Suure paisumisteguriga vedelikud. Soojuspaisumise koefitsient

Avaleht > Seadus

Praktiliste ülesannete lahendamisel ei võeta arvesse vedeliku tõmbetugevust. Tilkuvate vedelike temperatuuripaisumist iseloomustab soojuspaisumistegur β t, mis väljendab vedeliku mahu suhtelist suurenemist temperatuuri tõusuga 1 kraadi võrra, st:

Kus W - vedeliku esialgne maht; Δ W - selle mahu muutumine temperatuuri tõusuga teatud määral ΔT . Tilkuvate vedelike soojuspaisumise koefitsient, nagu on näha tabelist. 5 on ebaoluline.

Tabel 5

Vee soojuspaisumise koefitsient
Rõhk Pa∙10 4	Temperatuuril, °С

Niisiis, vee jaoks, kui temperatuur muutub 10 kuni 20 ° C ja rõhul 10 5 Pa β t=0,00015 1/deg. Oluliste temperatuurierinevuste korral tuleb mõnel juhul arvestada temperatuuri mõju erikaalule. Tilkuvate vedelike tihedus ja erikaal, nagu eelmistest kaalutlustest tuleneb, muutuvad rõhu ja temperatuuri muutumisel vähe. Võime ligikaudselt eeldada, et tihedus ei sõltu rõhust ja selle määrab ainult temperatuur. Avaldistest (9) ja (1) võib leida ligikaudse seose tilkuvate vedelike tiheduse muutumise arvutamiseks temperatuuriga:

Koefitsiendi väärtused (10) leitakse tabelitest antud temperatuurivahemikus (vt näiteks tabel 5). Vedelike võimet muuta tihedust (erikaalu) temperatuurimuutustega kasutatakse laialdaselt loodusliku tsirkulatsiooni tekitamiseks kateldes, küttesüsteemides, põlemisproduktide eemaldamiseks jne. B tabel. 6 näitab vee tihedust erinevatel temperatuuridel.

Tabel 6

Vee tiheduse ρ, kinemaatilise ν ja dünaamilise μ viskoossuse sõltuvus temperatuurist
Temperatuur, °С		ν∙10 4, m 2 /s	μ∙10 3, Pa∙s

Erinevalt tilkuvatest vedelikest iseloomustab gaase märkimisväärne kokkusurutavus ja soojuspaisumisteguri kõrged väärtused. Gaaside tiheduse sõltuvus rõhust ja temperatuurist määratakse olekuvõrrandiga. Kõige lihtsamad omadused on gaasil, mis on harvenenud sedavõrd, et selle molekulide vahelist vastasmõju võib ignoreerida – nn täiuslik ( ideaalne) gaas. Täiuslike gaaside puhul kehtib Clapeyroni võrrand, mis võimaldab teadaoleva rõhu ja temperatuuri juures määrata gaasi tiheduse:

(11)

Kus R - absoluutne rõhk; R - gaasi erikonstant, erinevate gaaside puhul erinev, kuid temperatuurist ja rõhust sõltumatu [õhu puhul R=287 J/(kg∙K)] ; T on absoluutne temperatuur. Reaalsete gaaside käitumine vedeldamisest kaugemates tingimustes erineb vaid vähesel määral täiuslike gaaside käitumisest ja nende jaoks on täiuslike gaaside olekuvõrrandid kasutatavad laias vahemikus. Tehnilistes arvutustes tuleneb tavaliselt gaasi tihedus normaalne füüsikalised tingimused (t=0°; p=101 325 Pa) või kuni standard tingimustes (t=20° С; р= 101325 Pa). Õhutihedus R=287 J/(kg∙K) standardtingimustes vastavalt valemile (11) on ρ 0 =101325/287/(273+20)=1,2 kg/m3. Õhu tihedus muudel tingimustel määratakse järgmise valemiga:

(12)

Joonisel fig. 1 kujutab selle valemiga määratud õhutiheduse temperatuuri sõltuvuse graafikuid erinevatel rõhkudel.

Riis. 1 Õhutiheduse sõltuvus õhurõhust ja temperatuurist

Isotermilise protsessi (T = const) jaoks valemist (12) on meil:

(13)

(14)

Kus k=s p /s ν on gaasi adiabaatiline konstant; c p on gaasi soojusmahtuvus konstantsel rõhul; Koos ν - sama, konstantsel helitugevusel. Gaaside kokkusurutavus sõltub olekumuutuse protsessi iseloomust. Isotermilise protsessi jaoks:

(15)

Adiabaatilise protsessi jaoks:

Avaldisest (15) järeldub, et atmosfääriõhu isotermiline kokkusurutavus on ~9,8∙104 Pa (umbes 1 atm), mis on umbes 20 tuhat korda suurem kui vee kokkusurutavus. Kuna gaasi maht sõltub suurel määral temperatuurist ja rõhust, saab tilkuvate vedelike uurimisel tehtud järeldusi gaasidele laiendada vaid juhul, kui vaadeldava nähtuse piires on rõhu ja temperatuuri muutused ebaolulised. Suurel kiirusel liikudes võivad tekkida olulised rõhuerinevused, mis põhjustavad gaaside tiheduse olulise muutuse. Vedeliku kiiruse ja heli kiiruse suhe selles võimaldab otsustada, kas igal konkreetsel juhul on vaja arvestada kokkusurutavust. Praktikas võib gaasi võtta kokkusurumatuks kiirustel, mis ei ületa 100 m/s. Vedelike viskoossus. Viskoossus on vedelike omadus nihkele vastu seista. Kõikidel tõelistel vedelikel on teatav viskoossus, mis väljendub sisemise hõõrdumisena külgnevate vedelikuosakeste suhtelise liikumise ajal. Kergesti liikuvate vedelike (näiteks vesi, õhk) kõrval on väga viskoosseid vedelikke, mille nihkekindlus on väga oluline (glütseriin, rasked õlid jne). Seega iseloomustab viskoossus vedeliku voolavusastet või selle osakeste liikuvust. Laske vedelikul voolata mööda tasast seina sellega paralleelsete kihtidena (joonis 2), nagu on täheldatud laminaarsel liikumisel. Seina aeglustava toime tõttu liiguvad vedelikukihid erineva kiirusega, mille väärtused suurenevad seinast kaugenedes.

Riis. 2 Kiiruse jaotus vedeliku voolamisel mööda tahket seina

Mõelge kahele vedelikukihile, mis liiguvad eemal Δy üksteiselt. Kiht A kiirusega liikudes u , kiht AT - kiirusega u + Δu . Kiiruste erinevuse tõttu ajaühikus kiht AT nihkub kihi A suhtes võrra Δ u . Väärtus Δ u on kihi A absoluutne nihe piki kihti B ja Δ u /Δ y on kiiruse gradient (suhteline nihe). Selle liikumise ajal tekkivat tangentsiaalset pinget (hõõrdejõud pindalaühiku kohta) tähistatakse . Seejärel saame sarnaselt tahkete ainete nihkenähtusele pinge ja deformatsiooni vahel järgmise seose:

(17)

Või kui kihid on üksteisele lõpmatult lähedal,

(18)

Väärtus µ , mis sarnaneb tahkete ainete nihketeguriga ja iseloomustab vedeliku vastupidavust nihkele, nimetatakse dünaamiline või absoluutne viskoossus. Seose (18) olemasolule viitab esmalt Newton ja seetõttu nimetatakse seda Newtoni hõõrdeseaduseks. Rahvusvahelises ühikute süsteemis väljendatakse dünaamilist viskoossust H s / m 2 või Pa s. Agregaatide tehnilises süsteemis on dünaamilise viskoossuse mõõde kgf∙s∙m -2 . CGS-süsteemis võetakse dünaamilise viskoossuse ühikuna poos (P) prantsuse arsti Poiseuille'i mälestuseks, kes uuris vere liikumise seadusi inimkeha veresoontes, mis võrdub 1 g∙cm -1 ∙. s -1; 1 Pa s \u003d 0,102 kgf s / m 2 \u003d 10 P. Vedelike viskoossus sõltub suuresti temperatuurist; sel juhul langeb tilkuvate vedelike viskoossus temperatuuri tõustes ja gaaside viskoossus suureneb. Seda seletatakse asjaoluga, et tilkuvate vedelike ja gaaside viskoossus on erinev. Gaasides suureneb molekulide soojusliikumise keskmine kiirus (intensiivsus) temperatuuri tõustes, mistõttu viskoossus suureneb. Tilkutavates vedelikes ei saa molekulid liikuda, nagu gaasis, igas suunas, nad saavad võnkuda ainult oma keskmise asukoha ümber. Temperatuuri tõusuga suurenevad molekulide vibratsiooniliste liikumiste keskmised kiirused, mille tõttu on neid hoidvad sidemed kergemini ületavad ja vedelik omandab suurema liikuvuse (selle viskoossus väheneb). Nii et puhta magevee puhul määratakse dünaamilise viskoossuse sõltuvus temperatuurist Poiseuille'i valemiga:

(19)

Kus µ - vedeliku absoluutne (dünaamiline) viskoossus ühikutes P; t - temperatuur ° C. Temperatuuri tõusuga 0 kuni 100 ° C väheneb vee viskoossus peaaegu 7 korda (vt tabel 6). Temperatuuril 20°C on vee dünaamiline viskoossus 0,001 Pa∙s=0,01 P. Vesi kuulub kõige vähem viskoossete vedelike hulka. Praktiliselt kasutatavatest vedelikest (nt eeter ja alkohol) on vaid vähesed viskoossus mõnevõrra madalam kui vesi. Vedelal süsinikdioksiidil on madalaim viskoossus (50 korda väiksem kui vee viskoossus). Kõik vedelad õlid on palju suurema viskoossusega kui vesi (20°C kastoorõli viskoossus on 1000 korda suurem kui samal temperatuuril). B tabel. 1.7 näitab mõnede vedelike viskoossuse väärtusi.

Tabel 7

Tilkuvate vedelike kinemaatiline ja dünaamiline viskoossus (t = 20° C)
Vedelik		ν∙10 4, m 2 /s
Värske vesi
Veevaba glütseriin
Petrooleum (temperatuuril 15 °C)
Bensiin (temperatuuril 15 °C)
kastoorõli
Mineraalõli
Õli 15°C juures
Veevaba etüülalkohol

Õhu dünaamilise viskoossuse väärtuse määramiseks MKGSS-süsteemis kasutatakse Millikani valemit:

Mis annab temperatuuril t \u003d 15 ° С \u003d 1,82 ∙ 10 -6 kgf s / m 2 (~ 1,82 ∙ 10 -5 Pa s). Teiste gaaside dünaamiline viskoossus on ligikaudu samas suurusjärgus. Koos absoluutse või dünaamilise viskoossuse mõistega on ka mõiste kinemaatiline viskoossus; mis on vedeliku absoluutse viskoossuse ja tiheduse suhe:

(21)

Seda viskoossust nimetatakse kinemaatiline, kuna selle mõõtmes pole jõuühikuid. Tegelikult asendades dimensiooni µ ja ρ , saame [ v]=[L 2 /T]. Rahvusvahelises ühikute süsteemis mõõdetakse kinemaatilist viskoossust m 2 / s; kinemaatilise viskoossuse mõõtmise ühikuks CGS-süsteemis on stokid (inglise füüsiku Stokesi auks): 1 St = 1 cm 2 / s = 10 -4 m 2 / s. Stokesi sajandat osa nimetatakse centistokeseks (cSt): 1 m 2 / s \u003d 1 ∙ 10 4 St \u003d 1 ∙ 10 6 cCt. Tabelis. Joonisel 7 on kujutatud tilkuvate vedelike kinemaatilise viskoossuse arvväärtusi; 3 - vee ja tööstusliku õli kinemaatilise viskoossuse sõltuvus temperatuurist. Esialgsete arvutuste jaoks vee kinemaatilise viskoossuse väärtus v võib võtta võrdseks 0,01 cm 2 / s = 1,10 -6 m 2 / s, mis vastab temperatuurile 20 ° C.

Riis. 3 Vee ja õli kinemaatilise viskoossuse sõltuvus temperatuurist

Tilkuvate vedelike kinemaatiline viskoossus enamikul juhtudel praktikas esinevatel rõhkudel (kuni 200 atm) sõltub rõhust väga vähe ja seda muutust jäetakse tavalistes hüdraulilistes arvutustes tähelepanuta. Gaaside kinemaatiline viskoossus sõltub nii temperatuurist kui rõhust, suurenedes temperatuuri tõustes ja vähenedes rõhu tõustes (tabel 8). Õhu kinemaatiline viskoossus normaalsetes tingimustes (temperatuur 20 °C, rõhk ~ 1at) v= µ/ ρ \u003d 1,57 ∙ 10 -5 m 2 / s, s.o. umbes 15 korda rohkem kui sama temperatuuriga vee puhul. Seda seletatakse asjaoluga, et kinemaatilise viskoossuse (21) avaldise nimetaja sisaldab tihedust, mis on gaaside puhul palju väiksem kui tilkuvate vedelike puhul. Õhu kinemaatilise viskoossuse arvutamiseks erinevatel temperatuuridel ja rõhkudel saate kasutada graafikut (joonis 4).

Tabel 1.8

Mõne gaasi kinemaatilise ν ja gaasi erikonstandi K väärtused
	ν∙10 4, m 2 /s temperatuuril °С				R, J/(kg∙K)
					Vene Föderatsiooni föderaalseadused: "Haridus" (10. juuli 1992 nr 3266-1) ja "Kõrg- ja kraadiõppe kutseharidus" (22. august 1996 nr 125-FZ); Erialase kõrghariduse põhiõppekava Koolituse suund 270800 Ehitus (1) Peamine haridusprogramm 1.1. BEP-i eesmärk (missioon) on valmistada ette konkurentsivõimeline professionaal, kes on valmis töötama ehituse pakkumisega seotud valdkondades, samuti võimeline edasiseks erialaseks enesetäiendamiseks ja loominguliseks arenguks.

15.07.2012
Hüdraulikaõlide füüsikalised omadused ja nende mõju jõudlusele

1. Viskoossus, viskoossus-temperatuuri omadused
Viskoossus on kõige olulisem kriteerium hüdraulikaõli kandevõime hindamisel. Viskoossust eristavad dünaamilised ja kinemaatilised näitajad.
Tööstuslikud määrdeõlid ja hüdroõlid klassifitseeritakse vastavalt ISO viskoossusklassid, mis põhinevad nende kinemaatilisel viskoossusel, mida omakorda kirjeldatakse kui dünaamilise viskoossuse ja tiheduse suhet. Võrdlustemperatuur on 40 °C. Ametlik mõõtühik ( St) kinemaatilise viskoossuse ühikuks on m 2 /s ja nafta rafineerimistööstuses on kinemaatilise viskoossuse ühik cSt(centistokes) või mm 2 /s. Viskoossuse klassifikatsioon ISO, DIN 51519 vedelate tööstuslike määrdeainete jaoks kirjeldab 18 viskoossusklassi (klassi) vahemikus 2 kuni 1500 mm 2 / s temperatuuril 40 ° C. Iga klass määratakse keskmise viskoossusega temperatuuril 40 ° C ja tolerantsiga ± 10% sellest väärtusest. Sõltuvus viskoossusest ja temperatuurist on hüdraulikaõlide puhul väga oluline. Viskoossus suureneb järsult temperatuuri langedes ja väheneb temperatuuri tõustes. Praktikas on vedeliku läviviskoossus (lubatav käivitusviskoossus, ca 800 - 2000 mm 2 /s) vajalik kasutamiseks erinevat tüüpi pumpades. Minimaalne lubatud viskoossus kõrgetel temperatuuridel määratakse piirhõõrdefaasi algusega. Pumpade ja mootorite lubamatu kulumise vältimiseks ei tohiks minimaalne viskoossus olla väiksem kui 7-10 mm 2 /s. Viskoossus-temperatuuri graafikutel olevad kõverad kirjeldavad hüdraulikavedelike viskoossuse sõltuvust temperatuurist. Joone tingimustes V-T- kõverad on hüperboolsed. Matemaatilise teisendusega need V-T- kõveraid saab kujutada sirgjoontena. Need jooned võimaldavad viskoossuse täpset määramist laias temperatuurivahemikus. Viskoossusindeks (VI) on kriteerium V-T- sõltuvused ja V-T- kõver - gradient graafikul. Mida kõrgem on hüdraulikavedeliku VI, seda väiksem on viskoossuse muutus temperatuuriga, st seda rohkem V-T- kõver. Mineraalõlidel põhinevate hüdraulikaõlide loomulik IV on tavaliselt 95-100. Estritel põhinevate sünteetiliste hüdraulikaõlide VI piirväärtus on 140–180 ja polüglükoolide loomulik IV väärtus on 180–200 (joonis 1).

Viskoossusindeksit saab parandada ka lisanditega (polümeersed lisandid, mis peavad olema nihkekindlad), mida nimetatakse VI parandajateks või viskoossuse lisanditeks. Kõrge VI hüdraulikaõlid tagavad lihtsa käivitamise, vähendavad jõudluse kadu madalal ümbritseval temperatuuril ning parandavad tihendus- ja kulumiskaitset kõrgetel töötemperatuuridel. Kõrge indeksiga õlid suurendavad süsteemi efektiivsust ja pikendavad kulumisele kuuluvate komponentide eluiga (mida kõrgem on viskoossus töötemperatuuril, seda parem on mahusuhe).

2. Viskoossuse rõhusõltuvus
Määrdekile kandevõime määrab määrdeaine viskoossuse rõhusõltuvus. Vedela keskkonna dünaamiline viskoossus suureneb rõhu suurenedes. Järgmine on meetod dünaamilise viskoossuse ja rõhu reguleerimiseks konstantsel temperatuuril.
Viskoossuse sõltuvus rõhust, nimelt viskoossuse suurenemine rõhu tõusuga, avaldab positiivset mõju erikoormusele (näiteks laagritele), kuna määrdekile viskoossus suureneb kõrge osarõhu mõjul 0 kuni 2000 atm. Viskoossus HFC vedelik suureneb kaks korda, mineraalõli - 30 korda, in HFD vedelikud - 60 korda. See seletab rull-laagrite suhteliselt lühikest kasutusiga, kui neid määrida kasutades ( HFA, HFC) veepõhised määrdeõlid. Joonisel fig. 2 ja 3 näitavad erinevate hüdraulikavedelike viskoossust ja rõhku.

Viskoossus-temperatuuri omadusi saab kirjeldada ka eksponentsiaalse avaldise abil:

η = η ο · e α P ,

kus η ο on dünaamiline viskoossus atmosfäärirõhul, α on viskoossuse ja rõhu sõltuvuse koefitsient, R- rõhk. Sest HFCα \u003d 3,5 10 -4 atm -1;
jaoks HFDα \u003d 2,2 10 -3 atm -1; jaoks HLPα \u003d 1,7 10 -3 atm -1

3. Tihedus
Hüdraulikavedelike kaod torustikus ja hüdrosüsteemi elementides on otseselt võrdelised vedeliku tihedusega. Näiteks on rõhukadu otseselt võrdeline tihedusega:

Δ P= (ρ/2) ξ Koos 2 ,

kus ρ on vedeliku tihedus, ξ on õhutakistustegur, Koos on vedeliku voolukiirus ja Δ P- rõhu kaotus.
Tihedus ρ on vedeliku mass ruumalaühiku kohta.

ρ = m/V(kg / m3).

Hüdraulikavedeliku tihedust mõõdetakse temperatuuril 15 °C. See sõltub temperatuurist ja rõhust, kuna vedeliku maht suureneb temperatuuri tõustes. Seega toimub vedeliku mahu muutus kuumutamise tagajärjel võrrandi järgi

Δ V=Vβ temp Δ T,

Mis põhjustab tiheduse muutust:

Δρ = ρ β määr Δ T.

Hüdrostaatilistes tingimustes temperatuuridel -5 kuni +150 °C piisab ülaltoodud võrrandile lineaarse valemi rakendamisest. Soojuspaisumise koefitsienti βtemp saab rakendada igat tüüpi hüdraulikavedelikele.

Kuna mineraalõlide soojuspaisumise koefitsient on ligikaudu 7 x 10 -4 K -1, suureneb hüdraulikavedeliku maht 0,7%, kui selle temperatuur tõuseb 10 °C võrra. Joonisel fig. 5 näitab hüdraulikavedelike mahu sõltuvust temperatuurist.

Hüdrostaatilises hinnangus tuleks arvesse võtta ka hüdraulikavedelike tiheduse ja rõhu suhet, kuna vedelike kokkusurutavus mõjutab negatiivselt nende dünaamilist jõudlust. Tiheduse sõltuvust rõhust saab lihtsalt lugeda vastavatelt kõveratelt (joonis 6).

4. Kokkusurutavus
Mineraalõlidel põhinevate hüdrovedelike kokkusurutavus sõltub temperatuurist ja rõhust. Rõhul kuni 400 atm ja temperatuuridel kuni 70 °C, mis on tööstussüsteemide piirväärtus, on kokkusurutavus süsteemi jaoks oluline. Enamikus hüdrosüsteemides kasutatavaid hüdraulikavedelikke võib pidada kokkusurumatuks. Kuid rõhul 1000 kuni 10 000 atm võib täheldada muutusi keskkonna kokkusurutavuses. Kokkusurutavust väljendatakse koefitsiendi β või mooduliga M(Joonis 7, M = To).

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

Helitugevuse muutust saab määrata võrrandi abil

Δ V=V · β( P max- R algus)

Kus Δ V— helitugevuse muutus; R max on maksimaalne rõhk; R esialgne - esialgne rõhk.

5. Gaaside lahustuvus, kavitatsioon
Õhk ja muud gaasid võivad vedelikes lahustuda. Vedelik võib gaasi absorbeerida, kuni see on küllastunud. See ei tohiks vedeliku omadusi negatiivselt mõjutada. Gaasi lahustuvus vedelikus sõltub gaasi tüübist, rõhust ja temperatuurist. Rõhul kuni ≈300 atm. gaasi lahustuvus on võrdeline rõhuga ja järgib Henry seadust.

V G= V Fα V P/P o ,

Kus VG on lahustunud gaasi maht; V F on vedeliku maht, R o - atmosfäärirõhk, P— vedeliku rõhk; α V on Bunseni jaotuskoefitsient (1,013 mbar, 20 °C).
Bunseni koefitsient sõltub suuresti baasvedelikust ja näitab, kui palju (%) gaasi on lahustunud vedeliku mahuühikus tavatingimustes. Lahustunud gaasi saab hüdraulikavedelikust vabastada madalal staatilisel rõhul (suur voolukiirus ja suur nihkepinge), kuni saavutatakse uus küllastuspunkt. Gaasi vedelikust väljumise kiirus ületab tavaliselt kiirust, millega gaas vedelikku imendub. Vedelikust mullidena väljuv gaas muudab vedeliku kokkusurutavust sarnaselt õhumullidega. Isegi madala rõhu korral võib väike kogus õhku drastiliselt vähendada vedeliku kokkusurumatust. Kõrge vedeliku tsirkulatsioonikiirusega mobiilsüsteemides võib lahustumata õhu sisaldus ulatuda kuni 5% -ni. Sellel lahustumata õhul on väga negatiivne mõju süsteemi jõudlusele, kandevõimele ja dünaamikale (vt punkt 6 – õhutustamine ja punkt 7 – vahutamine). Kuna vedelike kokkusurutavus süsteemides on tavaliselt väga kiire, võivad õhumullid järsku tõusta kõrgele temperatuurile (adiabaatiline kokkusurumine). Äärmuslikel juhtudel võib saavutada vedeliku leekpunkti ja tekkida mikrodiisliefektid.
Gaasimullid võivad pumpades ka kokkusurumise tagajärjel plahvatada, mis võib põhjustada erosioonist tingitud kahjustusi (mõnikord nimetatakse kavitatsiooniks või pseudokavitatsiooniks). Olukord võib halveneda, kui vedelikus tekivad aurumullid. Seega tekib kavitatsioon, kui rõhk langeb alla gaasi lahustuvuse või alla vedeliku küllastusauru rõhu.
Kavitatsioon esineb peamiselt püsiva mahuga avatud süsteemides, see tähendab, et selle nähtuse oht on oluline sisse- ja väljalaskeahelate ning pumpade jaoks. Selle põhjuseks võib olla liiga madal absoluutrõhk voolukiiruse kadudest kitsas ristlõigetes, filtrites, kollektorites ja siibrites, liigsest sisselaskepeast või vedeliku liigsest viskoossusest tingitud rõhukadudest. Kavitatsioon võib põhjustada pumba erosiooni, efektiivsuse vähenemist, rõhu tippe ja liigset müra.
See nähtus võib negatiivselt mõjutada drosselregulaatorite stabiilsust ja põhjustada anumates vahutamist, kui vedeliku-vee segu suunatakse tagasi anumasse atmosfäärirõhul.

6. Õhu eemaldamine
Kui hüdraulikavedelikud suunatakse tagasi reservuaaridesse, on vedeliku vool võimeline endaga õhku kaasa haarama. See võib tekkida torustiku lekete tõttu ahenemise ja osalise vaakumi tõttu. Turbulents paagis või lokaalne kavitatsioon viitab õhumullide tekkele vedelikus.
Selliselt kinni jäänud õhk peab pääsema vedeliku pinnale, vastasel juhul võib see pumpa sattudes kahjustada teisi süsteemi komponente. Õhumullide pinnale tõusmise kiirus sõltub mullide läbimõõdust, vedeliku viskoossusest ning baasõli tihedusest ja kvaliteedist. Mida kõrgem on baasõli kvaliteet ja puhtus, seda kiiremini toimub õhu eemaldamine. Madala viskoossusega õlid õhutustuvad üldiselt kiiremini kui kõrge viskoossusega baasõlid. See on seotud mullide tõusu kiirusega.

C = (ρ FL -ρ L )Χ/η,

Kus ρ FL on vedeliku tihedus; lk L— õhu tihedus; η on dünaamiline viskoossus; X on konstant, mis sõltub vedeliku tihedusest ja viskoossusest.
Süsteemid peavad olema konstrueeritud nii, et vedelikku ei satuks õhku ja kui see siseneb, pääsevad kaasahaaratud õhumullid kergesti välja. Kriitilised piirkonnad on mahutid, mis peavad olema varustatud deflektorite ja deflektoritega, ning torustiku ja ahelate konfiguratsioon. Lisandid ei saa positiivselt mõjutada hüdraulikavedelike õhueraldusomadusi. Pindaktiivsed ained (eriti silikoonil põhinevad vahutamisvastased lisandid) ja saasteained (nt määrded ja korrosiooniinhibiitorid) mõjutavad negatiivselt hüdraulikaõlide õhueraldusomadusi. Mineraalõlidel on üldiselt paremad õhueraldusomadused kui tulekindlatel vedelikel. Õhu vabastamise omadused HPLD hüdraulikavedelikku saab võrrelda hüdraulikavedelike omadustega HLP.
Õhu väljalaskeomaduste määramise katse on kirjeldatud standardis DIN 51 381. See meetod seisneb õhu surumises õlisse. Õhutusarv on aeg, mis kulub õhul (miinus 0,2%), et antud tingimustes 50 °C juures vedelik väljuks.
Hajutatud õhu osakaal määratakse õli-õhu segu tiheduse mõõtmise teel.

7. Vahutamine
Pinna vahutamine tekib siis, kui õhutustamise kiirus on suurem kiirusest, millega õhumullid vedeliku pinnale lõhkevad, st kui mullid on tekkinud rohkem kui kokku kukkunud. Halvimal juhul saab selle vahu paagist läbi aukude välja pigistada või pumba sisse kanda. Silikoonipõhised või silikoonivabad vahutamisvastased lisandid võivad mullide lagunemist kiirendada, vähendades vahu pindpinevust. Need mõjutavad negatiivselt ka vedeliku õhu vabastamise omadusi, mis võib põhjustada kokkusurumisprobleeme ja kavitatsiooni. Seetõttu kasutatakse vahutamisvastaseid lisandeid väga väikeses kontsentratsioonis (≈ 0,001%). Vahuvastane kontsentratsioon võib vananemise ja metallpindadele ladestumise tagajärjel järk-järgult väheneda ning vanade, juba töötavate vedelike kasutamisel tekivad sageli vahutamisprobleemid. Järgnev vahutamisvastase aine lisamine võib toimuda alles pärast konsulteerimist hüdrovedeliku tootjaga.
Vedeliku pinnale tekkinud vahu mahtu mõõdetakse ajas (kohe, 10 minuti pärast) ja erinevatel temperatuuridel (25 ja 95 °C). Pindaktiivsed ained, pesuained või dispergeerivad ained, saasteained määrde kujul, korrosiooniinhibiitorid, puhastusained, jahutusvedelikud, oksüdatsiooni kõrvalsaadused jne võivad vahutamisvastaste lisandite tõhusust kahjustada.

8. Demulgeerimine
Demulseeritavus on hüdraulikavedeliku võime tõrjuda imbunud vett. Vesi võib hüdraulikavedelikku sattuda soojusvaheti lekke, õlitaseme oluliste muutuste tõttu reservuaarides kondenseerumise, halva filtreerimise, tihendi riketest tingitud vee saastumise ja äärmuslike keskkonnatingimuste tagajärjel. Vesi hüdrovedelikus võib põhjustada korrosiooni, pumpade kavitatsiooni, hõõrdumise ja kulumise suurenemist ning elastomeeride ja plastide kiirendatud lagunemist. Vaba vesi tuleb hüdraulikavedeliku mahutitest tühjenduskraanide kaudu võimalikult kiiresti eemaldada. Veeslahustuvate jahutusvedelikega saastumine, eriti tööpinkide puhul, võib pärast vee aurustumist põhjustada kleepuvate jääkide teket. See võib põhjustada probleeme pumpades, klappides ja silindrites. Hüdraulikavedelik peab sellesse tunginud vee kiiresti ja täielikult tõrjuma. Demulsifikatsiooni määrab DIN 51 599, kuid seda meetodit ei saa kasutada detergenti-dispergeerivat ainet sisaldavate hüdraulikavedelike puhul ( DD) lisandid. Demulgeerimine on aeg, mis kulub õli ja vee segude eraldumiseks. Demulgeerimise parameetrid on järgmised:
. viskoossus kuni 95 mm 2 /s 40 °C juures; katsetemperatuur 54 °C;
. viskoossus > 95 mm 2 /s; temperatuur 82 °C.
Hüdraulikaõlides, mis sisaldavad DD lisaaineid, vett, vedelaid ja tahkeid saasteaineid hoitakse suspensioonis. Neid saab sobivate filtrisüsteemidega eemaldada ilma masina hüdraulilist funktsiooni kasutamata, välistades negatiivse mõju hüdraulikavedelikule. Sellepärast DD hüdraulikavedelikke kasutatakse sageli hüdrostaatilistes tööpinkides ja mobiilsetes hüdrosüsteemides.
Suure tsirkulatsioonikiirusega masinate puhul, mis nõuavad pidevat kättesaadavust ning püsivad vee ja muude saasteainetega kokku puutudes, on hüdrauliliste puhastusvedelike kasutamine esmatähtis. Demulgeerivate omadustega hüdraulikavedelikke soovitatakse kasutada terasetööstuses ja valtsimistöökodades, kus on suur veekogus ja madal tsirkulatsioonisuhe võimaldab emulsioonide eraldamist paagis. Seadmete hüdraulikaõlidega ühilduvuse määramiseks kasutatakse modifitseeritud kujul demulseeritavuse omadusi. Hüdraulikavedeliku vananemine mõjutab negatiivselt deemulgeeruvaid omadusi.

9. Valamispunkt
Valumispunkt on madalaim temperatuur, mille juures vedelik on veel vedel. Vedelikuproovi jahutatakse süstemaatiliselt ja selle voolavust testitakse, kusjuures temperatuur langeb iga 3 °C järel. Sellised parameetrid nagu hangumispunkt ja piirav viskoossus määravad madalaima temperatuuri, mille juures on õli normaalne kasutamine võimalik.

10. Vase korrosioon (vaskplaadi test)
Hüdraulikasüsteemides kasutatakse sageli vaske ja vaske sisaldavaid materjale. Selliseid materjale nagu messing, valatud pronks või paagutatud pronks leidub laagrites, juhikutes või juhtseadistes, liugurites, hüdropumpades ja mootorites. Jahutussüsteemides kasutatakse vasktorusid. Vase korrosioon võib põhjustada kogu hüdrosüsteemi rikke, seetõttu tehakse vaskplaadi korrosioonikatse, et saada teavet vaske sisaldavate materjalide baasvedelike ja lisandite söövitusvõime kohta. Mineraalipõhiste hüdraulikavedelike, st biolagunevate vedelike värviliste metallide suhtes korrodeeruvuse testimise meetodit tuntakse Linde meetodi nime all (valikuline katsemeetod biolagunevate õlide vasesulamite suhtes korrodeeruvuse testimiseks) ( SAE Tehniline bülletään 981 516 aprill 1998), tuntud ka kui VDMA 24570 (VDMA 24570 – kiiresti biolagunevad hüdraulikavedelikud – tegevus mitteraudmetallisulamitele 03-1999 saksa keeles).
Vastavalt standardile DIN 51 759, võib vaskplaadi korrosioon väljenduda värvimuutuse või ketendusena. Jahvatav vaskplaat sukeldatakse testitavasse vedelikku kindlaksmääratud ajaks kindlaksmääratud temperatuuril. Hüdraulika- ja määrdeõlisid testitakse tavaliselt 100 °C juures. Korrosiooniastet hinnatakse punktides:
1 - kerge värvimuutus;
2 - mõõdukas värvimuutus;
3 - tugev värvimuutus;
4 - korrosioon (tumenemine).

11. Veesisaldus (Karl Fischeri meetod)
Kui vesi siseneb hüdrosüsteemi osaliselt peenelt hajutatult niivõrd, et see tungib õlifaasi, siis olenevalt hüdrovedeliku tihedusest võib vesi eralduda ka õlifaasist. Seda võimalust tuleb veesisalduse määramiseks proovide võtmisel arvestada.
Veesisalduse määramine mg/kg (mass) Karl Fischeri meetodi järgi on seotud Karl Fischeri lahuse kasutuselevõtuga otsesel või kaudsel tiitrimisel.

12. Vananemiskindlus (Baaderi meetod)
See on katse korrata laboris õhu, temperatuuri ja hapniku mõju hüdraulikavedelikele. Hüdraulikaõlide vananemist on püütud kunstlikult kiirendada, tõstes metallkatalüsaatorite juuresolekul temperatuuri kõrgemale praktilisest kasutustasemest kui ka hapniku tasemest. Viskoossuse suurenemine ja happearvu suurenemine (vaba hape) registreeritakse ja hinnatakse. Laboratoorsete testide tulemused tõlgitakse praktilistesse tingimustesse. Baaderi meetod on praktiline viis hüdraulika- ja määrdeõlide vananemise testimiseks.
Ettemääratud aja jooksul vanandatakse proove etteantud temperatuuril ja õhuvoolu rõhul, sukeldades samal ajal vaskspiraali perioodiliselt õlisse, toimides oksüdatsioonikiirendina. Kooskõlas DIN 51 554-3 C, CL ja CLP vedelikud ja HL, HLP, NM hüdraulikaõlisid testitakse oksüdatsioonistabiilsuse suhtes temperatuuril 95 °C. Seebistumisarv on väljendatud mg KOH/g kohta.

13. Vastupidavus vananemisele (meetod TOST)
Auruturbiiniõlide ja lisandeid sisaldavate hüdraulikaõlide oksüdatsioonistabiilsus määratakse vastavalt DIN 51 587 Meetod TOST on kasutatud juba aastaid turbiiniõlide ja mineraalõlidel põhinevate hüdrovedelike testimiseks. Modifitseeritud (ilma veeta) kuiv TOST meetodit kasutatakse estritel põhinevate hüdroõlide oksüdatsioonikindluse määramiseks.
Määrdeõlide vananemist iseloomustab happearvu suurenemine, kui õli puutub kokku hapniku, vee, terase ja vasega maksimaalselt 1000 tundi temperatuuril 95°C (neutralisatsioonikõver koos vananemisega). Happearvu maksimaalne lubatud suurenemine on 2 mg KOH / g 1000 tunni pärast.

14. Happearv (neutraliseerimisnumber)
Hüdraulikaõli happearv suureneb vananemise, ülekuumenemise või oksüdeerumise tagajärjel. Tekkivad vananemisproduktid võivad agressiivselt mõjuda hüdrosüsteemi pumpadele ja laagritele. Seetõttu on happearv hüdraulikavedeliku seisukorra hindamisel oluline kriteerium.
Happearv näitab happeliste või aluseliste ainete kogust määrdeõlis. Mineraalõlides sisalduvad happed võivad rünnata hüdrosüsteemi ehitusmaterjale. Kõrge happesisaldus on ebasoovitav, kuna see on võimalik oksüdatsiooni tagajärjel.

15. Terase/mustmetallide kaitsvad oksüdatsioonivastased omadused
Lisandeid sisaldavate turbiini- ja hüdraulikaõlide antioksüdantsed omadused terase/mustmetallide suhtes määratakse kindlaks vastavalt standardile. DIN 51 585.
Hüdraulikavedelikud sisaldavad sageli hajutatud, lahustunud või vaba vett, seega peab hüdraulikavedelik pakkuma korrosioonikaitset kõikidele märjaks saanud sõlmedele kõikides töötingimustes, sealhulgas vee saastumise korral. See katsemeetod määrab korrosioonivastaste lisandite toimimise mitmetes erinevates töötingimustes.
Katsetatav õli segatakse destilleeritud vee (meetod A) või tehismereveega (meetod B), segades pidevalt (24 tundi temperatuuril 60 °C) segusse sukeldatud terasvardaga. Pärast terasvarda korrosiooni kontrollimist. Tulemused võimaldavad hinnata õli korrosioonivastaseid kaitseomadusi vee või veeauruga kokkupuutuvate teraskomponentide suhtes:
korrosiooniaste 0 tähendab korrosiooni puudumist,
1. klass - kerge korrosioon;
aste 2 - mõõdukas korrosioon;
aste 3 - tugev korrosioon.

16. Kulumisvastased omadused (nelja kuuliga masin Kest; VKA, DIN 51350)
Ettevõtte nelja palliga aparaat Kest kasutatakse hüdraulikavedelike kulumisvastaste ja äärmuslike surveomaduste mõõtmiseks. Hüdraulikavedelike kandevõimet testitakse piirhõõrdetingimustes. Meetodit kasutatakse määrdeõlide väärtuste määramiseks lisanditega, mis taluvad kõrget rõhku libisevate pindade vahelise piirhõõrde tingimustes. Määrdeõli testitakse nelja kuuliga aparaadis, mis koosneb ühest (kesksest) pöörlevast kuulist ja kolmest rõngasse paigutatud fikseeritud kuulist. Pidevates katsetingimustes ja kindlaksmääratud aja jooksul mõõdetakse kolme paigalseisva kuuli kontaktpinna läbimõõt või pöörleva kuuli koormus, mis võib enne ülejäänud kolme kuuliga keevitamist suureneda.

17. Polümeere sisaldavate määrdeõlide nihkestabiilsus
Viskoossus-temperatuuri omaduste parandamiseks lisatakse määrdeõlidele polümeere, mida kasutatakse viskoossusindeksit parandavate lisanditena. Molekulmassi kasvades muutuvad need ained üha tundlikumaks mehaaniliste koormuste suhtes, nagu need, mis eksisteerivad kolvi ja selle silindri vahel. Õlide nihkestabiilsuse hindamiseks erinevates tingimustes on mitu katsemeetodit:
DIN 5350-6, nelja palli meetod, DIN 5354-3,FZG meetod ja DIN 51 382, ​​diislikütuse sissepritse meetod.
Suhteline viskoossuse vähenemine nihke tõttu pärast 20-tunnist katset DIN 5350-6 (koonusrull-laagrite jaoks kasutatavate polümeere sisaldavate määrdeõlide nihkestabiilsuse määramine) rakendatakse vastavalt DIN 51 524-3 (2006); nihkeviskoossust on soovitatav vähendada vähem kui 15%.

18. Hüdraulikavedelike mehaaniline katsetamine pöörlevate labadega pumpades ( DIN 51 389-2)
Vickersi ja teiste tootjate pumpade testimine võimaldab hüdraulikavedelike jõudlust realistlikult hinnata. Siiski on praegu väljatöötamisel alternatiivsed katsemeetodid (eriti projekt DGMK 514 - hüdraulikavedelike mehaanilised katsed).
Vickersi meetodit kasutatakse hüdraulikavedelike kulumisvastaste omaduste määramiseks pöörleva labaga pumbas etteantud temperatuuride ja rõhkude juures (140 atm, 250 h töövedeliku viskoossus 13 mm 2 /s erinevatel temperatuuridel). Katse lõpus kontrollitakse rõngaste ja tiibade kulumist ( vickers V-104FROM 10 või vickers V-105FROM kümme). Maksimaalsed lubatud kulumisväärtused:< 120 мг для кольца и < 30 мг для крыльев.

19. Kulumisvastased omadused (käigu katsetamine FZG seisma; DIN 534-1ja-2)
Hüdraulikavedelikke, eriti kõrge viskoossusega klasse, kasutatakse kombineeritud süsteemides hüdraulika- ja määrdeõlidena. Dünaamiline viskoossus on hüdrodünaamilise määrimise kulumisvastase jõudluse peamine tegur. Madalatel libisemiskiirustel või kõrgel rõhul piirhõõrdetingimustes sõltuvad vedeliku kulumisvastased omadused kasutatavatest lisanditest (reaktiivse kihi moodustumine). Neid piirtingimusi korratakse, kui neid testitakse FZG seisma.
Seda meetodit kasutatakse peamiselt määrdeainete piiromaduste määramiseks. Teatud kindlal kiirusel pöörlevaid hammasrattaid määritakse pritsides või pihustades õli, mille algtemperatuur registreeritakse. Hammaste juurte koormust suurendatakse järk-järgult ja fikseeritakse hambajuurte välimuse omadused. Seda protseduuri korratakse kuni viimase 12. koormusastmeni: Hertsi rõhk 10. koormusastmel haardumisribas on 1539 N/mm2; etapil 11 - 1691 N / mm 2; 12. etapis - 1841 N / mm 2. Algtemperatuur 4. etapis on 90 °C, perifeerne kiirus on 8,3 m/s, temperatuuripiir ei ole määratud; kasutatakse hammasratta geomeetriat.
Rikke koormusastme määrab DIN 51 524-2. Positiivse tulemuse saamiseks peab see olema vähemalt 10. samm. Nõuetele vastavad hüdraulikavedelikud ISO VG 46, mis ei sisalda kulumisvastaseid lisandeid, jõuavad tavaliselt 6. koormusastmeni (≈ 929 N/mm 2). Tsingi sisaldavad hüdraulikavedelikud jõuavad enne riket tavaliselt vähemalt 10-11 koormusastmeni. Tsingivaba nn ZAF hüdraulikavedelikud peavad vastu koormusastmele 12 või kõrgemale.

Roman Maslov.
Välismaiste väljaannete materjalide põhjal.

Temperatuuri muutumisel toimub tahke aine suuruse muutus, mida nimetatakse soojuspaisumiseks. On lineaarne ja mahuline soojuspaisumine. Neid protsesse iseloomustavad soojus- (soojus)paisumise koefitsiendid: - lineaarse soojuspaisumise keskmine koefitsient, keskmine mahulise soojuspaisumise koefitsient.

MÄÄRATLUS

Soojuspaisumise koefitsient nimetatakse füüsikaliseks suuruseks, mis iseloomustab tahke keha lineaarmõõtmete muutumist selle temperatuuri muutumisega.

Rakendage tavaliselt keskmist lineaarpaisumise koefitsienti. See on materjali soojuspaisumise tunnusjoon.

Kui keha esialgne pikkus on , - selle pikenemine kehatemperatuuri tõusuga võrra, siis määratakse see valemiga:

Lineaarse pikenemise koefitsient on suhtelise pikenemise tunnus (), mis ilmneb kehatemperatuuri tõusuga 1K võrra.

Temperatuuri tõustes tahke aine maht suureneb. Esimese ligikaudsusena võime eeldada, et:

kus on keha esialgne maht, on kehatemperatuuri muutus. Siis on keha mahupaisumise koefitsient füüsikaline suurus, mis iseloomustab keha ruumala suhtelist muutust (), mis tekib keha kuumutamisel 1 K võrra ja rõhu muutumatuna püsimisel. Mahulise paisumise koefitsiendi matemaatiline määratlus on valem:

Tahke keha soojuspaisumine on seotud keha kristallvõre moodustavate osakeste soojusvibratsiooni ebaharmoonsusega. Nende võnkumiste tulemusena suureneb kehatemperatuuri tõusuga selle keha naaberosakeste vaheline tasakaalukaugus.

Kui keha maht muutub, muutub selle tihedus:

kus on algtihedus ja on aine tihedus uuel temperatuuril. Kuna väärtus, siis avaldis (4) kirjutatakse mõnikord järgmiselt:

Soojuspaisumise koefitsiendid sõltuvad ainest. Üldiselt sõltuvad need temperatuurist. Soojuspaisumise koefitsiente peetakse väikeses temperatuurivahemikus temperatuurist sõltumatuks.

On mitmeid aineid, millel on negatiivne soojuspaisumistegur. Seega temperatuuri tõustes sellised materjalid kahanevad. Tavaliselt toimub see kitsas temperatuurivahemikus. On aineid, mille soojuspaisumistegur on teatud temperatuurivahemikus peaaegu võrdne nulliga.

Avaldist (3) ei kasutata mitte ainult tahkete ainete, vaid ka vedelike jaoks. Samas leitakse, et tilkuvate vedelike soojuspaisumistegur ei muutu oluliselt temperatuuri tõustes. Küttesüsteemide arvutamisel võetakse seda aga arvesse.

Soojuspaisumistegurite seos

Ühikud

SI-süsteemi soojuspaisumistegurite põhimõõtühik on:

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

Harjutus

Vedelike mahupaisumise koefitsiendi määramiseks kasutatakse seadmeid, mida nimetatakse püknomeetriteks. Need on kitsa kaelaga klaaskolvid (joonis 1). Kaelale tehke märgid anuma mahu kohta (tavaliselt ml-des). Kuidas püknomeetreid kasutatakse?

Lahendus

Mahu laienemise koefitsienti mõõdetakse järgmiselt. Püknomeeter täidetakse uuritava vedelikuga kuni valitud märgini. Kolbi kuumutatakse, märkides aine taseme muutust. Selliste teadaolevate väärtustega nagu: püknomeetri esialgne maht, kolvi kaela kanali ristlõikepindala, temperatuurimuutus määravad kindlaks kolvi kaela sisenenud vedeliku esialgse mahu osakaalu. püknomeeter kuumutamisel 1 K võrra. Tuleb arvestada, et vedeliku paisumiskoefitsient on suurem kui saadud väärtus, kuna seal oli kuumutamine ja paisumine ning kolvid. Seetõttu lisatakse vedeliku paisumisteguri arvutamiseks kolvi aine (tavaliselt klaasi) paisumistegur. Peab ütlema, et kuna klaasi mahupaisumistegur on vedelike omast oluliselt väiksem, siis ligikaudsetes arvutustes võib klaasi paisumisteguri tähelepanuta jätta.

NÄIDE 2

Harjutus

Millised on vee paisumise omadused? Mis on selle nähtuse tähtsus?

Lahendus

Vesi, erinevalt enamikust teistest vedelatest ainetest, paisub kuumutamisel ainult siis, kui temperatuur on üle 4 o C. Temperatuurivahemikus väheneb vee maht temperatuuri tõustes. Värskel veel on maksimaalne tihedus. Merevee puhul saavutatakse maksimaalne tihedus kl. Rõhu tõus alandab vee maksimaalse tiheduse temperatuuri. Kuna peaaegu 80% meie planeedi pinnast on kaetud veega, mängivad selle paisumise omadused Maal kliima loomisel olulist rolli. Veepinnale langevad päikesekiired soojendavad seda. Kui temperatuur on alla 1-2 o C, siis on kuumutatud veekihid suurema tihedusega kui külmad ja vajuvad alla. Samas on nende koha hõivanud külmemad kihid, mis omakorda soojenevad. Seega toimub pidev veekihtide vahetumine ja see viib veesamba kuumenemiseni, kuni saavutatakse maksimaalne tihedus. Temperatuuri edasine tõus toob kaasa asjaolu, et ülemised veekihid vähendavad nende tihedust ja jäävad ülaossa. Nii selgub, et suur veekiht soojeneb üsna kiiresti maksimaalse tiheduse temperatuurini ja edasine temperatuuri tõus on aeglane. Seetõttu on Maa süvaveekogudes teatud sügavusest temperatuur umbes 2-3 o C. Samal ajal võib soojade maade merede ülemiste veekihtide temperatuur olla umbes u. 30 o C ja kõrgem.

Vedelate osakeste vahelised sidemed, nagu me teame, on nõrgemad kui tahke aine molekulide vahel. Seetõttu tuleks eeldada, et vedelikud paisuvad samal kuumutamisel suuremal määral kui tahked ained. Seda kinnitab tõepoolest kogemus.

Täitke kitsa ja pika kaelaga kolb toonitud vedelikuga (vesi või parem petrooleum) poole kaelani ja märkige vedeliku tase kummirõngaga. Pärast seda langetage kolb kuuma veega anumasse. Esiteks on näha vedeliku taseme langust kolvi kaelas ja seejärel hakkab tase tõusma ja tõuseb oluliselt üle esialgse taseme. See on tingitud asjaolust, et alguses soojendatakse anumat ja selle maht suureneb. See põhjustab vedeliku taseme langust. Seejärel vedelikku kuumutatakse. Laienedes ei täida see mitte ainult anuma suurenenud mahtu, vaid ületab selle mahu ka oluliselt. Seetõttu paisuvad vedelikud suuremal määral kui tahked ained.

Vedelike mahupaisumise temperatuurikoefitsiendid on palju suuremad kui tahkete ainete mahupaisumise koefitsiendid; need võivad ulatuda väärtuseni 10 -3 K -1 .

Vedelikku ei saa soojendada ilma anumat, milles see asub, kuumutamata. Seetõttu ei saa me jälgida vedeliku tegelikku paisumist anumas, kuna anuma paisumine alahindab vedeliku mahu näilist suurenemist. Klaasi ja muude tahkete ainete mahupaisumise koefitsient on aga tavaliselt palju väiksem kui vedeliku mahupaisumistegur ning mitte väga täpsete mõõtmiste korral võib anuma mahu suurenemise tähelepanuta jätta.

Veepaisumise omadused

Maal levinuimal vedelikul – veelel – on erilised omadused, mis eristavad seda teistest vedelikest. Vees, kuumutamisel 0 kuni 4 ° C, maht ei suurene, vaid väheneb. Alles alates 4 °C-st hakkab vee maht kuumutamisel suurenema. 4°C juures on seega vee maht minimaalne ja tihedus maksimaalne*. Joonis 9.4 näitab ligikaudset seost vee tiheduse ja temperatuuri vahel.

* Need andmed viitavad värskele (keemiliselt puhtale) veele. Merevee suurim tihedus on umbes 3 °C.

Vee mainitud eriomadus avaldab suurt mõju veekogude soojusülekande olemusele. Vee jahutamisel suureneb esmalt ülemiste kihtide tihedus ja need vajuvad alla. Kuid pärast õhu temperatuuri saavutamist 4 ° C vähendab edasine jahutamine juba tihedust ja pinnale jäävad külmad veekihid. Seetõttu on sügavates reservuaarides isegi väga madala õhutemperatuuri korral vee temperatuur umbes 4 °C.

Vedelate ja tahkete kehade maht suureneb otseselt proportsionaalselt temperatuuri tõusuga. Vee lähedal leitakse anomaalia: selle tihedus on maksimaalne 4 °C.

§ 9.4. Kehade soojuspaisumise arvestus ja kasutamine masinaehituses

Kuigi kehade lineaarsed mõõtmed ja ruumalad muutuvad temperatuurimuutustega vähe, tuleb selle muutusega praktikas siiski sageli arvestada; samas kasutatakse seda nähtust laialdaselt igapäevaelus ja tehnikas.

Kehade soojuspaisumise arvestus

Tahkete ainete suuruse muutus soojuspaisumise tõttu põhjustab tohutute elastsusjõudude ilmnemist, kui teised kehad takistavad seda suuruse muutumist. Näiteks terasest silla tala ristlõikega 100 cm 2, kui seda kuumutatakse -40 ° C talvel kuni +40 ° C suvel, kui toed takistavad selle pikenemist, tekitab tugedele survet (pinge) kuni 1,6 10 8 Pa, st see mõjub tugedele jõuga 1,6 10 6 N.

Antud väärtused saab Hooke'i seadusest ja kehade soojuspaisumise valemist (9.2.1).

Hooke'i seaduse järgi mehaaniline pinge
, kus
- pikenemine, a E- Youngi moodul. Vastavalt (9.2.1)
. Asendades selle suhtelise pikenemise väärtuse Hooke'i seaduse valemiga, saame

(9.4.1)

Terasel on Youngi moodul E= 2,1 10 11 Pa, joonpaisumise temperatuuritegur α 1 \u003d 9 10 -6 K -1. Asendades need andmed avaldisega (9.4.1), saame selle Δ jaoks t = 80 °С mehaaniline pinge σ = 1,6 10 8 Pa.

Sest S \u003d 10 -2 m 2, siis jõud F = σS = 1,6 10 6 N.

Metallvarda jahutamisel tekkivate jõudude demonstreerimiseks saab teha järgmise katse. Kuumutame raudvarda, mille otsas on auk, millesse torgatakse malmvarras (joon. 9.5). Seejärel sisestame selle varda massiivsesse metallalusesse, millel on sooned. Kui varras jahutatakse, tõmbub see kokku ja selles tekivad nii suured elastsusjõud, et malmvarras puruneb.

Paljude konstruktsioonide projekteerimisel tuleb arvestada kehade soojuspaisumisega. Tuleb võtta meetmeid tagamaks, et kehad saaksid temperatuuri muutudes vabalt laieneda või kokku tõmbuda.

Näiteks telegraafijuhtmeid, samuti elektriliinide (elektriliinide) juhtmeid tugede vahel on võimatu tihedalt tõmmata. Suvel on juhtmete longus märgatavalt suurem kui talvel.

Metallist aurutorustikud, nagu ka veeküttetorud, peavad olema varustatud kõverate (kompensaatoritega) silmuste kujul (joonis 9.6).

Homogeense keha ebaühtlase kuumenemise ajal võivad tekkida sisepinged. Näiteks võib klaaspudel või paksust klaasist klaas lõhkeda, kui neisse valada kuuma vett. Kõigepealt soojendatakse kuuma veega kokkupuutuvaid anuma sisemisi osi. Need laienevad ja avaldavad tugevat survet välistele külmadele osadele. Seetõttu võib anum hävida. Õhuke klaas ei purune kuuma vee valamisel, kuna selle sisemine ja välimine osa soojenevad võrdselt kiiresti.

Kvartsklaasil on väga madal lineaarse paisumise koefitsient. Selline klaas peab ilma pragunemiseta vastu ebaühtlasele kuumenemisele või jahutamisele. Näiteks võib külma vett valada punakuuma kvartsklaasist kolbi, samas kui tavaline klaaskolb puruneb sellise katse käigus.

Erinevaid materjale, mida perioodiliselt kuumutatakse ja jahutatakse, tuleks omavahel ühendada ainult siis, kui nende mõõtmed muutuvad temperatuurimuutustega samal viisil. See on eriti oluline suurte toodete puhul. Nii näiteks paisuvad raud ja betoon kuumutamisel ühtemoodi. Seetõttu on laialt levinud raudbetoon - terasvõresse valatud kivistunud betoonilahus - armatuur (joon. 9.7). Kui raud ja betoon paisuksid erinevalt, siis igapäevaste ja iga-aastaste temperatuurikõikumiste tulemusena variseks raudbetoonkonstruktsioon peagi kokku.

Veel paar näidet. Elektri- ja raadiolampide klaastorudesse joodetud metalljuhtmed on valmistatud sulamist (raud ja nikkel), millel on klaasiga sama paisumiskoefitsient, sest muidu praguneks klaas metalli kuumutamisel. Emailil, millega nõud on kaetud, ja metallil, millest need nõud on valmistatud, peab olema sama joonpaisumise koefitsient. Vastasel juhul läheb email lõhki, kui sellega kaetud nõusid kuumutada ja jahutada.

Märkimisväärseid jõude võib tekitada ka vedelik, kui seda kuumutatakse suletud anumas, mis ei lase vedelikul paisuda. Need jõud võivad viia vedelikku sisaldavate anumate hävimiseni. Seetõttu tuleb arvesse võtta ka seda vedeliku omadust. Näiteks veekütte torusüsteemid on alati varustatud paisupaagiga, mis on kinnitatud süsteemi ülaossa ja õhutatakse atmosfääri. Vee soojendamisel torusüsteemis liigub väike osa veest paisupaaki ja see välistab vee ja torude pingeseisundi. Samal põhjusel on õlijahutusega jõutrafo peal õlipaisupaak. Temperatuuri tõustes õlitase paagis tõuseb, õli jahtumisel langeb.

Vedeliku soojuspaisumine seisneb selles, et see võib temperatuuri muutudes oma mahtu muuta. Seda omadust iseloomustab mahupaisumise temperatuuritegur , mis tähistab vedeliku mahu suhtelist muutust temperatuuri muutumisel ühiku kohta (1 o C võrra) ja konstantsel rõhul:

Analoogiliselt vedeliku kokkusurutavuse omadusega võime kirjutada

või tiheduse kaudu

Mahu muutus koos temperatuuri muutumisega toimub tiheduse muutumise tõttu.

Enamiku vedelike puhul koefitsient  t väheneb rõhu suurenedes. Koefitsient  t aastast naftasaaduste tiheduse vähenemisega 920 enne 700 kg/m 3 suureneb alates 0,0006 enne 0,0008 ; hüdraulikavedelike jaoks  t tavaliselt võetakse temperatuurist sõltumatult. Nende vedelike puhul rõhu tõus atmosfäärirõhust kuni 60 MPa toob kaasa kasvu  t umbes 10 – 20 % . Samal ajal, mida kõrgem on töövedeliku temperatuur, seda suurem on tõus  t . Suureneva rõhuga veele temperatuuril kuni 50 umbes C  t kasvab ja kõrgemal temperatuuril 50 umbes C väheneb.

Gaaside lahustumine

Gaaside lahustumine - vedeliku võime absorbeerida (lahustada) sellega kokkupuutel gaase. Kõik vedelikud neelavad ja lahustavad teatud määral gaase. Seda omadust iseloomustab lahustuvuskoefitsient k R .

E Kui suletud anumas olev vedelik puutub kokku rõhu all oleva gaasiga P 1 , siis hakkab gaas vedelikus lahustuma. Mõne aja pärast

vedelik küllastub gaasiga ja rõhk anumas muutub. Lahustuvustegur seob rõhu muutuse anumas lahustunud gaasi mahu ja vedeliku mahuga järgmise seose abil

kus V G on lahustunud gaasi maht normaaltingimustes,

V ja on vedeliku maht,

P 1 ja P 2 on gaasi alg- ja lõpprõhk.

Lahustuvustegur sõltub vedeliku, gaasi tüübist ja temperatuurist.

Temperatuuril 20 ºС ja atmosfäärirõhk, sisaldab vesi umbes 1,6% lahustunud õhk mahu järgi ( k lk = 0,016 ). Temperatuuri tõusuga alates 0 enne 30 ºС õhu vees lahustuvuse koefitsient väheneb. Õhu lahustuvustegur õlides temperatuuril 20 ºС umbes 0,08 – 0,1 . Hapniku lahustuvus on suurem kui õhul, seega on vedelikus lahustunud õhu hapnikusisaldus ligikaudu 50% kõrgem kui atmosfääri. Kui rõhk langeb, eraldub vedelikust gaas. Gaaside eraldumise protsess kulgeb intensiivsemalt kui lahustumine.

Keetmine

Keemine on vedeliku võime muutuda gaasiliseks. Vastasel juhul nimetatakse seda vedelike omadust aurustumine .

Vedeliku saab keema ajada, tõstes temperatuuri väärtusteni, mis on kõrgemad kui antud rõhu keemispunkt, või alandades rõhku väärtuseni, mis on madalam kui küllastusauru rõhk. lk np vedelikud teatud temperatuuril. Mullide teket rõhu alandamisel küllastunud aururõhuni nimetatakse külmkeetmiseks.

Vedelikku, millest on eemaldatud selles lahustunud gaas, nimetatakse degaseeritud. Sellises vedelikus ei toimu keemist isegi temperatuuril, mis on kõrgem kui antud rõhu keemistemperatuur.