ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของของเหลว ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตร

15.07.2012
คุณสมบัติทางกายภาพของน้ำมันไฮดรอลิกและผลกระทบต่อประสิทธิภาพ

1. ความหนืด ลักษณะความหนืด-อุณหภูมิ
ความหนืดเป็นเกณฑ์ที่สำคัญที่สุดในการประเมินความสามารถในการบรรทุกของน้ำมันไฮดรอลิก ความหนืดแตกต่างด้วยตัวบ่งชี้ไดนามิกและจลนศาสตร์
น้ำมันหล่อลื่นอุตสาหกรรมและน้ำมันไฮดรอลิกจำแนกตาม ISOเกรดความหนืดโดยพิจารณาจากความหนืดจลนศาสตร์ ซึ่งจะอธิบายเป็นอัตราส่วนของความหนืดแบบไดนามิกต่อความหนาแน่น อุณหภูมิอ้างอิงคือ 40 °C หน่วยวัดอย่างเป็นทางการ ( เซนต์) สำหรับความหนืดจลนศาสตร์คือ m 2 /s และในอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมัน หน่วยของความหนืดจลนศาสตร์คือ cSt(centistokes) หรือ mm 2 /s การจำแนกความหนืด ISO, DIN 51519 สำหรับน้ำมันหล่อลื่นอุตสาหกรรมของเหลวอธิบายความหนืด 18 เกรด (คลาส) จาก 2 ถึง 1500 mm 2 / s ที่อุณหภูมิ 40 ° C แต่ละเกรดถูกกำหนดโดยความหนืดเฉลี่ยที่ 40 ° C และมีค่าความคลาดเคลื่อน ± 10% จากค่านี้ การพึ่งพาความหนืด-อุณหภูมิมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับน้ำมันไฮดรอลิก ความหนืดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิลดลงและลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ในทางปฏิบัติ ค่าความหนืดของของไหลตามธรณีประตู (ค่าความหนืดเริ่มต้นที่อนุญาต ประมาณ 800 - 2000 มม. 2 / วินาที) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับใช้กับปั๊มประเภทต่างๆ ความหนืดต่ำสุดที่อนุญาตได้ที่อุณหภูมิสูงนั้นพิจารณาจากการเริ่มต้นของเฟสแรงเสียดทานของขอบเขต ความหนืดขั้นต่ำไม่ควรต่ำกว่า 7-10 มม. 2 / วินาที เพื่อหลีกเลี่ยงการสึกหรอที่ยอมรับไม่ได้ของปั๊มและมอเตอร์ เส้นโค้งของกราฟความหนืด-อุณหภูมิอธิบายการพึ่งพาความหนืดของของไหลไฮดรอลิกกับอุณหภูมิ ในเงื่อนไขสาย วี-ที- เส้นโค้งไฮเปอร์โบลิก โดยการแปลงทางคณิตศาสตร์ เหล่านี้ วี - T- เส้นโค้งสามารถแสดงเป็นเส้นตรงได้ เส้นเหล่านี้ช่วยให้สามารถกำหนดความหนืดได้อย่างแม่นยำในช่วงอุณหภูมิกว้าง ดัชนีความหนืด (VI) เป็นเกณฑ์ วี - T- การพึ่งพาและ วี-ที- เส้นโค้ง - การไล่ระดับสีบนกราฟ ยิ่งค่า VI ของน้ำมันไฮดรอลิกสูงเท่าใด ความหนืดตามอุณหภูมิก็จะยิ่งเปลี่ยนแปลงน้อยลง กล่าวคือ ยิ่งมาก วี - T- เส้นโค้ง น้ำมันไฮดรอลิกที่อิงจากน้ำมันแร่มักจะมี IV ตามธรรมชาติที่ 95-100 น้ำมันไฮดรอลิกสังเคราะห์ที่มีเอสเทอร์มีค่า VI ที่ 140-180 และโพลิไกลคอลมี IV ตามธรรมชาติที่ 180-200 (รูปที่ 1)

ดัชนีความหนืดสามารถปรับปรุงได้ด้วยสารเติมแต่ง (สารเติมแต่งพอลิเมอร์ที่ต้องทนต่อแรงเฉือน) ที่เรียกว่าสารปรับปรุง VI หรือสารเติมแต่งความหนืด น้ำมันไฮดรอลิก VI สูงช่วยให้สตาร์ทง่าย ลดการสูญเสียประสิทธิภาพที่อุณหภูมิแวดล้อมต่ำ และปรับปรุงการป้องกันการซีลและการสึกหรอที่อุณหภูมิการทำงานสูง น้ำมันดัชนีสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบและยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบที่มีการสึกหรอ (ยิ่งความหนืดที่อุณหภูมิการทำงานสูงขึ้น อัตราส่วนปริมาตรก็จะยิ่งดีขึ้น)

2. ความหนืดขึ้นอยู่กับความดัน
ความจุแบริ่งของฟิล์มหล่อลื่นถูกกำหนดโดยการขึ้นกับความดันของความหนืดของสารหล่อลื่น ความหนืดไดนามิกของตัวกลางที่เป็นของเหลวจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันที่เพิ่มขึ้น ต่อไปนี้เป็นวิธีการควบคุมความหนืดไดนามิกกับแรงดันที่อุณหภูมิคงที่
การพึ่งพาความหนืดของแรงดัน กล่าวคือ ความหนืดที่เพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น ส่งผลดีต่อภาระจำเพาะ (เช่น บนตลับลูกปืน) เนื่องจากความหนืดของฟิล์มหล่อลื่นเพิ่มขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงดันบางส่วนที่สูงจาก 0 เป็น 2,000 ตู้เอทีเอ็ม ความหนืด HFCของเหลวเพิ่มขึ้นสองครั้ง, น้ำมันแร่ - 30 เท่า, in HFDของเหลว - 60 ครั้ง สิ่งนี้จะอธิบายอายุการใช้งานที่ค่อนข้างสั้นของตลับลูกปืนลูกกลิ้ง หากมีการหล่อลื่นโดยใช้ ( HFA, HFC) น้ำมันหล่อลื่นสูตรน้ำ ในรูป 2 และ 3 แสดงความหนืดเมื่อเทียบกับแรงดันสำหรับน้ำมันไฮดรอลิกชนิดต่างๆ

ลักษณะความหนืด-อุณหภูมิสามารถอธิบายได้ด้วยนิพจน์เลขชี้กำลัง:

η = η ο · อี α พี ,

โดยที่ η ο คือความหนืดไดนามิกที่ความดันบรรยากาศ α คือสัมประสิทธิ์ของการพึ่งพา "ความดันความหนืด" R-ความกดดัน. สำหรับ HFCα \u003d 3.5 10 -4 atm -1;
สำหรับ HFDα \u003d 2.2 10 -3 atm -1; สำหรับ HLPα \u003d 1.7 10 -3 atm -1

3. ความหนาแน่น
การสูญเสียของไหลไฮดรอลิกในท่อและในองค์ประกอบของระบบไฮดรอลิกเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความหนาแน่นของของไหล ตัวอย่างเช่น การสูญเสียแรงดันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความหนาแน่น:

Δ พี= (ρ/2) ξ กับ 2 ,

โดยที่ ρ คือความหนาแน่นของของเหลว ξ คือสัมประสิทธิ์การลาก กับคือ อัตราการไหลของของไหล และ Δ พี- การสูญเสียความดัน
ความหนาแน่น ρ คือมวลต่อหน่วยปริมาตรของของเหลว

ρ = เมตร/V(กก. / ม. 3)

วัดความหนาแน่นของของไหลไฮดรอลิกที่อุณหภูมิ 15 °C ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน เนื่องจากปริมาตรของของเหลวจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของของเหลวอันเป็นผลมาจากความร้อนจึงเกิดขึ้นตามสมการ

Δ วี=วีβ อุณหภูมิ Δ ตู่,

สิ่งที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น:

Δρ = ρ อัตรา β Δ ตู่.

ในสภาวะอุทกสถิตที่อุณหภูมิตั้งแต่ -5 ถึง +150 °C ก็เพียงพอแล้วที่จะใช้สูตรเชิงเส้นกับสมการข้างต้น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน βtemp ใช้ได้กับของเหลวไฮดรอลิกทุกประเภท

เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของน้ำมันแร่มีค่าประมาณ 7 x 10 -4 K -1 ปริมาตรของของไหลไฮดรอลิกจะเพิ่มขึ้น 0.7% หากอุณหภูมิสูงขึ้น 10 °C ในรูป 5 แสดงการพึ่งพาปริมาตรของของไหลไฮดรอลิกกับอุณหภูมิ

ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นและความดันของของไหลไฮดรอลิกควรรวมอยู่ในการประเมินอุทกสถิตด้วย เนื่องจากความสามารถในการอัดของของไหลส่งผลเสียต่อสมรรถนะไดนามิกของไหล สามารถอ่านค่าความหนาแน่นของความดันได้จากเส้นโค้งที่สอดคล้องกัน (รูปที่ 6)

4. การบีบอัด
ความสามารถในการอัดของของไหลไฮดรอลิกจากน้ำมันแร่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน ที่ความดันสูงถึง 400 atm และอุณหภูมิสูงถึง 70 °C ซึ่งเป็นขีดจำกัดสำหรับระบบอุตสาหกรรม ความสามารถในการอัดนั้นสัมพันธ์กับระบบ น้ำมันไฮดรอลิกที่ใช้ในระบบไฮดรอลิกส่วนใหญ่นั้นไม่สามารถบีบอัดได้ อย่างไรก็ตาม ที่ความดันตั้งแต่ 1,000 ถึง 10,000 atm สามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงในการอัดของตัวกลางได้ การบีบอัดแสดงโดยสัมประสิทธิ์ β หรือโมดูลัส เอ็ม(รูปที่ 7, เอ็ม = ถึง).

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

การเปลี่ยนแปลงปริมาตรสามารถกำหนดได้โดยใช้สมการ

Δ วี=วี · β( พีสูงสุด- Rจุดเริ่มต้น)

ที่ไหน Δ วี— การเปลี่ยนแปลงระดับเสียง Rสูงสุดคือแรงดันสูงสุด Rเริ่มต้น - ความดันเริ่มต้น

5. ความสามารถในการละลายของก๊าซ cavitation
อากาศและก๊าซอื่นๆ สามารถละลายในของเหลวได้ ของเหลวสามารถดูดซับก๊าซจนอิ่มตัว สิ่งนี้ไม่ควรส่งผลเสียต่อลักษณะของของเหลว ความสามารถในการละลายของก๊าซในของเหลวขึ้นอยู่กับองค์ประกอบพื้นฐานของประเภทของก๊าซ ความดัน และอุณหภูมิ ที่ความดันสูงถึง ≈300 atm ความสามารถในการละลายของก๊าซเป็นสัดส่วนกับความดันและเป็นไปตามกฎของเฮนรี่

วีก= วี เอฟα V ป/ป o ,

ที่ไหน วีGคือปริมาตรของก๊าซที่ละลายน้ำได้ วี F คือปริมาตรของของเหลว R o - ความกดอากาศ พี— แรงดันของเหลว α V คือสัมประสิทธิ์การกระจาย Bunsen (1.013 mbar, 20 °C)
ค่าสัมประสิทธิ์ Bunsen ขึ้นอยู่กับของเหลวพื้นฐานอย่างมาก และบ่งชี้ว่า (%) ของก๊าซที่ละลายในปริมาตรของเหลวหนึ่งหน่วยภายใต้สภาวะปกติ สามารถปล่อยก๊าซที่ละลายออกจากน้ำมันไฮดรอลิกได้ที่แรงดันสถิตต่ำ (อัตราการไหลสูงและแรงเฉือนสูง) จนกว่าจะถึงจุดอิ่มตัวใหม่ อัตราที่ก๊าซออกจากของเหลวมักจะเกินอัตราที่ก๊าซถูกดูดซึมเข้าสู่ของเหลว ก๊าซที่ไหลออกจากของเหลวในรูปของฟองอากาศจะเปลี่ยนความสามารถในการอัดของของเหลวในลักษณะที่คล้ายกับฟองอากาศ แม้แต่ที่แรงดันต่ำ อากาศจำนวนเล็กน้อยก็สามารถลดแรงอัดของของไหลลงได้อย่างมาก ในระบบเคลื่อนที่ที่มีอัตราการหมุนเวียนของเหลวสูง เนื้อหาของอากาศที่ไม่ละลายน้ำสามารถเข้าถึงค่าได้ถึง 5% อากาศที่ไม่ละลายน้ำนี้มีผลกระทบในทางลบอย่างมากต่อประสิทธิภาพ ความสามารถในการรับน้ำหนัก และการเปลี่ยนแปลงของระบบ (ดูหัวข้อ 6 - การขจัดอากาศและส่วนที่ 7 - การเกิดฟอง) เนื่องจากความสามารถในการอัดของของไหลในระบบมักจะเร็วมาก ฟองอากาศจึงสามารถไปถึงอุณหภูมิสูงได้ในทันใด (การอัดแบบอะเดียแบติก) ในกรณีร้ายแรง สามารถไปถึงจุดวาบไฟของของเหลวและเกิดผลกระทบของไมโครดีเซลได้
ฟองแก๊สสามารถระเบิดได้ในปั๊มอันเป็นผลมาจากการอัด ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายเนื่องจากการกัดเซาะ (บางครั้งเรียกว่าคาวิเทชั่นหรือคาวิเทชั่นหลอก) สถานการณ์อาจรุนแรงขึ้นได้หากเกิดฟองไอระเหยในของเหลว ดังนั้นการเกิดโพรงอากาศจะเกิดขึ้นเมื่อความดันตกต่ำกว่าความสามารถในการละลายของก๊าซหรือต่ำกว่าความดันไออิ่มตัวของของเหลว
คาวิเทชั่นส่วนใหญ่เกิดขึ้นในระบบเปิดที่มีปริมาตรคงที่ กล่าวคือ อันตรายของปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับวงจรทางเข้าและทางออกและปั๊ม อาจเกิดจากแรงดันสัมบูรณ์ที่ต่ำเกินไปเนื่องจากการสูญเสียความเร็วการไหลในส่วนตัดขวางที่แคบ ตัวกรอง ท่อร่วม และแดมเปอร์ เนื่องจากส่วนหัวขาเข้ามากเกินไปหรือการสูญเสียแรงดันเนื่องจากความหนืดของของเหลวมากเกินไป การเกิดโพรงอากาศอาจนำไปสู่การสึกกร่อนของปั๊ม ประสิทธิภาพลดลง แรงดันสูงสุด และเสียงที่มากเกินไป
ปรากฏการณ์นี้อาจส่งผลเสียต่อความเสถียรของตัวควบคุมการควบคุมปริมาณและทำให้เกิดฟองในภาชนะ ถ้าส่วนผสมของเหลวกับน้ำถูกส่งคืนไปยังภาชนะที่ความดันบรรยากาศ

6. การกำจัดอากาศ
เมื่อของเหลวไฮดรอลิกกลับคืนสู่แหล่งกักเก็บ การไหลของของไหลจะสามารถดึงอากาศเข้าไปได้ สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากการรั่วไหลในท่อเมื่อเกิดการหดตัวและสุญญากาศบางส่วน ความปั่นป่วนในถังหรือคาวิเทชั่นเฉพาะที่บ่งบอกถึงการก่อตัวของฟองอากาศในของเหลว
อากาศที่ขังในลักษณะนี้จะต้องหลบหนีไปยังพื้นผิวของของเหลว มิฉะนั้น หากเข้าสู่ปั๊ม อาจทำให้ส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบเสียหายได้ อัตราที่ฟองอากาศลอยขึ้นสู่พื้นผิวขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของฟองอากาศ ความหนืดของของเหลว และความหนาแน่นและคุณภาพของน้ำมันพื้นฐาน ยิ่งคุณภาพและความบริสุทธิ์ของน้ำมันพื้นฐานสูงเท่าใด การขจัดอากาศก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น น้ำมันที่มีความหนืดต่ำโดยทั่วไปจะคายอากาศได้เร็วกว่าน้ำมันพื้นฐานที่มีความหนืดสูง สิ่งนี้สัมพันธ์กับอัตราการเพิ่มฟอง

ค = (ρ FL -ρ L )Χ/η,

ที่ไหน ρ FLคือความหนาแน่นของของเหลว พี หลี่— ความหนาแน่นของอากาศ ηคือความหนืดไดนามิก X เป็นค่าคงที่ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและความหนืดของของเหลว
ระบบต้องได้รับการออกแบบในลักษณะที่อากาศไม่เข้าสู่ของเหลว และหากเป็นเช่นนั้น ฟองอากาศที่กักขังสามารถหลบหนีได้อย่างง่ายดาย พื้นที่ที่สำคัญคือถังซึ่งต้องติดตั้งแผ่นกั้นและแผ่นกั้น และโครงร่างของท่อและวงจร สารเติมแต่งไม่สามารถส่งผลดีต่อคุณสมบัติการปลดปล่อยอากาศของของไหลไฮดรอลิก สารลดแรงตึงผิว (โดยเฉพาะสารต่อต้านโฟมที่มีส่วนผสมเป็นซิลิโคน) และสารปนเปื้อน (เช่น จาระบีและสารยับยั้งการกัดกร่อน) ส่งผลเสียต่อลักษณะการปล่อยอากาศของน้ำมันไฮดรอลิก น้ำมันแร่โดยทั่วไปมีคุณสมบัติในการปลดปล่อยอากาศได้ดีกว่าของเหลวที่ทนไฟ คุณสมบัติการปล่อยอากาศ HPLDน้ำมันไฮดรอลิกเปรียบได้กับคุณสมบัติของน้ำมันไฮดรอลิก HLP.
การทดสอบเพื่อกำหนดคุณสมบัติการปลดปล่อยอากาศได้อธิบายไว้ในมาตรฐาน DIN 51 381. วิธีนี้ประกอบด้วยการบังคับอากาศเข้าไปในน้ำมัน หมายเลขการเติมอากาศคือเวลาที่อากาศ (ลบ 0.2%) ทิ้งให้ของเหลวอยู่ที่ 50°C ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด
สัดส่วนของอากาศที่กระจายตัวถูกกำหนดโดยการวัดความหนาแน่นของส่วนผสมของน้ำมันและอากาศ

7. การเกิดฟอง
การเกิดฟองที่พื้นผิวเกิดขึ้นเมื่ออัตราการขจัดอากาศสูงกว่าอัตราที่ฟองอากาศระเบิดบนพื้นผิวของของเหลว กล่าวคือ เมื่อมีฟองอากาศเกิดขึ้นมากกว่ายุบตัว ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด โฟมนี้สามารถบีบออกจากถังผ่านรูหรือขนเข้าไปในปั๊มได้ สารต่อต้านโฟมที่มีซิลิโคนหรือปราศจากซิลิโคนสามารถเร่งการสลายตัวของฟองอากาศได้โดยการลดแรงตึงผิวของโฟม นอกจากนี้ยังส่งผลเสียต่อคุณสมบัติการปลดปล่อยอากาศของของเหลว ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาการอัดตัวและการเกิดโพรงอากาศ ดังนั้นสารต้านโฟมจึงถูกใช้ในระดับความเข้มข้นต่ำมาก (≈ 0.001%) ความเข้มข้นของสารต้านฟองจะลดลงเรื่อยๆ อันเป็นผลมาจากอายุและการสะสมตัวบนพื้นผิวโลหะ และปัญหาการเกิดฟองมักเกิดขึ้นเมื่อใช้ของไหลเก่าที่ใช้งานได้ การเติมสารต้านโฟมในภายหลังควรทำหลังจากปรึกษากับผู้ผลิตน้ำมันไฮดรอลิกแล้วเท่านั้น
ปริมาตรของโฟมที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของของเหลวจะวัดตามเวลา (ทันทีหลังจาก 10 นาที) และที่อุณหภูมิต่างกัน (25 และ 95 °C) สารลดแรงตึงผิว สารซักฟอกหรือสารช่วยกระจายตัว สารปนเปื้อนในรูปของจาระบี สารยับยั้งการกัดกร่อน สารทำความสะอาด สารหล่อเย็น ผลพลอยได้จากการออกซิเดชัน ฯลฯ อาจส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของสารเติมแต่งต้านฟอง

8. Demulsification
Demulsibility คือความสามารถของของไหลไฮดรอลิกในการขับไล่น้ำที่แทรกซึม น้ำสามารถเข้าสู่ของเหลวไฮดรอลิกได้อันเป็นผลมาจากการรั่วไหลของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน การควบแน่นในอ่างเก็บน้ำเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำมันที่สำคัญ การกรองไม่ดี การปนเปื้อนของน้ำเนื่องจากความล้มเหลวของซีล และสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง น้ำในน้ำมันไฮดรอลิกสามารถทำให้เกิดการกัดกร่อน การเกิดโพรงในปั๊ม แรงเสียดทานและการสึกหรอที่เพิ่มขึ้น และการเสื่อมสภาพของอีลาสโตเมอร์และพลาสติกอย่างรวดเร็ว ควรถอดน้ำเปล่าออกจากภาชนะบรรจุของเหลวไฮดรอลิกโดยเร็วที่สุดผ่านทางท่อระบาย การปนเปื้อนด้วยสารหล่อเย็นที่ละลายน้ำได้ โดยเฉพาะบนเครื่องจักร อาจทำให้เกิดคราบเหนียวหลังจากน้ำระเหย ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหากับปั๊ม วาล์ว และกระบอกสูบได้ น้ำมันไฮดรอลิกต้องขับไล่น้ำที่ทะลุเข้าไปอย่างรวดเร็วและสมบูรณ์ Demulsification ถูกกำหนดโดย DIN 51 599 แต่วิธีนี้ใช้ไม่ได้กับของไหลไฮดรอลิกที่มีสารช่วยกระจายตัวของผงซักฟอก ( DD) สารเติมแต่ง Demulsification เป็นเวลาที่ใช้ในการแยกส่วนผสมของน้ำมันและน้ำ พารามิเตอร์การแยกส่วนคือ:
. ความหนืดสูงถึง 95 mm 2 /s ที่ 40 °C; อุณหภูมิทดสอบ 54 °C;
. ความหนืด > 95 mm 2 /s; อุณหภูมิ 82 องศาเซลเซียส
ในน้ำมันไฮดรอลิกที่ประกอบด้วย DDสารเติมแต่ง น้ำ ของเหลวและสารปนเปื้อนที่เป็นของแข็งถูกระงับ สามารถถอดออกได้ด้วยระบบกรองที่เหมาะสมโดยไม่ต้องใช้ฟังก์ชันไฮดรอลิกของเครื่องจักร ซึ่งช่วยขจัดผลกระทบด้านลบต่อน้ำมันไฮดรอลิก นั่นเป็นเหตุผลที่ DDน้ำมันไฮดรอลิกมักใช้ในเครื่องมือเครื่องไฮโดรสแตติกและระบบไฮดรอลิกเคลื่อนที่
สำหรับเครื่องจักรที่มีอัตราการหมุนเวียนสูง ซึ่งต้องการความพร้อมใช้งานอย่างต่อเนื่องและต้องสัมผัสกับน้ำและสารปนเปื้อนอื่นๆ อย่างถาวร การใช้น้ำมันทำความสะอาดไฮดรอลิกเป็นพื้นที่หลัก น้ำมันไฮดรอลิกที่มีคุณสมบัติในการแยกตัวเป็นตัวทำละลายแนะนำให้ใช้ในโรงผลิตเหล็กและร้านรีด ซึ่งมีน้ำปริมาณมาก และอัตราส่วนการหมุนเวียนต่ำทำให้สามารถแยกอิมัลชันในถังได้ สมบัติการแยกตัวออกจากน้ำในรูปแบบดัดแปลงใช้เพื่อกำหนดความเข้ากันได้ของอุปกรณ์กับน้ำมันไฮดรอลิก การเสื่อมสภาพของน้ำมันไฮดรอลิกส่งผลเสียต่อคุณสมบัติการแยกตัวเป็นอิมัลชัน

9. จุดเท
จุดไหลคืออุณหภูมิต่ำสุดที่ของเหลวยังคงเป็นของเหลว ตัวอย่างของเหลวจะถูกทำให้เย็นลงอย่างเป็นระบบและทดสอบความลื่นไหล โดยมีอุณหภูมิลดลงทุกๆ 3 °C พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น จุดเทและการจำกัดความหนืดจะกำหนดอุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถใช้น้ำมันได้ตามปกติ

10. การกัดกร่อนของทองแดง (การทดสอบแผ่นทองแดง)
วัสดุที่ประกอบด้วยทองแดงและทองแดงมักใช้ในระบบไฮดรอลิก วัสดุต่างๆ เช่น ทองเหลือง ทองแดงหล่อ หรือทองแดงเผาจะพบได้ในตลับลูกปืน ไกด์หรือตัวควบคุม ตัวเลื่อน ปั๊มไฮดรอลิก และมอเตอร์ ท่อทองแดงใช้ในระบบทำความเย็น การกัดกร่อนของทองแดงสามารถนำไปสู่ความล้มเหลวของระบบไฮดรอลิกทั้งหมด ดังนั้นจึงทำการทดสอบการกัดกร่อนของแผ่นทองแดงเพื่อให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับการกัดกร่อนของของเหลวพื้นฐานและสารเติมแต่งของวัสดุที่มีทองแดง วิธีการทดสอบการกัดกร่อนของของไหลไฮดรอลิกที่มีแร่ธาตุ เช่น ของเหลวที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพกับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กเรียกว่าวิธีลินเด้ (วิธีทดสอบคัดเลือกสำหรับการทดสอบน้ำมันที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสำหรับการกัดกร่อนต่อโลหะผสมทองแดง) ( SAE Technical Bulletin 981 516 เมษายน 1998) หรือที่เรียกว่า VDMA 24570 (VDMA 24570 - ของไหลไฮดรอลิกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพอย่างรวดเร็ว - การกระทำกับโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก 03-1999 ในภาษาเยอรมัน)
ตามมาตรฐาน DIN 51 759 การกัดกร่อนบนแผ่นทองแดงสามารถแสดงออกได้ในรูปของการเปลี่ยนสีหรือผลัด แผ่นทองแดงเจียรถูกแช่ในของเหลวเพื่อทดสอบตามเวลาที่กำหนดที่อุณหภูมิที่กำหนด น้ำมันไฮดรอลิกและน้ำมันหล่อลื่นมักจะผ่านการทดสอบที่ 100 °C ระดับของการกัดกร่อนได้รับการประเมินเป็นคะแนน:
1 - เปลี่ยนสีเล็กน้อย
2 - การเปลี่ยนสีปานกลาง;
3 - การเปลี่ยนสีที่แข็งแกร่ง
4 - การกัดกร่อน (มืดลง)

11. ปริมาณน้ำ (วิธี Karl Fischer)
หากน้ำเข้าสู่ระบบไฮดรอลิกมีการกระจายอย่างประณีตบางส่วนจนถึงระดับที่แทรกซึมเข้าสู่เฟสน้ำมัน ดังนั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของไหลไฮดรอลิก น้ำอาจถูกปล่อยออกจากเฟสน้ำมันด้วย ความเป็นไปได้นี้จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อทำการสุ่มตัวอย่างเพื่อกำหนดปริมาณน้ำ
การกำหนดปริมาณน้ำในหน่วยมก./กก. (มวล) ตามวิธี Karl Fischer เกี่ยวข้องกับการแนะนำสารละลาย Karl Fischer ในการไทเทรตทางตรงหรือทางอ้อม

12. ความต้านทานต่อความชรา (วิธี Baader)
นี่เป็นความพยายามที่จะจำลองการศึกษาผลกระทบของอากาศ อุณหภูมิ และออกซิเจนต่อของเหลวไฮดรอลิกในห้องปฏิบัติการ มีความพยายามในการเร่งการเสื่อมสภาพของน้ำมันไฮดรอลิกโดยการเพิ่มอุณหภูมิให้สูงกว่าระดับการใช้งานจริง เช่นเดียวกับระดับออกซิเจนเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ การเพิ่มความหนืดและการเพิ่มจำนวนกรด (กรดอิสระ) จะถูกบันทึกและประเมิน ผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการจะถูกแปลเป็นเงื่อนไขการใช้งานจริง วิธีการของ Baader เป็นวิธีการทดสอบน้ำมันไฮดรอลิกและน้ำมันหล่อลื่นสำหรับอายุที่ใช้งานได้จริง
สำหรับระยะเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ตัวอย่างจะถูกบ่มที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของกระแสอากาศในขณะที่จุ่มคอยล์ทองแดงลงในน้ำมันเป็นระยะ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน ตาม DIN 51 554-3 C, CLและ CLPของเหลวและ HL, HLP, NMน้ำมันไฮดรอลิกได้รับการทดสอบความเสถียรต่อออกซิเดชันที่อุณหภูมิ 95 °C เลขสะพอนิฟิเคชั่นแสดงเป็น mg KOH/g

13. ความต้านทานต่อความชรา (วิธี TOST)
ความเสถียรต่อการเกิดออกซิเดชันของน้ำมันเทอร์ไบน์ไอน้ำและน้ำมันไฮดรอลิกที่มีสารเติมแต่งถูกกำหนดตาม DIN 51 587 วิธี TOSTมีการใช้มาหลายปีเพื่อทดสอบน้ำมันเทอร์ไบน์และน้ำมันไฮดรอลิกจากน้ำมันแร่ ดัดแปลง (ไม่มีน้ำ) แห้ง TOSTวิธีนี้ใช้เพื่อกำหนดความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของน้ำมันไฮดรอลิกตามเอสเทอร์
การเสื่อมสภาพของน้ำมันหล่อลื่นมีลักษณะเฉพาะด้วยจำนวนกรดที่เพิ่มขึ้นเมื่อน้ำมันสัมผัสกับออกซิเจน น้ำ เหล็ก และทองแดงเป็นเวลาสูงสุด 1000 ชั่วโมงที่ 95°C (เส้นโค้งการทำให้เป็นกลางตามอายุ) จำนวนกรดที่เพิ่มขึ้นสูงสุดที่อนุญาตคือ 2 มก. KOH / g หลังจาก 1,000 ชั่วโมง

14. เลขกรด (เลขทำให้เป็นกลาง)
จำนวนกรดของน้ำมันไฮดรอลิกเพิ่มขึ้นตามอายุ ความร้อนสูงเกินไป หรือการเกิดออกซิเดชัน ผลิตภัณฑ์ที่มีอายุมากขึ้นสามารถทำหน้าที่ในเชิงรุกกับปั๊มและตลับลูกปืนของระบบไฮดรอลิก ดังนั้นจำนวนกรดจึงเป็นเกณฑ์สำคัญในการประเมินสภาพของของไหลไฮดรอลิก
เลขกรดระบุปริมาณของสารที่เป็นกรดหรือด่างในน้ำมันหล่อลื่น กรดในน้ำมันแร่สามารถโจมตีวัสดุก่อสร้างระบบไฮดรอลิก ปริมาณกรดสูงเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา เนื่องจากเป็นไปได้เนื่องจากเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน

15. ป้องกันคุณสมบัติต้านออกซิเดชันที่สัมพันธ์กับเหล็ก / โลหะเหล็ก
คุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระของน้ำมันเทอร์ไบน์และน้ำมันไฮดรอลิกที่มีสารเติมแต่งที่เกี่ยวข้องกับเหล็ก / โลหะเหล็กถูกกำหนดตามมาตรฐาน DIN 51 585.
น้ำมันไฮดรอลิกมักประกอบด้วยน้ำที่กระจัดกระจาย ละลาย หรือไม่มีน้ำ ดังนั้นน้ำมันไฮดรอลิกต้องให้การป้องกันการกัดกร่อนกับส่วนประกอบที่เปียกทั้งหมดภายใต้สภาวะการทำงานทั้งหมด รวมถึงการปนเปื้อนในน้ำ วิธีทดสอบนี้จะกำหนดประสิทธิภาพของสารป้องกันการกัดกร่อนภายใต้สภาวะการทำงานที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่ง
น้ำมันที่จะทดสอบผสมกับน้ำกลั่น (วิธี A) หรือน้ำทะเลเทียม (วิธี B) โดยกวนอย่างต่อเนื่อง (เป็นเวลา 24 ชั่วโมงที่ 60 °C) ด้วยแท่งเหล็กจุ่มลงในส่วนผสม หลังจากตรวจสอบการสึกกร่อนของแท่งเหล็กแล้ว ผลลัพธ์ทำให้สามารถประเมินคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนของน้ำมันที่สัมพันธ์กับส่วนประกอบเหล็กเมื่อสัมผัสกับน้ำหรือไอน้ำ:
ระดับการกัดกร่อน 0 หมายถึงไม่มีการกัดกร่อน
เกรด 1 - การกัดกร่อนเล็กน้อย
ระดับ 2 - การกัดกร่อนปานกลาง
ระดับ 3 - การกัดกร่อนอย่างรุนแรง

16. คุณสมบัติป้องกันการสึกหรอ (เครื่องสี่ลูก เปลือก; VKA, DIN 51350)
อุปกรณ์โฟร์บอลของบริษัท เปลือกใช้สำหรับวัดคุณสมบัติต้านการสึกหรอและแรงดันสูงสุดของน้ำมันไฮดรอลิก ความจุแบริ่งของของไหลไฮดรอลิกได้รับการทดสอบภายใต้สภาวะแรงเสียดทานของขอบเขต วิธีนี้ใช้เพื่อกำหนดค่าน้ำมันหล่อลื่นที่มีสารเติมแต่งที่ทนต่อแรงดันสูงภายใต้สภาวะแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวเลื่อน น้ำมันหล่อลื่นได้รับการทดสอบในอุปกรณ์สี่ลูก ซึ่งประกอบด้วยลูกหมุนหนึ่งลูก (ตรงกลาง) และลูกคงที่สามลูกเรียงกันเป็นวงแหวน ภายใต้สภาวะการทดสอบที่คงที่และในระยะเวลาที่กำหนด ให้วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นปะสัมผัสบนลูกนิ่งสามลูกหรือโหลดของลูกหมุน ซึ่งอาจเพิ่มขึ้นก่อนเชื่อมกับลูกอีกสามลูกที่เหลือ

17. ความคงตัวของแรงเฉือนของน้ำมันหล่อลื่นที่มีพอลิเมอร์
เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติความหนืด-อุณหภูมิ โพลีเมอร์จะถูกนำเข้าสู่น้ำมันหล่อลื่น ซึ่งใช้เป็นสารเติมแต่งที่ช่วยปรับปรุงดัชนีความหนืด เมื่อน้ำหนักโมเลกุลเพิ่มขึ้น สารเหล่านี้จะไวต่อแรงกดทางกลมากขึ้นเรื่อยๆ เช่น สารที่อยู่ระหว่างลูกสูบกับกระบอกสูบ ในการประเมินความคงตัวในการรับแรงเฉือนของน้ำมันภายใต้สภาวะต่างๆ มีวิธีทดสอบหลายวิธี:
DIN 5350-6 วิธีสี่ลูก DIN 5354-3,FZGวิธีการและ DIN 51 382 ​​วิธีฉีดเชื้อเพลิงดีเซล
การลดความหนืดสัมพัทธ์อันเนื่องมาจากแรงเฉือนหลังจากการทดสอบ 20 ชั่วโมง DIN 5350-6 (การกำหนดความคงตัวของแรงเฉือนของน้ำมันหล่อลื่นที่มีพอลิเมอร์ที่ใช้สำหรับแบริ่งลูกกลิ้งเรียว) ถูกนำไปใช้ตาม DIN 51 524-3 (2549); แนะนำให้ลดความหนืดเฉือนน้อยกว่า 15%

18. การทดสอบทางกลของของไหลไฮดรอลิกในปั๊มใบพัดหมุน ( DIN 51 389-2)
การทดสอบปั๊มและปั๊ม Vickers จากผู้ผลิตรายอื่นช่วยให้สามารถประเมินประสิทธิภาพของน้ำมันไฮดรอลิกได้จริง อย่างไรก็ตาม วิธีการทดสอบทางเลือกกำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนา (โดยเฉพาะโครงการ DGMK 514 - การทดสอบทางกลของของไหลไฮดรอลิก)
วิธี Vickers ใช้เพื่อกำหนดคุณสมบัติป้องกันการสึกหรอของของไหลไฮดรอลิกในปั๊มใบพัดหมุนที่อุณหภูมิและแรงดันที่กำหนด (140 atm, 250 h ความหนืดของของไหลในการทำงานที่ 13 mm 2 /s ที่อุณหภูมิต่างกัน) เมื่อสิ้นสุดการทดสอบ แหวนและปีกจะถูกตรวจสอบการสึกหรอ ( วิคเกอร์ วี-104จาก 10 หรือ วิคเกอร์ วี-105จากสิบ). ค่าการสึกหรอสูงสุดที่อนุญาต:< 120 мг для кольца и < 30 мг для крыльев.

19. คุณสมบัติป้องกันการสึกหรอ (ทดสอบกับเกียร์ FZGยืน; DIN 534-1และ-2)
น้ำมันไฮดรอลิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกรดความหนืดสูง ใช้เป็นน้ำมันไฮดรอลิกและน้ำมันหล่อลื่นในระบบผสม ความหนืดแบบไดนามิกเป็นปัจจัยหลักในประสิทธิภาพการป้องกันการสึกหรอในการหล่อลื่นแบบไฮโดรไดนามิก ที่ความเร็วการเลื่อนต่ำหรือแรงดันสูงภายใต้สภาวะเสียดทานขอบเขต คุณสมบัติต้านการสึกหรอของของไหลขึ้นอยู่กับสารเติมแต่งที่ใช้ (การก่อตัวของชั้นปฏิกิริยา) เงื่อนไขขอบเขตเหล่านี้จะทำซ้ำเมื่อทดสอบสำหรับ FZGยืน.
วิธีนี้ใช้เป็นหลักในการกำหนดคุณสมบัติขอบเขตของสารหล่อลื่น เกียร์บางตัวที่หมุนด้วยความเร็วที่กำหนดจะได้รับการหล่อลื่นโดยการกระเซ็นหรือฉีดน้ำมัน ซึ่งอุณหภูมิเริ่มต้นจะถูกบันทึกไว้ ภาระของรากฟันจะเพิ่มขึ้นตามขั้นตอนและบันทึกลักษณะของลักษณะของรากฟัน ขั้นตอนนี้ทำซ้ำจนกระทั่งถึงขั้นตอนการโหลดที่ 12 สุดท้าย: แรงดันเฮิรตเซียนที่ระยะโหลดที่ 10 ในแถบการหมั้นคือ 1539 N/mm2; ที่ด่าน 11 - 1,691 N / mm 2; ในขั้นตอนที่ 12 - 1,841 N / mm 2 อุณหภูมิเริ่มต้นที่ขั้นตอนที่ 4 คือ 90 °C ความเร็วรอบข้างคือ 8.3 m/s ไม่ได้กำหนดขีดจำกัดของอุณหภูมิ ใช้เรขาคณิตของเกียร์
ระยะโหลดของความล้มเหลวถูกกำหนดโดย DIN 51 524-2. เพื่อผลลัพธ์ที่ดีจะต้องเป็นขั้นตอนที่ 10 เป็นอย่างน้อย น้ำมันไฮดรอลิกที่ตรงตามข้อกำหนด ISO VG 46 ซึ่งไม่มีสารป้องกันการสึกหรอ มักจะถึงระยะโหลด 6 (≈ 929 N/mm 2) ของเหลวไฮดรอลิกที่มีสังกะสีมักจะถึงขั้นโหลดอย่างน้อย 10-11 ก่อนเกิดความล้มเหลว ปราศจากสังกะสีที่เรียกว่า ZAFน้ำมันไฮดรอลิกสามารถทนต่อโหลดขั้นที่ 12 หรือสูงกว่าได้

โรมัน มาสลอฟ
อ้างอิงจากสื่อสิ่งพิมพ์ต่างประเทศ

เช่นเดียวกับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น เราสามารถป้อนและใช้ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวของปริมาตร ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของร่างกายเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เป็นที่ประจักษ์แล้วว่าการเพิ่มขึ้นของปริมาตรในกรณีนี้ถือได้ว่าเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ หากไม่เปลี่ยนแปลงในปริมาณมาก ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรสามารถกำหนดได้หลายวิธีโดยไม่มีการกำหนดแบบใดแบบหนึ่ง สัญกรณ์ที่ใช้บ่อย:

คำนิยาม

ให้เราแสดงปริมาตรของร่างกายที่อุณหภูมิเริ่มต้น (t) เป็น V ปริมาตรของร่างกายที่อุณหภูมิสุดท้ายเป็น ปริมาตรของร่างกายที่อุณหภูมิเป็น แล้ว ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรกำหนดในรูปแบบของสูตร:

ของแข็งและของเหลวเพิ่มปริมาตรตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย ดังนั้นสิ่งที่เรียกว่า "ปริมาตรปกติ" () ที่อุณหภูมิไม่แตกต่างจากปริมาตรที่อุณหภูมิต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นในนิพจน์ (1) จึงถูกแทนที่ด้วย V และปรากฎว่า:

ควรสังเกตว่าสำหรับก๊าซ การขยายตัวทางความร้อนจะแตกต่างกัน และการเปลี่ยนปริมาตร "ปกติ" ด้วย V ทำได้เฉพาะช่วงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรและปริมาตรของร่างกาย

เมื่อใช้สัมประสิทธิ์การขยายปริมาตร คุณสามารถเขียนสูตรที่ช่วยให้คุณคำนวณปริมาตรของวัตถุได้ หากทราบปริมาตรเริ่มต้นและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ:

ที่ไหน . นิพจน์ () เรียกว่าทวินามการขยายปริมาตร

การขยายตัวทางความร้อนของร่างกายที่เป็นของแข็งนั้นสัมพันธ์กับความไม่สอดคล้องกันของการสั่นสะเทือนทางความร้อนของอนุภาคที่ประกอบเป็นโครงผลึกของตัวกล้อง อันเป็นผลมาจากการสั่นเหล่านี้เมื่ออุณหภูมิของร่างกายเพิ่มขึ้นระยะห่างระหว่างอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียงของร่างกายนี้จะเพิ่มขึ้น

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรและความหนาแน่นของสาร

หากมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของร่างกายด้วยมวลคงที่สิ่งนี้จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของสาร:

โดยที่ความหนาแน่นเริ่มต้นคือความหนาแน่นของสารที่อุณหภูมิใหม่ เนื่องจากค่า นิพจน์ (4) บางครั้งจึงเขียนเป็น:

สูตร (3)-(5) สามารถใช้ได้เมื่อร่างกายได้รับความร้อนและเมื่อเย็นลง

ความสัมพันธ์ระหว่างค่าสัมประสิทธิ์เชิงปริมาตรและเชิงเส้นของการขยายตัวทางความร้อน

หน่วย

หน่วยพื้นฐานของการวัดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนในระบบ SI คือ:

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 1

ออกกำลังกาย	ความดันบารอมิเตอร์ของปรอทซึ่งอยู่ในห้องแสดงว่าอุณหภูมิในห้องคงที่และเท่ากับ t = 37 o C หรือไม่ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของปรอทเท่ากับ การขยายตัวของแก้วอาจมองข้ามไป
วิธีการแก้	ปริมาตรของปรอทจริงในบารอมิเตอร์จะเป็นค่า V ซึ่งสามารถพบได้ตามนิพจน์: ปริมาตรของปรอทที่ความดันบรรยากาศปกติอยู่ที่ใด และอุณหภูมิ เนื่องจากอุณหภูมิในห้องไม่เปลี่ยนแปลง คุณสามารถใช้กฎหมาย Boyle-Mariotte และเขียนว่า: มาดูการคำนวณกัน:
ตอบ	ปะ

ตัวอย่าง 2

ออกกำลังกาย

อะไรคือความแตกต่างของระดับของเหลวในท่อสื่อสารที่เหมือนกันสองท่อ ถ้าหลอดด้านซ้ายมีอุณหภูมิคงที่และหัวหลอดด้านขวา =="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="18" width="66" style="vertical-align: -4px;">). Высота жидкости в левой трубке равна (рис.1). Коэффициент объемного расширения жидкости равен . Расширение стекла моно не учитывать.!}

พันธะระหว่างอนุภาคของเหลวอย่างที่เราทราบนั้นอ่อนแอกว่าระหว่างโมเลกุลในของแข็ง ดังนั้นจึงควรคาดว่าของเหลวจะขยายตัวได้ดีกว่าของแข็งภายใต้ความร้อนเดียวกัน สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากประสบการณ์อย่างแน่นอน

เติมขวดที่มีคอแคบและยาวด้วยของเหลวสี (น้ำหรือน้ำมันก๊าดที่ดีกว่า) ถึงครึ่งคอและทำเครื่องหมายระดับของเหลวด้วยวงแหวนยาง หลังจากนั้นให้ลดขวดลงในภาชนะที่มีน้ำร้อน ขั้นแรกจะเห็นการลดลงของระดับของเหลวในคอขวดและจากนั้นระดับจะเริ่มขึ้นและสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเหนือระดับเริ่มต้น นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในตอนแรกภาชนะถูกทำให้ร้อนและปริมาตรเพิ่มขึ้น ทำให้ระดับของเหลวลดลง จากนั้นของเหลวจะถูกทำให้ร้อน การขยายไม่เพียงเติมปริมาตรที่เพิ่มขึ้นของเรือ แต่ยังเกินปริมาตรนี้อย่างมาก ดังนั้นของเหลวจึงขยายตัวได้ดีกว่าของแข็ง

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงปริมาตรของของเหลวมีค่ามากกว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของของแข็ง พวกเขาสามารถเข้าถึงค่า 10 -3 K -1 .

ไม่สามารถให้ความร้อนของเหลวได้หากไม่ให้ความร้อนกับภาชนะที่ตั้งอยู่ ดังนั้นเราจึงไม่สามารถสังเกตการขยายตัวที่แท้จริงของของเหลวในภาชนะได้ เนื่องจากการขยายตัวของภาชนะนั้นประเมินการเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดในปริมาตรของของเหลว อย่างไรก็ตาม ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของแก้วและของแข็งอื่นๆ มักจะน้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของของเหลว และด้วยการวัดที่ไม่แม่นยำมากนัก การเพิ่มปริมาตรของภาชนะอาจถูกละเลย

คุณสมบัติการขยายน้ำ

ของเหลวที่พบมากที่สุดบนโลก - น้ำ - มีคุณสมบัติพิเศษที่แตกต่างจากของเหลวอื่น ๆ ในน้ำเมื่อถูกความร้อนจาก 0 ถึง 4 ° C ปริมาตรจะไม่เพิ่มขึ้น แต่ลดลง ตั้งแต่ 4 °C เท่านั้น ปริมาณน้ำจะเริ่มเพิ่มขึ้นเมื่อถูกความร้อน ที่อุณหภูมิ 4°C ปริมาณน้ำจึงน้อยที่สุดและความหนาแน่นสูงสุด* รูปที่ 9.4 แสดงความสัมพันธ์โดยประมาณระหว่างความหนาแน่นของน้ำและอุณหภูมิ

* ข้อมูลเหล่านี้อ้างถึงน้ำจืด (บริสุทธิ์ทางเคมี) น้ำทะเลมีความหนาแน่นสูงสุดที่อุณหภูมิ 3 องศาเซลเซียส

คุณสมบัติพิเศษของน้ำที่กล่าวถึงมีอิทธิพลอย่างมากต่อธรรมชาติของการถ่ายเทความร้อนในแหล่งน้ำ เมื่อน้ำถูกทำให้เย็นลง ความหนาแน่นของชั้นบนก่อนจะเพิ่มขึ้นและจะยุบตัวลง แต่หลังจากที่อากาศถึงอุณหภูมิ 4 ° C การระบายความร้อนเพิ่มเติมจะลดความหนาแน่นลงแล้วและชั้นน้ำเย็นยังคงอยู่บนพื้นผิว เป็นผลให้ในอ่างเก็บน้ำลึก แม้ที่อุณหภูมิอากาศต่ำมาก น้ำก็มีอุณหภูมิประมาณ 4 °C

ปริมาตรของของเหลวและวัตถุที่เป็นของแข็งเพิ่มขึ้นในสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น พบสิ่งผิดปกติใกล้น้ำ: ความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 องศาเซลเซียส

§ 9.4. การบัญชีและการใช้การขยายตัวทางความร้อนของร่างกายในงานวิศวกรรม

แม้ว่าขนาดเชิงเส้นและปริมาตรของวัตถุจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงนี้มักจะต้องนำมาพิจารณาในทางปฏิบัติ ในขณะเดียวกันปรากฏการณ์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวันและเทคโนโลยี

การบัญชีสำหรับการขยายตัวทางความร้อนของร่างกาย

การเปลี่ยนแปลงขนาดของของแข็งอันเนื่องมาจากการขยายตัวทางความร้อนทำให้เกิดแรงยืดหยุ่นสูง หากวัตถุอื่นป้องกันการเปลี่ยนแปลงขนาดนี้ ตัวอย่างเช่น คานสะพานเหล็กที่มีหน้าตัด 100 ซม. 2 เมื่อให้ความร้อนจาก -40 ° C ในฤดูหนาวถึง +40 ° C ในฤดูร้อน หากตัวรองรับป้องกันการยืดตัวจะสร้างแรงกดบนตัวรองรับ (ความเครียด) ได้ถึง 1.6 10 8 Pa นั่นคือมันทำหน้าที่รองรับด้วยแรง 1.6 10 6 N.

ค่าที่กำหนดสามารถรับได้จากกฎและสูตรของฮุก (9.2.1) สำหรับการขยายตัวทางความร้อนของร่างกาย

ตามกฎของฮุค ความเค้นเชิงกล
,ที่ไหน
- การยืดตัว a อี- โมดูลัสของยัง ตาม (9.2.1)
. แทนค่าการยืดตัวสัมพัทธ์ในสูตรของกฎของฮุก เราจะได้

(9.4.1)

เหล็กมีโมดูลัสของ Young อี= 2.1 10 11 Pa สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นα 1 \u003d 9 10 -6 K -1 แทนที่ข้อมูลเหล่านี้เป็นนิพจน์ (9.4.1) เราได้รับสิ่งนั้นสำหรับΔ t = 80 °С ความเค้นเชิงกล σ = 1.6 10 8 Pa

เพราะ ส \u003d 10 -2 ม. 2 จากนั้นแรง F = σS = 1.6 10 6 น.

เพื่อแสดงแรงที่ปรากฏขึ้นเมื่อแท่งโลหะเย็นตัวลง สามารถทำการทดลองต่อไปนี้ได้ เราอุ่นแท่งเหล็กที่มีรูที่ส่วนท้ายซึ่งสอดแท่งเหล็กหล่อเข้าไป (รูปที่ 9.5) จากนั้นเราก็สอดแท่งนี้เข้าไปในขาตั้งโลหะขนาดใหญ่ที่มีร่อง เมื่อก้านเย็นตัวลง มันจะหดตัวและแรงยืดหยุ่นขนาดใหญ่ดังกล่าวจะเกิดขึ้นจนแท่งเหล็กหล่อแตก

ต้องคำนึงถึงการขยายตัวทางความร้อนของร่างกายเมื่อออกแบบโครงสร้างต่างๆ ต้องใช้มาตรการเพื่อให้แน่ใจว่าร่างกายมีอิสระที่จะขยายหรือหดตัวเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

เป็นไปไม่ได้ ตัวอย่างเช่น การดึงสายโทรเลขให้แน่น เช่นเดียวกับสายไฟ (สายไฟ) ระหว่างส่วนรองรับ ในฤดูร้อนสายไฟจะหย่อนคล้อยมากกว่าในฤดูหนาวอย่างเห็นได้ชัด

ท่อไอน้ำโลหะเช่นเดียวกับท่อน้ำร้อนต้องมีส่วนโค้ง (ตัวชดเชย) ในรูปแบบของลูป (รูปที่ 9.6)

ความเครียดภายในอาจเกิดขึ้นได้ในระหว่างการให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของร่างกายที่เป็นเนื้อเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ขวดแก้วหรือแก้วที่ทำจากแก้วหนาอาจแตกได้หากเทน้ำร้อนลงไป ประการแรก ชิ้นส่วนภายในของภาชนะที่สัมผัสกับน้ำร้อนจะถูกทำให้ร้อน พวกเขาขยายและสร้างแรงกดดันอย่างมากต่อชิ้นส่วนที่เย็นภายนอก ดังนั้นการทำลายของเรือจึงอาจเกิดขึ้นได้ แก้วบางๆ จะไม่ระเบิดเมื่อเทน้ำร้อนลงไป เนื่องจากชิ้นส่วนด้านในและด้านนอกจะอุ่นขึ้นอย่างรวดเร็วเท่ากัน

แก้วควอตซ์มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นที่อุณหภูมิต่ำมาก กระจกดังกล่าวทนต่อความร้อนหรือความเย็นไม่สม่ำเสมอโดยไม่แตกร้าว ตัวอย่างเช่น น้ำเย็นสามารถเทลงในกระติกน้ำแก้วควอทซ์ร้อนแดง ในขณะที่ขวดแก้วธรรมดาจะระเบิดระหว่างการทดลองดังกล่าว

วัสดุที่แตกต่างกันซึ่งได้รับความร้อนและความเย็นเป็นระยะควรเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเมื่อขนาดของวัสดุเปลี่ยนไปในลักษณะเดียวกันกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเท่านั้น นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับขนาดผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น เหล็กและคอนกรีตขยายตัวในลักษณะเดียวกันเมื่อถูกความร้อน นั่นคือเหตุผลที่คอนกรีตเสริมเหล็กเป็นที่แพร่หลาย - สารละลายคอนกรีตชุบแข็งเทลงในโครงเหล็ก - การเสริมแรง (รูปที่ 9.7) หากเหล็กและคอนกรีตขยายตัวต่างกัน จากความผันผวนของอุณหภูมิรายวันและรายปี โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กจะพังในไม่ช้า

อีกสองสามตัวอย่าง ตัวนำโลหะที่บัดกรีในหลอดแก้วของหลอดไฟฟ้าและหลอดวิทยุ ทำจากโลหะผสม (เหล็กและนิกเกิล) ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเท่ากับแก้ว มิฉะนั้น แก้วจะแตกเมื่อโลหะถูกทำให้ร้อน สารเคลือบที่เคลือบจานและโลหะที่ใช้ทำจานเหล่านี้ต้องมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเท่ากัน มิฉะนั้นเคลือบฟันจะแตกเมื่อจานที่เคลือบด้วยความร้อนและความเย็น

แรงสำคัญสามารถพัฒนาได้ด้วยของเหลว หากได้รับความร้อนในภาชนะปิดที่ไม่อนุญาตให้ของเหลวขยายตัว แรงเหล่านี้สามารถนำไปสู่การทำลายเรือที่มีของเหลว ดังนั้นจึงต้องพิจารณาคุณสมบัติของของเหลวนี้ด้วย ตัวอย่างเช่น ระบบท่อทำน้ำร้อนมักจะมีถังขยายติดอยู่ที่ด้านบนของระบบและระบายออกสู่บรรยากาศ เมื่อน้ำร้อนในระบบท่อ น้ำส่วนเล็กๆ จะผ่านเข้าไปในถังขยาย ซึ่งจะช่วยขจัดสภาวะตึงเครียดของน้ำและท่อ ด้วยเหตุผลเดียวกัน หม้อแปลงไฟฟ้าที่ระบายความร้อนด้วยน้ำมันจึงมีถังขยายน้ำมันอยู่ด้านบน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ระดับน้ำมันในถังจะเพิ่มขึ้น เมื่อน้ำมันเย็นลง ระดับน้ำมันจะลดลง

เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง จะเกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดของของแข็ง ซึ่งเรียกว่าการขยายตัวทางความร้อน มีการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นและเชิงปริมาตร กระบวนการเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะโดยสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (ความร้อน) - ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นเฉลี่ย ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงปริมาตรโดยเฉลี่ย

คำนิยาม

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเรียกว่าปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงในมิติเชิงเส้นของวัตถุที่เป็นของแข็งโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

ใช้โดยปกติค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเฉลี่ย นี่คือลักษณะของการขยายตัวทางความร้อนของวัสดุ

หากความยาวเริ่มต้นของร่างกายคือ , - การยืดตัวเมื่ออุณหภูมิร่างกายเพิ่มขึ้นโดย , มันจะถูกกำหนดโดยสูตร:

ค่าสัมประสิทธิ์การยืดตัวเชิงเส้นเป็นลักษณะของการยืดตัวสัมพัทธ์ () ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิร่างกายเพิ่มขึ้น 1K

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปริมาตรของของแข็งจะเพิ่มขึ้น ในการประมาณครั้งแรก เราสามารถสรุปได้ว่า:

โดยที่ปริมาตรเริ่มต้นของร่างกายคือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิร่างกาย จากนั้นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของร่างกายคือปริมาณทางกายภาพที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในปริมาตรของร่างกาย () ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อร่างกายได้รับความร้อน 1 K และความดันยังคงไม่เปลี่ยนแปลง คำจำกัดความทางคณิตศาสตร์ของสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรคือสูตร:

การขยายตัวทางความร้อนของร่างกายที่เป็นของแข็งนั้นสัมพันธ์กับความไม่สอดคล้องกันของการสั่นสะเทือนทางความร้อนของอนุภาคที่ประกอบเป็นโครงผลึกของตัวกล้อง อันเป็นผลมาจากการสั่นเหล่านี้เมื่ออุณหภูมิของร่างกายเพิ่มขึ้นระยะห่างระหว่างอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียงของร่างกายนี้จะเพิ่มขึ้น

เมื่อปริมาตรของร่างกายเปลี่ยนแปลง ความหนาแน่นของมันจะเปลี่ยนไป:

โดยที่ความหนาแน่นเริ่มต้นคือความหนาแน่นของสารที่อุณหภูมิใหม่ เนื่องจากค่า นิพจน์ (4) บางครั้งจึงเขียนเป็น:

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนขึ้นอยู่กับสาร โดยทั่วไปแล้วจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนถือว่าไม่ขึ้นกับอุณหภูมิในช่วงอุณหภูมิขนาดเล็ก

มีสารหลายชนิดที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเป็นลบ ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น วัสดุดังกล่าวจะหดตัว ซึ่งมักเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่แคบ มีสารที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเกือบเท่ากับศูนย์ในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด

นิพจน์ (3) ไม่เพียงใช้กับของแข็งเท่านั้น แต่ยังใช้กับของเหลวด้วย ในขณะเดียวกันก็ถือว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสำหรับของเหลวที่หยดไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามอุณหภูมิ อย่างไรก็ตามเมื่อคำนวณระบบทำความร้อนจะนำมาพิจารณาด้วย

ความสัมพันธ์ของสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน

หน่วย

หน่วยพื้นฐานของการวัดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนในระบบ SI คือ:

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 1

ออกกำลังกาย

ในการหาค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของของเหลว จะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าพิคโนมิเตอร์ นี่คือขวดแก้วที่มีคอแคบ (รูปที่ 1) ที่คอใส่เครื่องหมายบนความจุของเรือ (ปกติในมล.) พิคโนมิเตอร์ใช้อย่างไร?

วิธีการแก้

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายปริมาตรวัดได้ดังนี้ พิคโนมิเตอร์จะเติมของเหลวที่ตรวจสอบแล้วจนถึงเครื่องหมายที่เลือก ขวดถูกทำให้ร้อนโดยสังเกตการเปลี่ยนแปลงในระดับของสาร ด้วยค่าที่ทราบเช่น: ปริมาตรเริ่มต้นของ pycnometer พื้นที่หน้าตัดของช่องคอขวด การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกำหนดสัดส่วนของปริมาตรเริ่มต้นของของเหลวที่เข้าสู่คอของ พิคโนมิเตอร์เมื่อถูกความร้อน 1 เค ควรคำนึงว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของของเหลวมีค่ามากกว่าค่าที่ได้รับ เนื่องจากมีการให้ความร้อน การขยายตัวและขวด ดังนั้น ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของของเหลว จะมีการบวกค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของสารในขวด (โดยปกติคือแก้ว) ต้องบอกว่าเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของแก้วมีค่าน้อยกว่าค่าของของเหลวอย่างมาก ในการคำนวณโดยประมาณ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของแก้วอาจถูกละเลยไป

ตัวอย่าง 2

ออกกำลังกาย

การขยายตัวของน้ำมีลักษณะอย่างไร? ความสำคัญของปรากฏการณ์นี้คืออะไร?

วิธีการแก้

น้ำไม่เหมือนกับสารเหลวอื่นๆ ส่วนใหญ่ เมื่อถูกความร้อนจะขยายตัวได้ก็ต่อเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 4 o C ในช่วงอุณหภูมิ ปริมาตรของน้ำจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น น้ำจืดที่มีความหนาแน่นสูงสุด สำหรับน้ำทะเลมีความหนาแน่นสูงสุดอยู่ที่ ความดันที่เพิ่มขึ้นจะลดอุณหภูมิของความหนาแน่นสูงสุดของน้ำ เนื่องจากเกือบ 80% ของพื้นผิวโลกของเราปกคลุมด้วยน้ำ ลักษณะของการขยายตัวจึงมีบทบาทสำคัญในการสร้างสภาพอากาศบนโลก แสงแดดที่ตกลงมาบนผิวน้ำทำให้ร้อน หากอุณหภูมิต่ำกว่า 1-2 o C ชั้นน้ำอุ่นจะมีความหนาแน่นสูงกว่าน้ำเย็นและจมลง ในเวลาเดียวกันสถานที่ของพวกเขาถูกครอบครองโดยชั้นที่เย็นกว่าซึ่งจะทำให้ร้อนขึ้น ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงชั้นของน้ำอย่างต่อเนื่องและสิ่งนี้นำไปสู่ความร้อนของคอลัมน์น้ำจนกระทั่งถึงความหนาแน่นสูงสุด อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอีกนำไปสู่ความจริงที่ว่าชั้นบนของน้ำลดความหนาแน่นและยังคงอยู่ที่ด้านบน ดังนั้น ปรากฎว่าชั้นน้ำขนาดใหญ่อุ่นขึ้นจนถึงอุณหภูมิที่มีความหนาแน่นสูงสุดอย่างรวดเร็ว และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอีกจะช้า เป็นผลให้แหล่งน้ำลึกของโลกจากความลึกระดับหนึ่งมีอุณหภูมิประมาณ 2-3 o C ในขณะเดียวกันอุณหภูมิของน้ำชั้นบนในทะเลของประเทศที่อบอุ่นสามารถมีอุณหภูมิประมาณ 30 o C และสูงกว่า