός υγρού.
Η σπηλαίωση εμφανίζεται κυρίως σε ανοιχτά συστήματα με σταθερό όγκο, δηλαδή ο κίνδυνος αυτού του φαινομένου είναι σχετικός με τα κυκλώματα εισόδου και εξόδου και τις αντλίες. Μπορεί να προκληθεί από πολύ χαμηλή απόλυτη πίεση λόγω απωλειών ταχύτητας ροής σε στενές διατομές, φίλτρα, πολλαπλές και αποσβεστήρες, λόγω υπερβολικής κεφαλής εισόδου ή απωλειών πίεσης λόγω υπερβολικού ιξώδους υγρού. Η σπηλαίωση μπορεί να οδηγήσει σε διάβρωση της αντλίας, μειωμένη απόδοση, κορυφές πίεσης και υπερβολικό θόρυβο.
Αυτό το φαινόμενο μπορεί να επηρεάσει δυσμενώς τη σταθερότητα των ρυθμιστών στραγγαλισμού και να προκαλέσει αφρισμό στα δοχεία εάν το μείγμα υγρού-νερού επιστραφεί στο δοχείο υπό ατμοσφαιρική πίεση.

6. Απαέρωση
Όταν τα υδραυλικά υγρά επιστρέφουν πίσω στις δεξαμενές, η ροή του ρευστού μπορεί να συμπαρασύρει αέρα μαζί του. Αυτό μπορεί να συμβεί λόγω διαρροών στις σωληνώσεις κατά τη στένωση και μερικό κενό. Ο στροβιλισμός σε μια δεξαμενή ή η τοπική σπηλαίωση υποδηλώνει το σχηματισμό φυσαλίδων αέρα στο υγρό.
Ο αέρας που παγιδεύεται με αυτόν τον τρόπο πρέπει να διαφύγει στην επιφάνεια του υγρού, διαφορετικά, εάν εισέλθει στην αντλία, μπορεί να προκαλέσει ζημιά σε άλλα εξαρτήματα του συστήματος. Ο ρυθμός με τον οποίο οι φυσαλίδες αέρα ανεβαίνουν στην επιφάνεια εξαρτάται από τη διάμετρο των φυσαλίδων, το ιξώδες του ρευστού και την πυκνότητα και την ποιότητα του βασικού λαδιού. Όσο υψηλότερη είναι η ποιότητα και η καθαρότητα του βασικού λαδιού, τόσο πιο γρήγορα συμβαίνει η απαέρωση. Τα λιπαντικά χαμηλού ιξώδους γενικά εξαερώνονται γρηγορότερα από τα βασικά λιπαντικά υψηλού ιξώδους. Αυτό σχετίζεται με τον ρυθμό με τον οποίο ανεβαίνουν οι φυσαλίδες.

ντο = (ρ FL -ρ L )Χ/η,

Όπου ρ FLείναι η πυκνότητα του υγρού. Π μεγάλο— πυκνότητα αέρα· η είναι δυναμικό ιξώδες. Το Χ είναι μια σταθερά ανάλογα με την πυκνότητα και το ιξώδες του υγρού.
Τα συστήματα πρέπει να είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να μην εισέρχεται αέρας στο υγρό και, εάν εισέλθει, οι φυσαλίδες αέρα που έχουν παρασυρθεί μπορούν εύκολα να διαφύγουν. Οι κρίσιμες περιοχές είναι οι δεξαμενές, οι οποίες πρέπει να είναι εφοδιασμένες με διαφράγματα και διαφράγματα, και η διαμόρφωση των σωληνώσεων και των κυκλωμάτων. Τα πρόσθετα δεν μπορούν να επηρεάσουν θετικά τις ιδιότητες απελευθέρωσης αέρα των υδραυλικών υγρών. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες (ιδιαίτερα τα πρόσθετα κατά του αφρού με βάση τη σιλικόνη) και οι προσμείξεις (π.χ. γράσα και αναστολείς διάβρωσης) επηρεάζουν δυσμενώς τα χαρακτηριστικά απελευθέρωσης αέρα των υδραυλικών λιπαντικών. Τα ορυκτέλαια γενικά έχουν καλύτερες ιδιότητες απελευθέρωσης αέρα από τα ανθεκτικά στη φωτιά ρευστά. Ιδιότητες απελευθέρωσης αέρα HPLDΤο υδραυλικό υγρό μπορεί να είναι συγκρίσιμο με τις ιδιότητες των υδραυλικών υγρών HLP.
Η δοκιμή για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων απελευθέρωσης αέρα περιγράφεται στο πρότυπο ΦΑΣΑΡΙΑ 51 381. Αυτή η μέθοδος συνίσταται στην εισαγωγή αέρα στο λάδι. Ο αριθμός εξαέρωσης είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να αφήσει ο αέρας (μείον 0,2%) ένα υγρό στους 50°C υπό δεδομένες συνθήκες.
Η αναλογία του διασκορπισμένου αέρα προσδιορίζεται με τη μέτρηση της πυκνότητας του μίγματος λαδιού-αέρα.

7. Αφρισμός
Ο επιφανειακός αφρισμός συμβαίνει όταν ο ρυθμός απαέρωσης είναι υψηλότερος από τον ρυθμό με τον οποίο σκάνε οι φυσαλίδες αέρα στην επιφάνεια του υγρού, δηλαδή όταν σχηματίζονται περισσότερες φυσαλίδες από αυτές που καταρρέουν. Στη χειρότερη περίπτωση, αυτός ο αφρός μπορεί να αποσπαστεί από τη δεξαμενή μέσω των οπών ή να μεταφερθεί στην αντλία. Τα πρόσθετα κατά του αφρού με βάση τη σιλικόνη ή χωρίς σιλικόνη μπορούν να επιταχύνουν τη διάσπαση των φυσαλίδων μειώνοντας την επιφανειακή τάση του αφρού. Επηρεάζουν επίσης αρνητικά τις ιδιότητες απελευθέρωσης αέρα του ρευστού, το οποίο μπορεί να προκαλέσει προβλήματα συμπιεστότητας και σπηλαίωση. Ως εκ τούτου, τα αντιαφριστικά πρόσθετα χρησιμοποιούνται σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις (≈ 0,001%). Η συγκέντρωση του αντιαφρισμού μπορεί σταδιακά να μειωθεί ως αποτέλεσμα της γήρανσης και της εναπόθεσης σε μεταλλικές επιφάνειες και συχνά εμφανίζονται προβλήματα αφρισμού όταν χρησιμοποιούνται παλιά υγρά που ήδη λειτουργούν. Η επακόλουθη προσθήκη αντιαφριστικού παράγοντα θα πρέπει να γίνεται μόνο μετά από συνεννόηση με τον κατασκευαστή του υδραυλικού υγρού.
Ο όγκος του αφρού που σχηματίζεται στην επιφάνεια του υγρού μετράται με την πάροδο του χρόνου (αμέσως, μετά από 10 λεπτά) και σε διαφορετικές θερμοκρασίες (25 και 95 °C). Τασιενεργά, απορρυπαντικά ή διασκορπιστικά, ρυπαντές με τη μορφή γράσων, αναστολέων διάβρωσης, καθαριστικών, ψυκτικών, παραπροϊόντων οξείδωσης κ.λπ. μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά την αποτελεσματικότητα των αντιαφριστικών προσθέτων.

8. Απογαλακτωματοποίηση
Η απογαλακτωματοποίηση είναι η ικανότητα ενός υδραυλικού ρευστού να απωθεί το διεισδυμένο νερό. Το νερό μπορεί να εισέλθει στο υδραυλικό υγρό ως αποτέλεσμα διαρροής εναλλάκτη θερμότητας, συμπύκνωσης στα ρεζερβουάρ λόγω σημαντικών αλλαγών στα επίπεδα λαδιού, κακής διήθησης, μόλυνσης του νερού λόγω αστοχιών στεγανοποίησης και ακραίων περιβαλλοντικών συνθηκών. Το νερό στο υδραυλικό υγρό μπορεί να προκαλέσει διάβρωση, σπηλαίωση στις αντλίες, αυξημένη τριβή και φθορά και επιταχυνόμενη αποικοδόμηση ελαστομερών και πλαστικών. Το ελεύθερο νερό πρέπει να αφαιρείται όσο το δυνατόν γρηγορότερα από τα δοχεία υδραυλικού υγρού μέσω των στρόφιγγων αποστράγγισης. Η μόλυνση με υδατοδιαλυτά ψυκτικά, ειδικά σε εργαλειομηχανές, μπορεί να προκαλέσει τη δημιουργία κολλωδών υπολειμμάτων μετά την εξάτμιση του νερού. Αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στις αντλίες, τις βαλβίδες και τους κυλίνδρους. Το υδραυλικό υγρό πρέπει να απωθεί γρήγορα και πλήρως το νερό που έχει εισχωρήσει σε αυτό. Η απογαλακτωματοποίηση προσδιορίζεται από ΦΑΣΑΡΙΑ 51 599, αλλά αυτή η μέθοδος δεν ισχύει για υδραυλικά υγρά που περιέχουν απορρυπαντικό-διασκορπιστικό ( DD) πρόσθετα. Η απογαλακτωματοποίηση είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να διαχωριστούν τα μείγματα λαδιού και νερού. Οι παράμετροι απογαλακτωματοποίησης είναι:
. ιξώδες έως 95 mm 2 /s στους 40 °C. θερμοκρασία δοκιμής 54 °C;
. ιξώδες > 95 mm 2 /s; θερμοκρασία 82 °C.
Σε υδραυλικά λάδια που περιέχουν DDπρόσθετα, νερό, υγρές και στερεές προσμείξεις διατηρούνται σε εναιώρημα. Μπορούν να αφαιρεθούν με κατάλληλα συστήματα φίλτρων χωρίς τη χρήση της υδραυλικής λειτουργίας του μηχανήματος, εξαλείφοντας την αρνητική επίδραση στο υδραυλικό υγρό. Να γιατί DDΤα υδραυλικά υγρά χρησιμοποιούνται συχνά σε υδροστατικές εργαλειομηχανές και σε κινητά υδραυλικά συστήματα.
Για μηχανήματα με υψηλούς ρυθμούς κυκλοφορίας, που απαιτούν συνεχή διαθεσιμότητα και μόνιμα εκτεθειμένα σε νερό και άλλους ρύπους, η χρήση υδραυλικών υγρών καθαρισμού είναι πρωταρχικός τομέας. Τα υδραυλικά υγρά με απογαλακτωματοποιητικές ιδιότητες συνιστώνται για χρήση σε χαλυβουργεία και ελασματουργεία, όπου υπάρχουν μεγάλοι όγκοι νερού και οι χαμηλές αναλογίες κυκλοφορίας επιτρέπουν τον διαχωρισμό των γαλακτωμάτων στη δεξαμενή. Οι ιδιότητες απογαλακτωματοποίησης σε τροποποιημένη μορφή χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της συμβατότητας του εξοπλισμού με τα υδραυλικά λάδια. Η γήρανση του υδραυλικού υγρού επηρεάζει αρνητικά τις απογαλακτωματοποιητικές ιδιότητες.

9. Σημείο ροής
Το σημείο ροής είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία ένα υγρό είναι ακόμα ρευστό. Ένα δείγμα του υγρού ψύχεται συστηματικά και ελέγχεται για ρευστότητα με μείωση της θερμοκρασίας για κάθε 3 °C. Παράμετροι όπως το σημείο ροής και το περιοριστικό ιξώδες καθορίζουν τη χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία είναι δυνατή η κανονική χρήση του λαδιού.

10. Διάβρωση χαλκού (δοκιμή πλάκας χαλκού)
Χαλκός και υλικά που περιέχουν χαλκό χρησιμοποιούνται συχνά σε υδραυλικά συστήματα. Υλικά όπως ο ορείχαλκος, ο χυτός μπρούντζος ή ο πυροσυσσωματωμένος μπρούτζος βρίσκονται σε ρουλεμάν, οδηγούς ή χειριστήρια, ολισθητήρες, υδραυλικές αντλίες και κινητήρες. Οι σωλήνες χαλκού χρησιμοποιούνται σε συστήματα ψύξης. Η διάβρωση του χαλκού μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία ολόκληρου του υδραυλικού συστήματος, επομένως εκτελείται δοκιμή διάβρωσης της πλάκας χαλκού για να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με τη διαβρωτικότητα των βασικών ρευστών και των προσθέτων σε υλικά που περιέχουν χαλκό. Η μέθοδος δοκιμής της διαβρωτικότητας υδραυλικών υγρών με βάση τα ορυκτά, δηλαδή βιοαποδομήσιμων ρευστών, έναντι μη σιδηρούχων μετάλλων είναι γνωστή ως μέθοδος Linde (επιλεκτική μέθοδος δοκιμής για τη δοκιμή βιοαποδομήσιμων ελαίων για διαβρωτικότητα έναντι κραμάτων χαλκού) SAEΤεχνικό Δελτίο 981 516 Απρίλιος 1998), γνωστό και ως VDMA 24570 (VDMA 24570 - Ταχέως βιοαποδομήσιμα υδραυλικά υγρά - Δράση σε μη σιδηρούχα κράματα 03-1999 στα γερμανικά).
Σύμφωνα με το πρότυπο ΦΑΣΑΡΙΑ 51 759, η διάβρωση σε μια πλάκα χαλκού μπορεί να εκφραστεί με τη μορφή αποχρωματισμού ή απολέπισης. Η χάλκινη πλάκα λείανσης βυθίζεται στο υγρό που πρόκειται να δοκιμαστεί για έναν καθορισμένο χρόνο σε μια καθορισμένη θερμοκρασία. Τα υδραυλικά και λιπαντικά λάδια δοκιμάζονται συνήθως στους 100 °C. Ο βαθμός διάβρωσης αξιολογείται σε σημεία:
1 - ελαφρά αλλαγή χρώματος.
2 - μέτριος αποχρωματισμός.
3 - έντονη αλλαγή χρώματος.
4 - διάβρωση (σκούραση).

11. Περιεκτικότητα σε νερό (μέθοδος Karl Fischer)
Εάν το νερό εισέλθει στο υδραυλικό σύστημα μερικώς διασκορπισμένο σε βαθμό που διεισδύει στη φάση λαδιού, τότε, ανάλογα με την πυκνότητα του υδραυλικού ρευστού, μπορεί επίσης να απελευθερωθεί νερό από τη φάση λαδιού. Αυτή η δυνατότητα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη λήψη δειγμάτων για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε νερό.
Ο προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε νερό σε mg/kg (μάζα) σύμφωνα με τη μέθοδο Karl Fischer συνδέεται με την εισαγωγή του διαλύματος Karl Fischer σε άμεση ή έμμεση τιτλοδότηση.

12. Αντίσταση στη γήρανση (μέθοδος Baader)
Αυτή είναι μια προσπάθεια να αναπαραχθεί η μελέτη των επιδράσεων του αέρα, της θερμοκρασίας και του οξυγόνου στα υδραυλικά υγρά στο εργαστήριο. Έχει γίνει προσπάθεια να επιταχυνθεί τεχνητά η γήρανση των υδραυλικών ελαίων αυξάνοντας τη θερμοκρασία πάνω από τα πρακτικά επίπεδα εφαρμογής καθώς και τα επίπεδα οξυγόνου παρουσία μεταλλικών καταλυτών. Η αύξηση του ιξώδους και η αύξηση του αριθμού οξέος (ελεύθερο οξύ) καταγράφονται και αξιολογούνται. Τα αποτελέσματα των εργαστηριακών εξετάσεων μεταφράζονται σε πρακτικές συνθήκες. Η μέθοδος Baader είναι ένας πρακτικός τρόπος δοκιμής υδραυλικών και λιπαντικών λιπαντικών για γήρανση.
Για μια προκαθορισμένη χρονική περίοδο, τα δείγματα υποβάλλονται σε γήρανση σε μια προκαθορισμένη θερμοκρασία και πίεση ρεύματος αέρα, ενώ περιοδικά βυθίζεται ένα πηνίο χαλκού σε λάδι, ενεργώντας ως επιταχυντής οξείδωσης. Συμφωνώς προς ΦΑΣΑΡΙΑ 51 554-3 C, CLκαι CLPυγρά και HL, HLP, NMΤα υδραυλικά λάδια ελέγχονται για σταθερότητα στην οξείδωση σε θερμοκρασία 95 °C. Ο αριθμός σαπωνοποίησης εκφράζεται σε mg ΚΟΗ/g.

13. Αντίσταση στη γήρανση (μέθοδος ΤΟΣΤ)
Η σταθερότητα στην οξείδωση των λιπαντικών ατμοστροβίλων και των υδραυλικών ελαίων που περιέχουν πρόσθετα προσδιορίζεται σύμφωνα με ΦΑΣΑΡΙΑ 51 587 Μέθοδος ΤΟΣΤέχει χρησιμοποιηθεί για πολλά χρόνια για τη δοκιμή λιπαντικών στροβίλων και υδραυλικών υγρών με βάση ορυκτέλαια. Τροποποιημένο (χωρίς νερό) στεγνό ΤΟΣΤη μέθοδος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής στην οξείδωση των υδραυλικών ελαίων με βάση τους εστέρες.
Η γήρανση των λιπαντικών ελαίων χαρακτηρίζεται από αύξηση του αριθμού οξέος όταν το λάδι εκτίθεται σε οξυγόνο, νερό, χάλυβα και χαλκό για μέγιστο 1000 ώρες στους 95°C (καμπύλη εξουδετέρωσης με γήρανση). Η μέγιστη επιτρεπόμενη αύξηση του αριθμού οξέος είναι 2 mg ΚΟΗ / g μετά από 1000 ώρες.

14. Αριθμός οξέος (αριθμός εξουδετέρωσης)
Ο αριθμός οξέος του υδραυλικού λαδιού αυξάνεται ως αποτέλεσμα γήρανσης, υπερθέρμανσης ή οξείδωσης. Τα προκύπτοντα προϊόντα γήρανσης μπορούν να δράσουν επιθετικά στις αντλίες και τα ρουλεμάν του υδραυλικού συστήματος. Επομένως, ο αριθμός οξέος είναι ένα σημαντικό κριτήριο για την αξιολόγηση της κατάστασης ενός υδραυλικού ρευστού.
Ο αριθμός οξέος υποδεικνύει την ποσότητα όξινων ή αλκαλικών ουσιών στο λιπαντικό λάδι. Τα οξέα στα ορυκτέλαια μπορούν να επιτεθούν στα υλικά κατασκευής του υδραυλικού συστήματος. Η υψηλή περιεκτικότητα σε οξύ είναι ανεπιθύμητη, καθώς είναι δυνατή ως αποτέλεσμα της οξείδωσης.

15. Προστατευτικές αντιοξειδωτικές ιδιότητες σε σχέση με χάλυβα/σιδηρούχα μέταλλα
Οι αντιοξειδωτικές ιδιότητες του στροβίλου και των υδραυλικών ελαίων που περιέχουν πρόσθετα σε σχέση με τον χάλυβα/σιδηρούχα μέταλλα προσδιορίζονται σύμφωνα με το πρότυπο ΦΑΣΑΡΙΑ 51 585.
Τα υδραυλικά υγρά περιέχουν συχνά διασκορπισμένο, διαλυμένο ή ελεύθερο νερό, επομένως το υδραυλικό υγρό πρέπει να παρέχει αντιδιαβρωτική προστασία σε όλα τα βρεγμένα συγκροτήματα υπό όλες τις συνθήκες λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης της μόλυνσης του νερού. Αυτή η μέθοδος δοκιμής καθορίζει την απόδοση των αντιδιαβρωτικών προσθέτων υπό διάφορες διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας.
Το προς δοκιμή λάδι αναμιγνύεται με απεσταγμένο νερό (μέθοδος Α) ή τεχνητό θαλασσινό νερό (μέθοδος Β), αναδεύοντας συνεχώς (για 24 ώρες στους 60 °C) με μια χαλύβδινη ράβδο βυθισμένη στο μείγμα. Αφού η χαλύβδινη ράβδος εξεταστεί για διάβρωση. Τα αποτελέσματα καθιστούν δυνατή την αξιολόγηση των αντιδιαβρωτικών προστατευτικών ιδιοτήτων του λαδιού σε σχέση με χαλύβδινα εξαρτήματα σε επαφή με νερό ή υδρατμούς:
ο βαθμός διάβρωσης 0 σημαίνει ότι δεν υπάρχει διάβρωση,
βαθμός 1 - ελαφρά διάβρωση.
βαθμός 2 - μέτρια διάβρωση.
βαθμός 3 - σοβαρή διάβρωση.

16. Ιδιότητες κατά της φθοράς (μηχανή τεσσάρων σφαιρών Κέλυφος; VKA, DIN 51350)
Συσκευή τεσσάρων σφαιρών της εταιρείας Κέλυφοςχρησιμοποιείται για τη μέτρηση των ιδιοτήτων κατά της φθοράς και της ακραίας πίεσης των υδραυλικών υγρών. Η φέρουσα ικανότητα των υδραυλικών ρευστών ελέγχεται υπό οριακές συνθήκες τριβής. Η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των τιμών για λιπαντικά λιπαντικά με πρόσθετα που αντέχουν σε υψηλή πίεση υπό συνθήκες οριακής τριβής μεταξύ ολισθαίνων επιφανειών. Το λιπαντικό δοκιμάζεται σε μια συσκευή τεσσάρων σφαιρών, η οποία αποτελείται από μία (κεντρική) περιστρεφόμενη σφαίρα και τρεις σταθερές σφαίρες διατεταγμένες σε δακτύλιο. Κάτω από σταθερές συνθήκες δοκιμής και για καθορισμένη διάρκεια, μετράται η διάμετρος του επιθέματος επαφής στις τρεις ακίνητες σφαίρες ή το φορτίο στην περιστρεφόμενη σφαίρα, το οποίο μπορεί να αυξηθεί πριν από τη συγκόλληση με τις υπόλοιπες τρεις σφαίρες.

17. Διατμητική σταθερότητα λιπαντικών ελαίων που περιέχουν πολυμερή
Για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών ιξώδους-θερμοκρασίας, εισάγονται πολυμερή σε λιπαντικά λάδια, τα οποία χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα που βελτιώνουν τον δείκτη ιξώδους. Καθώς το μοριακό βάρος αυξάνεται, αυτές οι ουσίες γίνονται όλο και πιο ευαίσθητες σε μηχανικά φορτία, όπως αυτά που υπάρχουν μεταξύ ενός εμβόλου και του κυλίνδρου του. Για την αξιολόγηση της διατμητικής σταθερότητας των λαδιών υπό διάφορες συνθήκες, υπάρχουν διάφορες μέθοδοι δοκιμής:
ΦΑΣΑΡΙΑ 5350-6, μέθοδος τεσσάρων σφαιρών, ΦΑΣΑΡΙΑ 5354-3,FZGμέθοδος και ΦΑΣΑΡΙΑ 51 382, ​​μέθοδος έγχυσης καυσίμου ντίζελ.
Σχετική μείωση ιξώδους λόγω διάτμησης μετά από δοκιμή 20 ωρών ΦΑΣΑΡΙΑ 5350-6 (προσδιορισμός της διατμητικής σταθερότητας λιπαντικών ελαίων που περιέχουν πολυμερή που χρησιμοποιούνται για ρουλεμάν με κωνικούς κυλίνδρους) εφαρμόζεται σύμφωνα με ΦΑΣΑΡΙΑ 51 524-3 (2006); Συνιστάται μείωση του ιξώδους διάτμησης λιγότερο από 15%.

18. Μηχανική δοκιμή υδραυλικών ρευστών σε αντλίες περιστροφικών πτερυγίων ( ΦΑΣΑΡΙΑ 51 389-2)
Οι δοκιμές σε αντλίες Vickers και αντλίες από άλλους κατασκευαστές επιτρέπουν μια ρεαλιστική αξιολόγηση της απόδοσης των υδραυλικών υγρών. Ωστόσο, επί του παρόντος αναπτύσσονται εναλλακτικές μέθοδοι δοκιμής (ιδίως το έργο DGMK 514 - μηχανικές δοκιμές υδραυλικών υγρών).
Η μέθοδος Vickers χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων κατά της φθοράς των υδραυλικών υγρών σε μια περιστροφική αντλία πτερυγίων σε δεδομένες θερμοκρασίες και πιέσεις (140 atm, ιξώδες ρευστού λειτουργίας 250 ώρες 13 mm 2/s σε μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες). Στο τέλος της δοκιμής, οι δακτύλιοι και τα φτερά εξετάζονται για φθορά ( βίκερς V-104ΑΠΟ 10 ή βίκερς V-105ΑΠΟδέκα). Μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές φθοράς:< 120 мг для кольца и < 30 мг для крыльев.

19. Ιδιότητες κατά της φθοράς (δοκιμή στο εργαλείο FZGστάση;ΦΑΣΑΡΙΑ 534-1και-2)
Τα υδραυλικά υγρά, ειδικά οι ποιότητες υψηλού ιξώδους, χρησιμοποιούνται ως υδραυλικά και λιπαντικά λάδια σε συνδυασμένα συστήματα. Το δυναμικό ιξώδες είναι ο κύριος παράγοντας στην απόδοση κατά της φθοράς στην υδροδυναμική λίπανση. Σε χαμηλές ταχύτητες ολίσθησης ή υψηλές πιέσεις υπό οριακές συνθήκες τριβής, οι ιδιότητες κατά της φθοράς του ρευστού εξαρτώνται από τα πρόσθετα που χρησιμοποιούνται (σχηματισμός αντιδραστικής στρώσης). Αυτές οι οριακές συνθήκες αναπαράγονται όταν ελέγχονται FZGστάση.
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως για τον προσδιορισμό των οριακών ιδιοτήτων των λιπαντικών. Ορισμένα γρανάζια που περιστρέφονται με συγκεκριμένη ταχύτητα λιπαίνονται με πιτσίλισμα ή ψεκασμό λαδιού, η αρχική θερμοκρασία του οποίου καταγράφεται. Το φορτίο στις ρίζες των δοντιών αυξάνεται σταδιακά και καταγράφονται τα χαρακτηριστικά της εμφάνισης των ριζών των δοντιών. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι το τελικό 12ο στάδιο φόρτισης: Η ερτζιανή πίεση στο 10ο στάδιο φόρτισης στη ζώνη εμπλοκής είναι 1539 N/mm2. στο στάδιο 11 - 1.691 N / mm 2; στο 12ο στάδιο - 1.841 N / mm 2. Η αρχική θερμοκρασία στο στάδιο 4 είναι 90 °C, η περιφερειακή ταχύτητα είναι 8,3 m/s, το όριο θερμοκρασίας δεν έχει καθοριστεί. χρησιμοποιείται γεωμετρία γραναζιών.
Το στάδιο φόρτισης της αστοχίας καθορίζεται από ΦΑΣΑΡΙΑ 51 524-2. Για ένα θετικό αποτέλεσμα, πρέπει να είναι ένα βήμα τουλάχιστον 10ου. Υδραυλικά υγρά που πληρούν τις απαιτήσεις ISO VG 46, τα οποία δεν περιέχουν πρόσθετα κατά της φθοράς, συνήθως φτάνουν στο στάδιο φόρτισης 6 (≈ 929 N/mm 2). Τα υδραυλικά υγρά που περιέχουν ψευδάργυρο συνήθως φτάνουν τουλάχιστον το 10-11ο στάδιο φόρτισης πριν από την αστοχία. Χωρίς ψευδάργυρο τα λεγόμενα ZAFΤα υδραυλικά υγρά μπορούν να αντέξουν το στάδιο φορτίου 12 ή υψηλότερο.

Ρομάν Μάσλοφ.
Βασισμένο σε υλικά από ξένα έντυπα.

Όταν η θερμοκρασία αλλάζει, συμβαίνει μια αλλαγή στο μέγεθος ενός στερεού, η οποία ονομάζεται θερμική διαστολή. Υπάρχουν γραμμική και ογκομετρική θερμική διαστολή. Οι διεργασίες αυτές χαρακτηρίζονται από συντελεστές θερμικής (θερμικής) διαστολής: - μέσος συντελεστής γραμμικής θερμικής διαστολής, μέσος συντελεστής ογκομετρικής θερμικής διαστολής.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Συντελεστής θερμικής διαστολήςονομάζεται φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει τη μεταβολή των γραμμικών διαστάσεων ενός στερεού σώματος με μεταβολή της θερμοκρασίας του.

Εφαρμόστε συνήθως τον μέσο συντελεστή γραμμικής διαστολής. Αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό της θερμικής διαστολής ενός υλικού.

Εάν το αρχικό μήκος του σώματος είναι , - η επιμήκυνσή του με αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος κατά , τότε προσδιορίζεται από τον τύπο:

Ο συντελεστής γραμμικής επιμήκυνσης είναι χαρακτηριστικό της σχετικής επιμήκυνσης (), η οποία συμβαίνει με αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος κατά 1K.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο όγκος του στερεού αυξάνεται. Ως πρώτη προσέγγιση, μπορούμε να υποθέσουμε ότι:

όπου είναι ο αρχικός όγκος του σώματος, είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας του σώματος. Τότε ο συντελεστής ογκομετρικής διαστολής του σώματος είναι ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει τη σχετική μεταβολή του όγκου του σώματος (), που συμβαίνει όταν το σώμα θερμαίνεται κατά 1 K και η πίεση παραμένει αμετάβλητη. Ο μαθηματικός ορισμός του συντελεστή ογκομετρικής διαστολής είναι ο τύπος:

Η θερμική διαστολή ενός στερεού σώματος συνδέεται με την αναρμονικότητα των θερμικών δονήσεων των σωματιδίων που αποτελούν το κρυσταλλικό πλέγμα του σώματος. Ως αποτέλεσμα αυτών των ταλαντώσεων, με την αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος, αυξάνεται η απόσταση ισορροπίας μεταξύ γειτονικών σωματιδίων αυτού του σώματος.

Όταν ο όγκος ενός σώματος αλλάζει, η πυκνότητά του αλλάζει:

όπου είναι η αρχική πυκνότητα και είναι η πυκνότητα της ουσίας στη νέα θερμοκρασία. Δεδομένου ότι η τιμή τότε η έκφραση (4) μερικές φορές γράφεται ως:

Οι συντελεστές θερμικής διαστολής εξαρτώνται από την ουσία. Γενικά, θα εξαρτηθούν από τη θερμοκρασία. Οι συντελεστές θερμικής διαστολής θεωρούνται ανεξάρτητοι από τη θερμοκρασία σε ένα μικρό εύρος θερμοκρασίας.

Υπάρχει ένας αριθμός ουσιών που έχουν αρνητικό συντελεστή θερμικής διαστολής. Έτσι, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, τέτοια υλικά συρρικνώνονται. Αυτό συμβαίνει συνήθως σε ένα στενό εύρος θερμοκρασίας. Υπάρχουν ουσίες στις οποίες ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι σχεδόν ίσος με μηδέν γύρω από ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας.

Η έκφραση (3) χρησιμοποιείται όχι μόνο για στερεά, αλλά και για υγρά. Ταυτόχρονα, θεωρείται ότι ο συντελεστής θερμικής διαστολής για την πτώση υγρών δεν μεταβάλλεται σημαντικά με τη θερμοκρασία. Ωστόσο, κατά τον υπολογισμό των συστημάτων θέρμανσης, λαμβάνεται υπόψη.

Σχέση συντελεστών θερμικής διαστολής

Μονάδες

Η βασική μονάδα μέτρησης για τους συντελεστές θερμικής διαστολής στο σύστημα SI είναι:

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Ασκηση

Για τον προσδιορισμό του συντελεστή ογκομετρικής διαστολής των υγρών χρησιμοποιούνται συσκευές που ονομάζονται λήκυθομετρα. Πρόκειται για γυάλινες φιάλες με στενό λαιμό (Εικ. 1). Στο λαιμό βάλτε σημάδια στη χωρητικότητα του δοχείου (συνήθως σε ml). Πώς χρησιμοποιούνται τα πικνόμετρα;

Λύση

Ο συντελεστής διαστολής όγκου μετράται ως εξής. Η λήκυθος γεμίζει με το υπό εξέταση υγρό, μέχρι την επιλεγμένη ένδειξη. Η φιάλη θερμαίνεται, σημειώνοντας την αλλαγή στο επίπεδο της ουσίας. Με γνωστές τιμές όπως: ο αρχικός όγκος της λήκυθος, η περιοχή διατομής του καναλιού του λαιμού της φιάλης, η αλλαγή της θερμοκρασίας καθορίζουν την αναλογία του αρχικού όγκου του υγρού που εισήλθε στο λαιμό του το λήκυτο όταν θερμαίνεται κατά 1 Κ. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ο συντελεστής διαστολής του υγρού είναι μεγαλύτερος από την τιμή που προκύπτει, καθώς υπήρχε θέρμανση και διαστολή και φιάλες. Επομένως, για τον υπολογισμό του συντελεστή διαστολής του υγρού, προστίθεται ο συντελεστής διαστολής της ουσίας της φιάλης (συνήθως γυαλί). Πρέπει να ειπωθεί ότι, δεδομένου ότι ο συντελεστής ογκομετρικής διαστολής του γυαλιού είναι σημαντικά μικρότερος από αυτόν των υγρών, σε κατά προσέγγιση υπολογισμούς, ο συντελεστής διαστολής του γυαλιού μπορεί να αγνοηθεί.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

Ασκηση

Ποια είναι τα χαρακτηριστικά της διαστολής του νερού; Ποια είναι η σημασία αυτού του φαινομένου;

Λύση

Το νερό, σε αντίθεση με τις περισσότερες άλλες υγρές ουσίες, διαστέλλεται όταν θερμαίνεται μόνο εάν η θερμοκρασία είναι πάνω από 4 o C. Στο εύρος θερμοκρασίας, ο όγκος του νερού μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Το γλυκό νερό στο έχει μέγιστη πυκνότητα. Για το θαλασσινό νερό, η μέγιστη πυκνότητα επιτυγχάνεται στο. Η αύξηση της πίεσης μειώνει τη θερμοκρασία της μέγιστης πυκνότητας του νερού. Δεδομένου ότι σχεδόν το 80% της επιφάνειας του πλανήτη μας καλύπτεται με νερό, τα χαρακτηριστικά της επέκτασής του παίζουν σημαντικό ρόλο στη δημιουργία του κλίματος στη Γη. Οι ακτίνες του ήλιου, που πέφτουν στην επιφάνεια του νερού, το θερμαίνουν. Αν η θερμοκρασία είναι κάτω από 1-2 ο C, τότε τα θερμαινόμενα στρώματα νερού έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα από τα ψυχρά και βυθίζονται. Ταυτόχρονα, τη θέση τους καταλαμβάνουν ψυχρότερα στρώματα, τα οποία με τη σειρά τους θερμαίνονται. Υπάρχει λοιπόν μια συνεχής αλλαγή των στρωμάτων του νερού και αυτό οδηγεί σε θέρμανση της στήλης νερού, μέχρι να επιτευχθεί η μέγιστη πυκνότητα. Μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί στο γεγονός ότι τα ανώτερα στρώματα του νερού μειώνουν την πυκνότητά τους και παραμένουν στην κορυφή. Έτσι, αποδεικνύεται ότι ένα μεγάλο στρώμα νερού θερμαίνεται αρκετά γρήγορα στη θερμοκρασία της μέγιστης πυκνότητας και η περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας είναι αργή. Ως αποτέλεσμα, τα σώματα βαθέων υδάτων της Γης από ένα ορισμένο βάθος έχουν θερμοκρασία περίπου 2-3 ​​o C. Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία των ανώτερων στρωμάτων νερού στις θάλασσες των θερμών χωρών μπορεί να έχει θερμοκρασία περίπου 30 o C και πάνω.

Οι δεσμοί μεταξύ των υγρών σωματιδίων, όπως γνωρίζουμε, είναι πιο αδύναμοι από ότι μεταξύ των μορίων ενός στερεού. Επομένως, θα πρέπει να αναμένεται ότι τα υγρά διαστέλλονται σε μεγαλύτερο βαθμό από τα στερεά υπό την ίδια θέρμανση. Αυτό επιβεβαιώνεται όντως από την εμπειρία.

Γεμίστε μια φιάλη με στενό και μακρύ λαιμό με χρωματισμένο υγρό (νερό ή καλύτερα κηροζίνη) μέχρι το μισό του λαιμού και σημειώστε τη στάθμη του υγρού με έναν ελαστικό δακτύλιο. Μετά από αυτό, χαμηλώστε τη φιάλη σε ένα δοχείο με ζεστό νερό. Αρχικά, θα παρατηρηθεί μια μείωση στη στάθμη του υγρού στο λαιμό της φιάλης και στη συνέχεια η στάθμη θα αρχίσει να ανεβαίνει και να ανεβαίνει σημαντικά πάνω από την αρχική. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στην αρχή το δοχείο θερμαίνεται και ο όγκος του αυξάνεται. Αυτό προκαλεί πτώση της στάθμης του υγρού. Στη συνέχεια το υγρό θερμαίνεται. Επεκτείνοντας, όχι μόνο γεμίζει τον αυξημένο όγκο του σκάφους, αλλά και υπερβαίνει σημαντικά αυτόν τον όγκο. Επομένως, τα υγρά διαστέλλονται σε μεγαλύτερο βαθμό από τα στερεά.

Οι συντελεστές θερμοκρασίας της ογκομετρικής διαστολής των υγρών είναι πολύ μεγαλύτεροι από τους συντελεστές ογκομετρικής διαστολής των στερεών. μπορούν να φτάσουν σε τιμή 10 -3 K -1 .

Το υγρό δεν μπορεί να θερμανθεί χωρίς να θερμανθεί το δοχείο στο οποίο βρίσκεται. Επομένως, δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε την πραγματική διαστολή του υγρού στο δοχείο, αφού η διαστολή του δοχείου υποτιμά τη φαινομενική αύξηση του όγκου του υγρού. Ωστόσο, ο συντελεστής ογκομετρικής διαστολής του γυαλιού και άλλων στερεών είναι συνήθως πολύ μικρότερος από τον συντελεστή ογκομετρικής διαστολής ενός υγρού και με όχι πολύ ακριβείς μετρήσεις, η αύξηση του όγκου του δοχείου μπορεί να παραμεληθεί.

Χαρακτηριστικά διαστολής νερού

Το πιο κοινό υγρό στη Γη - το νερό - έχει ειδικές ιδιότητες που το διακρίνουν από άλλα υγρά. Στο νερό, όταν θερμαίνεται από 0 έως 4 ° C, ο όγκος δεν αυξάνεται, αλλά μειώνεται. Μόνο από τους 4 °C ο όγκος του νερού αρχίζει να αυξάνεται όταν θερμαίνεται. Στους 4°C, λοιπόν, ο όγκος του νερού είναι ελάχιστος και η πυκνότητα μέγιστη*. Το Σχήμα 9.4 δείχνει μια κατά προσέγγιση σχέση μεταξύ της πυκνότητας του νερού και της θερμοκρασίας.

* Αυτά τα δεδομένα αναφέρονται σε γλυκό (χημικά καθαρό) νερό. Το θαλασσινό νερό έχει την υψηλότερη πυκνότητά του στους 3°C περίπου.

Η ειδική ιδιότητα του νερού έχει μεγάλη επίδραση στη φύση της μεταφοράς θερμότητας στα υδατικά σώματα. Όταν το νερό ψύχεται, πρώτα αυξάνεται η πυκνότητα των ανώτερων στρωμάτων και βυθίζονται. Αλλά αφού ο αέρας φτάσει σε θερμοκρασία 4 ° C, η περαιτέρω ψύξη μειώνει ήδη την πυκνότητα και κρύα στρώματα νερού παραμένουν στην επιφάνεια. Ως αποτέλεσμα, σε βαθιές δεξαμενές, ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες αέρα, το νερό έχει θερμοκρασία περίπου 4 °C.

Ο όγκος των υγρών και στερεών σωμάτων αυξάνεται σε ευθεία αναλογία με την αύξηση της θερμοκρασίας. Εντοπίζεται μια ανωμαλία κοντά στο νερό: η πυκνότητά του είναι μέγιστη στο 4 °C.

§ 9.4. Λογιστική και χρήση θερμικής διαστολής σωμάτων στη μηχανική

Αν και οι γραμμικές διαστάσεις και όγκοι των σωμάτων αλλάζουν ελάχιστα με τις μεταβολές της θερμοκρασίας, εντούτοις, αυτή η αλλαγή συχνά πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στην πράξη. Ταυτόχρονα, το φαινόμενο αυτό χρησιμοποιείται ευρέως στην καθημερινή ζωή και την τεχνολογία.

Λογιστική για τη θερμική διαστολή των σωμάτων

Η αλλαγή στο μέγεθος των στερεών λόγω θερμικής διαστολής οδηγεί στην εμφάνιση τεράστιων ελαστικών δυνάμεων εάν άλλα σώματα εμποδίσουν αυτήν την αλλαγή μεγέθους. Για παράδειγμα, μια χαλύβδινη δοκός γέφυρας με διατομή 100 cm 2, όταν θερμαίνεται από -40 ° C το χειμώνα στους +40 ° C το καλοκαίρι, εάν τα στηρίγματα εμποδίζουν την επιμήκυνσή της, δημιουργεί πίεση στα στηρίγματα (καταπόνηση) μέχρι 1,6 10 8 Pa, δηλ. δρα σε στηρίγματα με δύναμη 1,6 10 6 N.

Οι τιμές που δίνονται μπορούν να ληφθούν από τον νόμο και τον τύπο του Hooke (9.2.1) για τη θερμική διαστολή των σωμάτων.

Σύμφωνα με το νόμο του Hooke, μηχανική καταπόνηση
,όπου
- επιμήκυνση, α μι- Συντελεστής Young. Σύμφωνα με (9.2.1)
. Αντικαθιστώντας αυτή την τιμή της σχετικής επιμήκυνσης στον τύπο του νόμου του Hooke, λαμβάνουμε

(9.4.1)

Ο χάλυβας έχει συντελεστή Young μι= 2,1 10 11 Pa, συντελεστής θερμοκρασίας γραμμικής διαστολής α 1 \u003d 9 10 -6 K -1. Αντικαθιστώντας αυτά τα δεδομένα στην έκφραση (9.4.1), λαμβάνουμε ότι για το Δ t = 80 °С μηχανική καταπόνηση σ = 1,6 10 8 Pa.

Επειδή μικρό \u003d 10 -2 m 2, μετά η δύναμη φά = σS = 1,6 10 6 Ν.

Για να δείξουμε τις δυνάμεις που εμφανίζονται όταν μια μεταλλική ράβδος ψύχεται, μπορεί να γίνει το ακόλουθο πείραμα. Ζεσταίνουμε μια σιδερένια ράβδο με μια τρύπα στο άκρο της οποίας μπαίνει μια μαντεμένια ράβδος (Εικ. 9.5). Στη συνέχεια, εισάγουμε αυτή τη ράβδο σε μια τεράστια μεταλλική βάση με αυλακώσεις. Όταν η ράβδος ψύχεται, συστέλλεται και δημιουργούνται τόσο μεγάλες ελαστικές δυνάμεις σε αυτήν που η ράβδος από χυτοσίδηρο σπάει.

Κατά το σχεδιασμό πολλών κατασκευών πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η θερμική διαστολή των σωμάτων. Πρέπει να ληφθούν μέτρα για να διασφαλιστεί ότι τα σώματα είναι ελεύθερα να διαστέλλονται ή να συστέλλονται καθώς αλλάζει η θερμοκρασία.

Είναι αδύνατο, για παράδειγμα, να τραβήξετε σφιχτά καλώδια τηλεγράφου, καθώς και καλώδια γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος (γραμμές ρεύματος) μεταξύ των στηρίξεων. Το καλοκαίρι, η χαλάρωση των καλωδίων είναι αισθητά μεγαλύτερη από ό,τι το χειμώνα.

Οι μεταλλικοί αγωγοί ατμού, καθώς και οι σωλήνες θέρμανσης νερού, πρέπει να διαθέτουν στροφές (αντισταθμιστές) με τη μορφή βρόχων (Εικ. 9.6).

Οι εσωτερικές τάσεις μπορεί να προκύψουν κατά τη διάρκεια της ανομοιόμορφης θέρμανσης ενός ομοιογενούς σώματος. Για παράδειγμα, ένα γυάλινο μπουκάλι ή ένα ποτήρι από χοντρό γυαλί μπορεί να σκάσει εάν χυθεί ζεστό νερό σε αυτά. Πρώτα απ 'όλα, θερμαίνονται τα εσωτερικά μέρη του δοχείου που έρχονται σε επαφή με ζεστό νερό. Διαστέλλονται και ασκούν μεγάλη πίεση στα εξωτερικά ψυχρά μέρη. Επομένως, μπορεί να συμβεί η καταστροφή του σκάφους. Ένα λεπτό ποτήρι δεν σκάει όταν χύνεται ζεστό νερό σε αυτό, αφού το εσωτερικό και το εξωτερικό του μέρος ζεσταίνονται εξίσου γρήγορα.

Το γυαλί χαλαζία έχει πολύ χαμηλό συντελεστή θερμοκρασίας γραμμικής διαστολής. Τέτοιο γυαλί αντέχει, χωρίς ρωγμές, ανομοιόμορφη θέρμανση ή ψύξη. Για παράδειγμα, μπορεί να χυθεί κρύο νερό σε μια καυτό γυάλινη φιάλη χαλαζία, ενώ μια συνηθισμένη γυάλινη φιάλη σκάει κατά τη διάρκεια ενός τέτοιου πειράματος.

Ανόμοια υλικά που υποβάλλονται σε περιοδική θέρμανση και ψύξη πρέπει να ενώνονται μεταξύ τους μόνο όταν οι διαστάσεις τους αλλάζουν με τον ίδιο τρόπο με τις αλλαγές θερμοκρασίας. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για μεγάλα μεγέθη προϊόντων. Έτσι, για παράδειγμα, ο σίδηρος και το σκυρόδεμα διαστέλλονται με τον ίδιο τρόπο όταν θερμαίνονται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το οπλισμένο σκυρόδεμα έχει γίνει ευρέως διαδεδομένο - ένα διάλυμα σκληρυμένου σκυροδέματος χύνεται σε ένα χαλύβδινο πλέγμα - οπλισμός (Εικ. 9.7). Εάν ο σίδηρος και το σκυρόδεμα διαστέλλονταν διαφορετικά, τότε ως αποτέλεσμα των ημερήσιων και ετήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας, η κατασκευή από οπλισμένο σκυρόδεμα θα κατέρρεε σύντομα.

Μερικά ακόμη παραδείγματα. Οι μεταλλικοί αγωγοί συγκολλημένοι σε γυάλινους σωλήνες ηλεκτρικών λαμπτήρων και λαμπτήρων ραδιοφώνου είναι κατασκευασμένοι από κράμα (σίδερο και νικέλιο) που έχει τον ίδιο συντελεστή διαστολής με το γυαλί, διαφορετικά το γυαλί θα ραγίσει όταν το μέταλλο θερμαινόταν. Το σμάλτο με το οποίο επικαλύπτονται τα πιάτα και το μέταλλο από το οποίο κατασκευάζονται αυτά τα πιάτα πρέπει να έχουν τον ίδιο συντελεστή γραμμικής διαστολής. Διαφορετικά, το σμάλτο θα σκάσει όταν θερμανθούν και κρυώσουν τα πιάτα που καλύπτονται με αυτό.

Σημαντικές δυνάμεις μπορούν επίσης να αναπτυχθούν από ένα υγρό εάν θερμανθεί σε ένα κλειστό δοχείο που δεν επιτρέπει στο υγρό να διασταλεί. Αυτές οι δυνάμεις μπορεί να οδηγήσουν στην καταστροφή αγγείων που περιέχουν υγρό. Επομένως, αυτή η ιδιότητα του υγρού πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη. Για παράδειγμα, τα συστήματα σωλήνων θέρμανσης νερού είναι πάντα εφοδιασμένα με μια δεξαμενή διαστολής προσαρτημένη στην κορυφή του συστήματος και εξαερισμένη στην ατμόσφαιρα. Όταν το νερό θερμαίνεται στο σύστημα σωλήνων, ένα μικρό μέρος του νερού περνά στη δεξαμενή διαστολής και αυτό εξαλείφει την καταπονημένη κατάσταση του νερού και των σωλήνων. Για τον ίδιο λόγο, ένας μετασχηματιστής ισχύος με ψύξη λαδιού έχει μια δεξαμενή διαστολής λαδιού από πάνω. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, η στάθμη του λαδιού στη δεξαμενή ανεβαίνει, όταν το λάδι κρυώνει, μειώνεται.

Η θερμική διαστολή ενός υγρού είναι ότι μπορεί να αλλάξει τον όγκο του με μια αλλαγή στη θερμοκρασία. Αυτή η ιδιοκτησία χαρακτηρίζεται από συντελεστής θερμοκρασίας ογκομετρικής διαστολής , που αντιπροσωπεύει τη σχετική μεταβολή του όγκου του υγρού με μεταβολή της θερμοκρασίας ανά μονάδα (κατά 1 o C) και σε σταθερή πίεση:

Κατ' αναλογία με την ιδιότητα συμπιεστότητας ενός υγρού, μπορούμε να γράψουμε

είτε μέσω της πυκνότητας

Η αλλαγή του όγκου με την αλλαγή της θερμοκρασίας συμβαίνει λόγω αλλαγής της πυκνότητας.

Για τα περισσότερα υγρά, ο συντελεστής  t μειώνεται με την αύξηση της πίεσης. Συντελεστής  t με μείωση της πυκνότητας των προϊόντων πετρελαίου από 920 πριν 700 kg/m 3 αυξάνεται από 0,0006 πριν 0,0008 ; για υδραυλικά υγρά  t συνήθως λαμβάνονται ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία. Για αυτά τα υγρά, αύξηση της πίεσης από την ατμοσφαιρική σε 60 MPa οδηγεί στην ανάπτυξη  t για περίπου 10 – 20 % . Ταυτόχρονα, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του ρευστού εργασίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η αύξηση  t . Για νερό με αυξανόμενη πίεση σε θερμοκρασίες έως 50 σχετικά με ντο  t μεγαλώνει και σε θερμοκρασίες πάνω 50 σχετικά με ντο μειώνεται.

Διάλυση αερίων

Διάλυση αερίων - την ικανότητα ενός υγρού να απορροφά (διαλύει) αέρια σε επαφή με αυτό. Όλα τα υγρά απορροφούν και διαλύουν αέρια σε κάποιο βαθμό. Το ακίνητο αυτό χαρακτηρίζεται συντελεστής διαλυτότητας κ R .

μι Εάν ένα υγρό σε ένα κλειστό δοχείο έρχεται σε επαφή με ένα αέριο υπό πίεση Π 1 , τότε το αέριο θα αρχίσει να διαλύεται στο υγρό. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα

το υγρό θα είναι κορεσμένο με αέριο και η πίεση στο δοχείο θα αλλάξει. Ο συντελεστής διαλυτότητας συσχετίζει τη μεταβολή της πίεσης στο δοχείο με τον όγκο του διαλυμένου αερίου και τον όγκο του υγρού με την ακόλουθη σχέση

όπου V σολ είναι ο όγκος του διαλυμένου αερίου υπό κανονικές συνθήκες,

V και είναι ο όγκος του υγρού,

Π 1 και Π 2 είναι η αρχική και η τελική πίεση αερίου.

Ο συντελεστής διαλυτότητας εξαρτάται από τον τύπο του υγρού, του αερίου και της θερμοκρασίας.

Σε θερμοκρασία 20 ºС και ατμοσφαιρική πίεση, το νερό περιέχει περίπου 1,6% διαλυμένος αέρας κατ' όγκο ( κ Π = 0,016 ). Με την αύξηση της θερμοκρασίας από 0 πριν 30 ºС ο συντελεστής διαλυτότητας του αέρα στο νερό μειώνεται. Συντελεστής διαλυτότητας αέρα σε λάδια σε θερμοκρασία 20 ºС είναι περίπου 0,08 – 0,1 . Το οξυγόνο έχει μεγαλύτερη διαλυτότητα από τον αέρα, επομένως η περιεκτικότητα σε οξυγόνο του αέρα που διαλύεται σε ένα υγρό είναι περίπου 50% υψηλότερη από την ατμοσφαιρική. Όταν η πίεση μειώνεται, απελευθερώνεται αέριο από το υγρό. Η διαδικασία της έκλυσης αερίου προχωρά πιο εντατικά από τη διάλυση.

Βρασμός

Ο βρασμός είναι η ικανότητα ενός υγρού να μεταβάλλεται σε αέρια κατάσταση. Διαφορετικά, αυτή η ιδιότητα των υγρών ονομάζεται εξάτμιση .

Ένα υγρό μπορεί να τεθεί σε βρασμό ανεβάζοντας τη θερμοκρασία σε τιμές μεγαλύτερες από το σημείο βρασμού σε μια δεδομένη πίεση ή μειώνοντας την πίεση σε τιμές μικρότερες από την πίεση ατμών κορεσμού. Π np υγρά σε δεδομένη θερμοκρασία. Ο σχηματισμός φυσαλίδων όταν η πίεση μειώνεται σε πίεση κορεσμένων ατμών ονομάζεται ψυχρός βρασμός.

Ένα υγρό από το οποίο έχει αφαιρεθεί το αέριο που έχει διαλυθεί σε αυτό ονομάζεται απαερωμένο. Σε ένα τέτοιο υγρό, ο βρασμός δεν συμβαίνει ακόμη και σε θερμοκρασία υψηλότερη από το σημείο βρασμού σε μια δεδομένη πίεση.