Chất lỏng có hệ số giãn nở cao. Hệ số giãn nở nhiệt
Độ bền kéo của chất lỏng không được tính đến khi giải các bài toán thực tế. Sự giãn nở nhiệt độ của chất lỏng rơi được đặc trưng bởi hệ số giãn nở nhiệt β t, biểu thị sự gia tăng tương đối của thể tích chất lỏng khi nhiệt độ tăng 1 độ, tức là:
Ở đâu W - thể tích ban đầu của chất lỏng; Δ W - thay đổi thể tích này khi nhiệt độ tăng thêm một lượng ΔT . Hệ số giãn nở nhiệt của chất lỏng rơi, có thể được nhìn thấy trong Bảng. 5 là không đáng kể.
Bảng 5
| Hệ số giãn nở nhiệt của nước |
|||||
| Áp suất Pa ∙ 10 4 | Ở nhiệt độ, ° С |
||||
Các giá trị của hệ số trong (10) được tìm thấy từ các bảng trong phạm vi nhiệt độ nhất định (ví dụ, xem Bảng 5). Khả năng thay đổi tỷ trọng (khối lượng riêng) của chất lỏng với sự thay đổi nhiệt độ được sử dụng rộng rãi để tạo ra sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi hơi, hệ thống sưởi, để loại bỏ các sản phẩm cháy, ... Bảng B. 6 cho biết khối lượng riêng của nước ở các nhiệt độ khác nhau.
Bảng 6
| Sự phụ thuộc của mật độ ρ, động học ν và độ nhớt động học μ của nước vào nhiệt độ |
|||
| Nhiệt độ, ° C | ν ∙ 10 4, m 2 / s | μ ∙ 10 3, Pa ∙ s |
|
(11)
Ở đâu R - hoàn toàn bị áp lực; R - hằng số khí riêng, khác nhau đối với các khí khác nhau, nhưng không phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất [đối với không khí R = 287 J / (kg ∙ K)]; T là nhiệt độ tuyệt đối. Hành vi của khí thực trong các điều kiện không hóa lỏng chỉ khác một chút so với hành vi của khí hoàn hảo, và đối với chúng, người ta có thể sử dụng các phương trình trạng thái của khí hoàn hảo trong một phạm vi rộng. Trong các tính toán kỹ thuật, mật độ của khí thường dẫn đến thông thườngđiều kiện vật lý (t = 0 °; p = 101 325 Pa) hoặc để Tiêu chuẩnđiều kiện (t = 20 ° С; р = 101325 Pa). Mật độ không khí tại R = 287 J / (kg ∙ K) trong điều kiện tiêu chuẩn theo công thức (11) sẽ bằng ρ 0 = 101325/287 / (273 + 20) = 1,2 kg / m 3. Khối lượng riêng của không khí ở các điều kiện khác được xác định theo công thức:
(12)
Trên hình. 1 cho thấy đồ thị của sự phụ thuộc của mật độ không khí vào nhiệt độ được xác định theo công thức này ở các áp suất khác nhau.
Cơm. 1 Sự phụ thuộc của mật độ không khí vào áp suất khí quyển và nhiệt độ
Đối với quá trình đẳng nhiệt (T = const) từ công thức (12) ta có:
(13)
(14)
Ở đâu k= s p / s ν là hằng số đoạn nhiệt của chất khí; c p là nhiệt dung của chất khí ở áp suất không đổi; với ν - như nhau, ở mức âm lượng không đổi. Khả năng nén của các chất khí phụ thuộc vào bản chất của quá trình biến đổi trạng thái. Đối với quá trình đẳng nhiệt:
(15)
Đối với quy trình đoạn nhiệt:
Theo biểu thức (15), khả năng nén đẳng nhiệt đối với không khí trong khí quyển là ~ 9,8 ∙ 10 4 Pa (khoảng 1 atm), cao hơn khả năng nén của nước khoảng 20 nghìn lần. Vì thể tích của một chất khí phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và áp suất, các kết luận thu được từ nghiên cứu sự rơi chất lỏng chỉ có thể được mở rộng cho chất khí nếu trong giới hạn của hiện tượng đang xét, sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ là không đáng kể. Sự chênh lệch áp suất đáng kể, gây ra sự thay đổi đáng kể về mật độ của các chất khí, có thể xảy ra khi chúng chuyển động ở tốc độ cao. Tỷ số giữa vận tốc của chất lỏng và tốc độ âm thanh trong nó giúp ta có thể phán đoán được cần tính đến khả năng nén trong từng trường hợp cụ thể. Trong thực tế, khí có thể được lấy ở trạng thái không nén được với tốc độ không quá 100 m / s. Độ nhớt của chất lỏng.Độ nhớt là đặc tính của chất lỏng để chống lại sự cắt. Tất cả các chất lỏng thực đều có độ nhớt nhất định, biểu hiện dưới dạng ma sát bên trong trong quá trình chuyển động tương đối của các phần tử chất lỏng bên cạnh. Cùng với chất lỏng dễ di động (ví dụ, nước, không khí), có những chất lỏng rất nhớt, khả năng chịu cắt của chúng là rất đáng kể (glyxerin, dầu nặng, v.v.). Do đó, độ nhớt đặc trưng cho mức độ lưu động của chất lỏng hoặc độ linh động của các phần tử của nó. Để chất lỏng chảy dọc theo một bức tường phẳng theo từng lớp song song với nó (Hình 2), như được quan sát trong chuyển động thành lớp. Do tác dụng giảm tốc của tường, các lớp chất lỏng sẽ chuyển động với các vận tốc khác nhau, giá trị của chúng tăng lên theo khoảng cách từ tường.
Cơm. 2 Phân bố vận tốc cho dòng chất lỏng dọc theo một bức tường vững chắc
Coi hai lớp chất lỏng chuyển động cách xa nhau Δy từ nhau. Lớp Một di chuyển với tốc độ u , một lớp TẠI - Với tốc độ u + Δu . Do sự khác biệt về vận tốc trên một đơn vị thời gian, lớp TẠI thay đổi so với lớp A bằng Δ u . Giá trị Δ u là sự dịch chuyển tuyệt đối của lớp A dọc theo lớp B và Δ u /Δ y là gradien vận tốc (chuyển dịch tương đối). Ứng suất tiếp tuyến xuất hiện trong quá trình chuyển động này (lực ma sát trên một đơn vị diện tích) sẽ được ký hiệu là. Sau đó, tương tự như hiện tượng cắt trong chất rắn, chúng ta thu được mối quan hệ sau đây giữa ứng suất và biến dạng:
(17)
Hoặc, nếu các lớp gần nhau vô hạn,
(18)
Giá trị µ , tương tự như hệ số cắt trong chất rắn và đặc trưng cho khả năng chống cắt của chất lỏng, được gọi là năng động hoặc tuyệt đối độ nhớt. Sự tồn tại của quan hệ (18) lần đầu tiên được Newton chỉ ra, và do đó nó được gọi là định luật ma sát của Newton. Trong hệ đơn vị quốc tế, độ nhớt động lực học được biểu thị bằng H s / m 2 hoặc Pa s. Trong hệ đơn vị kỹ thuật, độ nhớt động lực có thứ nguyên là kgf ∙ s ∙ m -2. Trong hệ thống CGS, poise (P) được lấy làm đơn vị đo độ nhớt động lực học để tưởng nhớ đến bác sĩ người Pháp Poiseuille, người đã nghiên cứu quy luật chuyển động của máu trong các mạch của cơ thể người, bằng 1 g ∙ cm -1 ∙ s -1; 1 Pa s \ u003d 0,102 kgf s / m 2 \ u003d 10 P. Độ nhớt của chất lỏng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ; trong trường hợp này, độ nhớt của chất lỏng giảm xuống khi nhiệt độ tăng, và độ nhớt của chất khí tăng lên. Điều này được giải thích là do bản chất của độ nhớt của chất lỏng và chất khí là khác nhau. Trong chất khí, tốc độ (cường độ) chuyển động nhiệt trung bình của các phân tử tăng khi nhiệt độ tăng, do đó, độ nhớt tăng. Trong chất lỏng rơi, các phân tử không thể chuyển động, như trong chất khí, theo mọi hướng, chúng chỉ có thể dao động quanh vị trí trung bình của chúng. Với sự gia tăng nhiệt độ, vận tốc trung bình của chuyển động dao động của các phân tử tăng lên, do đó các liên kết giữ chúng dễ dàng vượt qua hơn, và chất lỏng có độ linh động cao hơn (độ nhớt của nó giảm). Vì vậy, đối với nước ngọt tinh khiết, sự phụ thuộc của độ nhớt động lực vào nhiệt độ được xác định theo công thức Poiseuille:
(19)
Ở đâu µ - độ nhớt tuyệt đối (động lực học) của chất lỏng tính bằng P; t - nhiệt độ tính bằng ° C. Với sự gia tăng nhiệt độ từ 0 đến 100 ° C, độ nhớt của nước giảm gần 7 lần (xem Bảng 6). Ở nhiệt độ 20 ° C, độ nhớt động lực của nước là 0,001 Pa ∙ s = 0,01 P. Nước thuộc loại chất lỏng ít nhớt nhất. Chỉ một số chất lỏng được sử dụng thực tế (ví dụ như ete và rượu) có độ nhớt thấp hơn một chút so với nước. Điôxít cacbon lỏng có độ nhớt thấp nhất (nhỏ hơn 50 lần so với độ nhớt của nước). Tất cả các loại dầu lỏng đều có độ nhớt cao hơn nhiều so với nước (dầu thầu dầu ở 20 ° C có độ nhớt lớn hơn nước 1000 lần ở cùng nhiệt độ). Bảng B. 1.7 cho thấy các giá trị độ nhớt của một số chất lỏng.
Bảng 7
| Độ nhớt động học và động lực học của chất lỏng rơi (ở t = 20 ° C) |
||
| Chất lỏng | ν ∙ 10 4, m 2 / s |
|
| Nước ngọt | ||
| Glycerin khan | ||
| Dầu hỏa (ở 15 ° C) | ||
| Xăng (ở 15 ° C) | ||
| Dầu thầu dầu | ||
| Dầu khoáng | ||
| Dầu ở 15 ° C | ||
| Rượu etylic khan | ||
Điều cho ở t \ u003d 15 ° С \ u003d 1,82 ∙ 10 -6 kgf s / m 2 (~ 1,82 ∙ 10 -5 Pa s). Độ nhớt động lực học của các chất khí khác có cùng độ lớn. Cùng với khái niệm về độ nhớt tuyệt đối hoặc độ nhớt động, khái niệm Độ nhớt động học; là tỷ số giữa độ nhớt tuyệt đối và khối lượng riêng của chất lỏng:
(21)
Độ nhớt này được gọi là động học, vì không có đơn vị lực nào trong thứ nguyên của nó. Trên thực tế, bằng cách thay thế thứ nguyên µ và ρ , chúng tôi nhận được [ v]=[L 2 /T]. Trong hệ đơn vị quốc tế, độ nhớt động học được đo bằng m 2 / s; đơn vị đo độ nhớt động học trong hệ thống CGS là stokes (để vinh danh nhà vật lý người Anh Stokes): 1 St = 1 cm 2 / s = 10 -4 m 2 / s. Phần trăm của Stokes được gọi là centistokes (cSt): 1 m 2 / s \ u003d 1 ∙ 10 4 St \ u003d 1 ∙ 10 6 cCt. Trong bảng. Hình 7 cho thấy các giá trị số của độ nhớt động học của chất lỏng rơi; 3 - sự phụ thuộc của độ nhớt động học của nước và dầu công nghiệp vào nhiệt độ. Để tính toán sơ bộ, giá trị của độ nhớt động học của nước v Có thể lấy bằng 0,01 cm 2 / s = 1.10 -6 m 2 / s, ứng với nhiệt độ 20 ° C.
Cơm. 3 Sự phụ thuộc của độ nhớt động học của nước và dầu vào nhiệt độ
Độ nhớt động học của chất lỏng rơi ở áp suất gặp trong hầu hết các trường hợp trong thực tế (lên đến 200 atm) phụ thuộc rất ít vào áp suất và sự thay đổi này bị bỏ qua trong các tính toán thủy lực thông thường. Độ nhớt động học của chất khí phụ thuộc vào cả nhiệt độ và áp suất, tăng khi nhiệt độ tăng và giảm khi tăng áp suất (Bảng 8). Độ nhớt động học của không khí ở điều kiện bình thường (nhiệt độ 20 ° C, áp suất ~ 1at) v= µ/ ρ \ u003d 1,57 ∙ 10 -5 m 2 / s, tức là gấp khoảng 15 lần so với nước ở cùng nhiệt độ. Điều này được giải thích bởi thực tế là mẫu số của biểu thức cho độ nhớt động học (21) bao gồm mật độ, tỷ trọng này đối với chất khí nhỏ hơn nhiều so với chất lỏng rơi. Để tính toán độ nhớt động học của không khí ở các nhiệt độ và áp suất khác nhau, bạn có thể sử dụng đồ thị (Hình 4).
Bảng 1.8
| Giá trị của động năng ν và hằng số khí riêng K đối với một số chất khí |
|||||
| ν ∙ 10 4, m 2 / s ở nhiệt độ tính bằng ° C | R, J / (kg ∙ K) |
||||
| Luật Liên bang của Liên bang Nga: “Về Giáo dục” (số 3266-1 ngày 10 tháng 7 năm 1992) và “Về Giáo dục Chuyên nghiệp Đại học và Sau Đại học” (số 125-FZ ngày 22 tháng 8 năm 1996); Chương trình chính khóa của giáo dục chuyên nghiệp đại học Hướng đào tạo 270800 Xây dựng (1)Chương trình giáo dục chính1.1. Mục đích (nhiệm vụ) của BEP là chuẩn bị một chuyên gia cạnh tranh sẵn sàng làm việc trong các lĩnh vực liên quan đến cung cấp xây dựng, cũng như có khả năng tự nâng cao trình độ chuyên môn và phát triển sáng tạo hơn nữa. | |||||
15.07.2012
Tính chất vật lý của dầu thủy lực và ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất
1. Đặc tính độ nhớt, độ nhớt-nhiệt độ
Độ nhớt là tiêu chí quan trọng nhất để đánh giá khả năng chuyên chở của dầu thủy lực. Độ nhớt được phân biệt bởi các chỉ số động lực học và động học.
Dầu bôi trơn công nghiệp và dầu thủy lực được phân loại theo ISO cấp độ nhớt dựa trên độ nhớt động học của chúng, lần lượt được mô tả là tỷ số giữa độ nhớt động lực học và tỷ trọng. Nhiệt độ tham chiếu là 40 ° C. Đơn vị đo lường chính thức ( St) đối với độ nhớt động học là m 2 / s và trong ngành công nghiệp lọc dầu, đơn vị đo độ nhớt động học là cSt(centistokes) hoặc mm 2 / s. Phân loại độ nhớt ISO, DIN 51519 cho dầu nhờn công nghiệp lỏng mô tả 18 cấp (lớp) độ nhớt từ 2 đến 1500 mm 2 / s ở nhiệt độ 40 ° C. Mỗi cấp được xác định bằng độ nhớt trung bình ở 40 ° C và với dung sai ± 10% từ giá trị này. Sự phụ thuộc vào độ nhớt-nhiệt độ có tầm quan trọng lớn đối với dầu thủy lực. Độ nhớt tăng mạnh khi giảm nhiệt độ và giảm khi nhiệt độ tăng. Trong điều kiện thực tế, độ nhớt ngưỡng của chất lỏng (độ nhớt khởi động cho phép, khoảng 800 - 2000 mm 2 / s) là cần thiết để sử dụng trong các loại máy bơm khác nhau. Độ nhớt tối thiểu cho phép ở nhiệt độ cao được xác định bởi sự bắt đầu của giai đoạn ma sát biên. Độ nhớt tối thiểu không được thấp hơn 7-10 mm 2 / s để tránh sự mài mòn không thể chấp nhận được của máy bơm và động cơ. Các đường cong trên đồ thị độ nhớt-nhiệt độ mô tả sự phụ thuộc của độ nhớt của chất lỏng thủy lực vào nhiệt độ. Trong điều kiện dòng V-T- các đường cong là hypebol. Bằng phép biến đổi toán học, những V - T- Đường cong có thể được biểu diễn dưới dạng đường thẳng. Các đường này cho phép xác định chính xác độ nhớt trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Chỉ số độ nhớt (VI) là một tiêu chí V - T- phụ thuộc và V-T- đường cong - độ dốc trên biểu đồ. VI của chất lỏng thủy lực càng cao thì sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ càng nhỏ, tức là càng nhiều V - T- đường cong. Dầu thủy lực gốc dầu khoáng thường có IV tự nhiên từ 95-100. Dầu thủy lực tổng hợp dựa trên các este có VI giới hạn là 140-180 và polyglycol có IV tự nhiên là 180-200 (Hình 1)
Chỉ số độ nhớt cũng có thể được cải thiện bằng các chất phụ gia (phụ gia cao phân tử phải có khả năng chịu cắt) được gọi là chất cải tạo VI hoặc phụ gia độ nhớt. Dầu thủy lực VI cao giúp khởi động dễ dàng, giảm tổn thất hiệu suất ở nhiệt độ môi trường thấp, đồng thời cải thiện khả năng làm kín và chống mài mòn ở nhiệt độ vận hành cao. Dầu có chỉ số cao làm tăng hiệu quả của hệ thống và kéo dài tuổi thọ của các bộ phận và thành phần bị mài mòn (độ nhớt càng cao ở nhiệt độ vận hành, tỷ lệ thể tích càng tốt).
2. Sự phụ thuộc áp suất của độ nhớt
Khả năng chịu lực của màng bôi trơn được xác định bởi sự phụ thuộc áp suất của độ nhớt của chất bôi trơn. Độ nhớt động lực của môi trường lỏng tăng khi áp suất tăng. Sau đây là một phương pháp để kiểm soát độ nhớt động lực học so với áp suất ở nhiệt độ không đổi.
Sự phụ thuộc của độ nhớt vào áp suất, cụ thể là sự tăng độ nhớt khi áp suất tăng, có ảnh hưởng tích cực đến tải trọng riêng (ví dụ, đối với ổ trục), vì độ nhớt của màng bôi trơn tăng lên dưới tác dụng của áp suất riêng phần cao từ 0 đến 2000 atm. Độ nhớt HFC chất lỏng tăng gấp đôi, dầu khoáng - 30 lần, trong HFD chất lỏng - 60 lần. Điều này giải thích tuổi thọ tương đối ngắn của ổ lăn nếu chúng được bôi trơn bằng ( HFA, HFC) dầu bôi trơn gốc nước. Trên hình. 2 và 3 hiển thị độ nhớt so với áp suất cho các chất lỏng thủy lực khác nhau.
Các đặc tính về độ nhớt-nhiệt độ cũng có thể được mô tả bằng biểu thức hàm mũ:
η = η ο · e α P ,
Trong đó η ο là độ nhớt động lực ở áp suất khí quyển, α là hệ số phụ thuộc "độ nhớt-áp suất", R-sức ép. Vì HFCα \ u003d 3,5 10 -4 atm -1;
vì HFDα \ u003d 2,2 10 -3 atm -1; vì HLPα \ u003d 1,7 10 -3 atm -1
3. Mật độ
Tổn thất của chất lỏng thủy lực trong đường ống và trong các phần tử của hệ thống thủy lực tỷ lệ thuận với khối lượng riêng của chất lỏng. Ví dụ, tổn thất áp suất tỷ lệ thuận với mật độ:
Δ P= (ρ / 2) ξ với 2 ,
Trong đó ρ là khối lượng riêng của chất lỏng, ξ, là hệ số cản, với là tốc độ dòng chất lỏng, và Δ P- mất áp suất.
Khối lượng riêng ρ là khối lượng trên một đơn vị thể tích của chất lỏng.
ρ = m / V(kg / m 3).
Tỷ trọng của chất lỏng thủy lực được đo ở nhiệt độ 15 ° C. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất, vì thể tích của chất lỏng tăng khi nhiệt độ tăng. Do đó, sự thay đổi thể tích của chất lỏng khi đun nóng xảy ra theo phương trình
Δ V=Vβ nhiệt độ Δ T,
Điều gì dẫn đến sự thay đổi về mật độ:
Δρ = ρ β tỷ lệ Δ T.
Trong điều kiện thủy tĩnh ở nhiệt độ từ -5 đến +150 ° C, chỉ cần áp dụng công thức tuyến tính cho phương trình trên là đủ. Hệ số giãn nở nhiệt βtemp có thể được áp dụng cho tất cả các loại chất lỏng thủy lực.
Vì hệ số giãn nở nhiệt của dầu khoáng xấp xỉ 7 x 10 -4 K -1, thể tích của chất lỏng thủy lực tăng 0,7% nếu nhiệt độ của nó tăng 10 ° C. Trên hình. 5 cho thấy sự phụ thuộc của thể tích chất lỏng thủy lực vào nhiệt độ.
Mối quan hệ mật độ-áp suất của chất lỏng thủy lực cũng nên được đưa vào đánh giá thủy tĩnh, vì khả năng nén của chất lỏng ảnh hưởng tiêu cực đến tính năng động của chúng. Sự phụ thuộc của mật độ vào áp suất có thể được đọc đơn giản từ các đường cong tương ứng (Hình 6).
4. Khả năng nén
Khả năng nén của chất lỏng thủy lực gốc dầu khoáng phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Ở áp suất lên đến 400 atm và nhiệt độ lên đến 70 ° C, đây là giới hạn cho các hệ thống công nghiệp, khả năng nén là phổ biến đối với hệ thống. Chất lỏng thủy lực được sử dụng trong hầu hết các hệ thống thủy lực có thể được coi là không nén được. Tuy nhiên, ở áp suất từ 1000 đến 10.000 atm, có thể quan sát thấy những thay đổi về khả năng nén của môi chất. Khả năng chịu nén được biểu thị bằng hệ số β hoặc môđun M(Hình 7, M = Đến).
M\ u003d 1 / β atm \ u003d 1 / β 10 5 N m 2 \ u003d 1 / β 10 5 Pa.
Sự thay đổi thể tích có thể được xác định bằng cách sử dụng phương trình
Δ V=V · β( P tối đa R bắt đầu)
Ở đâu Δ V- sự thay đổi âm lượng; R max là áp suất lớn nhất; R ban đầu - áp suất ban đầu.
5. Sự hòa tan của khí, cavitation
Không khí và các chất khí khác có thể tan trong chất lỏng. Chất lỏng có thể hấp thụ chất khí cho đến khi nó bão hòa. Điều này không được ảnh hưởng xấu đến các đặc tính của chất lỏng. Độ hòa tan của một chất khí trong chất lỏng phụ thuộc vào thành phần cơ bản của loại khí, áp suất và nhiệt độ. Ở áp suất lên đến ≈300 atm. độ tan của một chất khí tỷ lệ với áp suất và tuân theo định luật Henry.
V G = V Fα V P / P o,
Ở đâu VG là thể tích khí hoà tan; V F là thể tích của chất lỏng, R o - áp suất khí quyển, P- áp suất chất lỏng; α V là hệ số phân phối Bunsen (1,013 mbar, 20 ° C).
Hệ số Bunsen phụ thuộc nhiều vào chất lỏng cơ bản và cho biết lượng khí được hòa tan trong một đơn vị thể tích chất lỏng ở điều kiện bình thường là bao nhiêu (%). Khí hòa tan có thể được giải phóng khỏi chất lỏng thủy lực ở áp suất tĩnh thấp (tốc độ dòng chảy cao và ứng suất cắt cao) cho đến khi đạt đến điểm bão hòa mới. Tốc độ khí rời khỏi chất lỏng thường vượt quá tốc độ khí hấp thụ vào chất lỏng. Khí thoát ra khỏi chất lỏng dưới dạng bong bóng làm thay đổi khả năng nén của chất lỏng theo cách tương tự như bọt khí. Ngay cả ở áp suất thấp, một lượng nhỏ không khí có thể làm giảm đáng kể tính không nén được của chất lỏng. Trong các hệ thống di động có tốc độ lưu thông chất lỏng cao, hàm lượng không khí không hòa tan có thể đạt giá trị lên đến 5%. Không khí không hòa tan này có ảnh hưởng rất tiêu cực đến hiệu suất, khả năng chịu tải và động lực học của hệ thống (xem phần 6 - khử khí và phần 7 - tạo bọt). Vì khả năng nén của chất lỏng trong hệ thống thường rất nhanh, các bọt khí có thể đột ngột đạt đến nhiệt độ cao (nén đoạn nhiệt). Trong những trường hợp cực đoan, có thể đạt tới điểm chớp cháy của chất lỏng và có thể xảy ra hiệu ứng microdiesel.
Các bong bóng khí cũng có thể nổ trong máy bơm do bị nén, có thể gây ra hư hỏng do xói mòn (đôi khi được gọi là cavitation hoặc pseudo-cavitation). Tình hình có thể trở nên trầm trọng hơn nếu bong bóng hơi hình thành trong chất lỏng. Do đó, hiện tượng xâm thực xảy ra khi áp suất giảm xuống dưới độ hòa tan của chất khí hoặc thấp hơn áp suất hơi bão hòa của chất lỏng.
Sự tạo khoang chủ yếu xảy ra trong các hệ thống hở có thể tích không đổi, tức là, sự nguy hiểm của hiện tượng này có liên quan đến các mạch đầu vào và đầu ra và máy bơm. Nó có thể được gây ra bởi áp suất tuyệt đối quá thấp do tổn thất vận tốc dòng chảy trong các mặt cắt hẹp, bộ lọc, ống góp và bộ giảm chấn, do đầu vào quá nhiều hoặc tổn thất áp suất do độ nhớt lỏng quá mức. Khe hở có thể dẫn đến xói mòn máy bơm, giảm hiệu suất, đỉnh áp suất và tiếng ồn quá mức.
Hiện tượng này có thể ảnh hưởng xấu đến sự ổn định của bộ điều chỉnh tiết lưu và gây ra hiện tượng sủi bọt trong thùng chứa nếu hỗn hợp lỏng-nước được đưa trở lại thùng chứa ở áp suất khí quyển.
6. Mất hiệu lực
Khi chất lỏng thủy lực được hồi lưu trở lại bể chứa, dòng chất lỏng có khả năng cuốn theo không khí với nó. Điều này có thể xảy ra do rò rỉ trong đường ống khi co thắt và chân không một phần. Sự hỗn loạn trong bể hoặc lỗ hổng cục bộ cho thấy sự hình thành các bọt khí trong chất lỏng.
Không khí bị giữ lại theo cách này phải thoát ra bề mặt của chất lỏng, nếu không, nếu nó xâm nhập vào máy bơm, nó có thể gây hư hỏng cho các thành phần khác của hệ thống. Tốc độ bọt khí nổi lên bề mặt phụ thuộc vào đường kính của bọt khí, độ nhớt của chất lỏng, mật độ và chất lượng của dầu gốc. Dầu gốc có chất lượng và độ tinh khiết càng cao thì quá trình khử hóa xảy ra càng nhanh. Dầu có độ nhớt thấp thường khử mùi nhanh hơn dầu gốc có độ nhớt cao. Điều này liên quan đến tốc độ bong bóng nổi lên.
C = (ρ FL -ρ L) Χ / η,
Đâu ρ FL là khối lượng riêng của chất lỏng; P L- mật độ không khí; η là độ nhớt động lực học; X là hằng số phụ thuộc vào khối lượng riêng và độ nhớt của chất lỏng.
Các hệ thống phải được thiết kế sao cho không có không khí lọt vào chất lỏng và nếu có, các bọt khí bị cuốn theo có thể dễ dàng thoát ra ngoài. Các khu vực quan trọng là bể chứa, phải được lắp các vách ngăn và vách ngăn, cấu hình của đường ống và mạch điện. Các chất phụ gia không thể ảnh hưởng tích cực đến đặc tính thoát khí của chất lỏng thủy lực. Chất hoạt động bề mặt (đặc biệt là phụ gia chống tạo bọt gốc silicone) và chất gây ô nhiễm (ví dụ như mỡ bôi trơn và chất ức chế ăn mòn) ảnh hưởng xấu đến đặc tính thoát khí của dầu thủy lực. Dầu khoáng nói chung có đặc tính thoát khí tốt hơn dầu chống cháy. Đặc tính thoát khí HPLD chất lỏng thủy lực có thể được so sánh với các đặc tính của chất lỏng thủy lực HLP.
Thử nghiệm để xác định đặc tính thoát khí được mô tả trong tiêu chuẩn DIN 51 381. Phương pháp này bao gồm việc ép không khí vào dầu. Số tắt tiếng là thời gian để không khí (trừ 0,2%) để chất lỏng ở 50 ° C trong các điều kiện nhất định.
Tỷ trọng của không khí phân tán được xác định bằng cách đo tỷ trọng của hỗn hợp dầu-không khí.
7. Tạo bọt
Sự tạo bọt bề mặt xảy ra khi tốc độ khử bọt khí cao hơn tốc độ bọt khí vỡ ra trên bề mặt chất lỏng, tức là khi có nhiều bong bóng được tạo thành hơn là bị xẹp. Trong trường hợp xấu nhất, bọt này có thể được ép ra khỏi bể qua các lỗ hoặc được đưa vào máy bơm. Các chất phụ gia chống tạo bọt gốc silicone hoặc không chứa silicone có thể đẩy nhanh quá trình phá vỡ bong bóng bằng cách giảm sức căng bề mặt của bọt. Chúng cũng ảnh hưởng tiêu cực đến đặc tính thoát khí của chất lỏng, có thể gây ra các vấn đề về khả năng nén và tạo bọt khí. Vì vậy, phụ gia chống tạo bọt được sử dụng với nồng độ rất thấp (≈ 0,001%). Nồng độ chất khử bọt có thể giảm dần do lão hóa và lắng đọng trên bề mặt kim loại, và các vấn đề tạo bọt thường xảy ra với các chất lỏng cũ đã hoạt động. Việc bổ sung chất chống tạo bọt tiếp theo chỉ nên được thực hiện sau khi tham khảo ý kiến của nhà sản xuất chất lỏng thủy lực.
Thể tích bọt hình thành trên bề mặt chất lỏng được đo theo thời gian (ngay lập tức, sau 10 phút) và ở các nhiệt độ khác nhau (25 và 95 ° C). Chất hoạt động bề mặt, chất tẩy rửa hoặc chất phân tán, chất bẩn ở dạng dầu mỡ, chất ức chế ăn mòn, chất làm sạch, chất làm mát, sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa, vv có thể ảnh hưởng xấu đến hiệu quả của phụ gia chống tạo bọt.
8. khử nhũ tương
Tính khử nhũ tương là khả năng của chất lỏng thủy lực để đẩy lùi nước xâm nhập. Nước có thể xâm nhập vào chất lỏng thủy lực do rò rỉ bộ trao đổi nhiệt, ngưng tụ trong bể chứa do mức dầu thay đổi đáng kể, lọc kém, nhiễm bẩn nước do hỏng phớt và điều kiện môi trường khắc nghiệt. Nước trong chất lỏng thủy lực có thể gây ra hiện tượng ăn mòn, tạo bọt khí trong máy bơm, tăng ma sát và mài mòn, đồng thời làm tăng tốc độ xuống cấp của chất đàn hồi và chất dẻo. Nước tự do phải được loại bỏ càng nhanh càng tốt khỏi các thùng chứa chất lỏng thủy lực thông qua các van xả. Việc nhiễm các chất làm mát hòa tan trong nước, đặc biệt là trên máy công cụ, có thể gây ra cặn dính sau khi nước bay hơi. Điều này có thể gây ra sự cố trong máy bơm, van và xi lanh. Chất lỏng thủy lực phải đẩy lùi nhanh chóng và hoàn toàn nước đã xâm nhập vào nó. Sự khử nhũ tương được xác định bởi DIN 51 599, nhưng phương pháp này không áp dụng được cho chất lỏng thủy lực có chứa chất phân tán chất tẩy rửa ( DD) chất phụ gia. Khử nhũ tương là thời gian để hỗn hợp dầu và nước tách ra. Các thông số khử nhũ tương là:
. độ nhớt lên đến 95 mm 2 / s ở 40 ° C; nhiệt độ thử nghiệm 54 ° C;
. độ nhớt> 95 mm 2 / s; nhiệt độ 82 ° C.
Trong dầu thủy lực có chứa DD phụ gia, nước, chất bẩn lỏng và rắn được giữ ở dạng huyền phù. Chúng có thể được loại bỏ bằng các hệ thống lọc thích hợp mà không cần sử dụng chức năng thủy lực của máy, loại bỏ ảnh hưởng xấu đến chất lỏng thủy lực. Cho nên DD chất lỏng thủy lực thường được sử dụng trong máy công cụ thủy tĩnh và hệ thống thủy lực di động.
Đối với các máy có tốc độ tuần hoàn cao, đòi hỏi sự sẵn sàng liên tục và thường xuyên tiếp xúc với nguy cơ nước và các chất gây ô nhiễm khác, việc sử dụng chất lỏng thủy lực là lĩnh vực chính. Chất lỏng thủy lực có đặc tính khử nhũ tương được khuyến khích sử dụng trong các cửa hàng luyện thép và cán, nơi có lượng nước lớn và tỷ lệ lưu thông thấp cho phép tách nhũ tương trong bể. Đặc tính khử nhũ tương ở dạng sửa đổi được sử dụng để xác định khả năng tương thích của thiết bị với dầu thủy lực. Sự lão hóa của chất lỏng thủy lực ảnh hưởng tiêu cực đến các đặc tính khử nhũ tương.
9. Điểm đổ
Điểm đông đặc là nhiệt độ thấp nhất tại đó chất lỏng vẫn là chất lỏng. Một mẫu chất lỏng được làm lạnh một cách có hệ thống và được kiểm tra tính lưu động với sự giảm nhiệt độ cứ 3 ° C một lần. Các thông số như điểm đông đặc và độ nhớt giới hạn xác định nhiệt độ thấp nhất mà dầu có thể sử dụng bình thường.
10. Ăn mòn đồng (kiểm tra tấm đồng)
Đồng và các vật liệu chứa đồng thường được sử dụng trong các hệ thống thủy lực. Các vật liệu như đồng thau, đồng đúc hoặc đồng nung kết được tìm thấy trong các ổ trục, thanh dẫn hướng hoặc điều khiển, thanh trượt, máy bơm thủy lực và động cơ. Ống đồng được sử dụng trong hệ thống làm mát. Ăn mòn đồng có thể dẫn đến hỏng toàn bộ hệ thống thủy lực, do đó, một thử nghiệm ăn mòn tấm đồng được thực hiện để thu được thông tin về độ ăn mòn của chất lỏng cơ bản và phụ gia đối với vật liệu có chứa đồng. Phương pháp kiểm tra độ ăn mòn của chất lỏng thủy lực gốc khoáng, tức là chất lỏng phân hủy sinh học, chống lại kim loại màu được gọi là phương pháp Linde (phương pháp thử nghiệm chọn lọc để kiểm tra độ ăn mòn của dầu phân hủy sinh học đối với hợp kim đồng) ( SAE Bản tin Kỹ thuật 981 516 tháng 4 năm 1998), còn được gọi là VDMA 24570 (VDMA 24570 - Chất lỏng thủy lực có thể phân hủy sinh học nhanh chóng - Hành động trên hợp kim màu 03-1999 bằng tiếng Đức).
Theo tiêu chuẩn DIN 51 759, sự ăn mòn trên một tấm đồng có thể được biểu hiện dưới dạng sự đổi màu hoặc bong tróc. Đĩa đồng mài được ngâm trong chất lỏng để thử trong thời gian xác định ở nhiệt độ xác định. Dầu thủy lực và dầu bôi trơn thường được thử nghiệm ở 100 ° C. Mức độ ăn mòn được đánh giá theo điểm:
1 - thay đổi màu sắc nhẹ;
2 - đổi màu vừa phải;
3 - thay đổi màu sắc mạnh mẽ;
4 - ăn mòn (sẫm màu).
11. Hàm lượng nước (phương pháp Karl Fischer)
Nếu nước xâm nhập vào hệ thống thủy lực một phần phân tán mịn đến mức xâm nhập vào pha dầu, thì tùy thuộc vào tỷ trọng của chất lỏng thủy lực, nước cũng có thể thoát ra khỏi pha dầu. Khả năng này phải được tính đến khi lấy mẫu để xác định hàm lượng nước.
Việc xác định hàm lượng nước tính bằng mg / kg (khối lượng) theo phương pháp Karl Fischer gắn liền với việc đưa dung dịch Karl Fischer vào chuẩn độ trực tiếp hoặc gián tiếp.
12. Chống lão hóa (phương pháp Baader)
Đây là một nỗ lực nhằm tái tạo nghiên cứu về tác động của không khí, nhiệt độ và oxy đối với chất lỏng thủy lực trong phòng thí nghiệm. Một nỗ lực đã được thực hiện để đẩy nhanh quá trình lão hóa của dầu thủy lực một cách giả tạo bằng cách tăng nhiệt độ lên trên mức ứng dụng thực tế cũng như mức oxy khi có mặt chất xúc tác kim loại. Sự gia tăng độ nhớt và sự gia tăng số lượng axit (axit tự do) được ghi lại và đánh giá. Kết quả của các bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm được chuyển thành các điều kiện thực tế. Phương pháp Baader là một phương pháp thực tế để kiểm tra độ lão hóa của dầu bôi trơn và thủy lực.
Trong một khoảng thời gian xác định trước, các mẫu phải chịu sự lão hóa ở nhiệt độ và áp suất xác định trước của dòng không khí trong khi định kỳ nhúng cuộn dây đồng vào dầu, hoạt động như một chất gia tốc oxy hóa. Phù hợp với DIN 51 554-3 C, CL và CLP chất lỏng và HL, HLP, NM Dầu thủy lực được kiểm tra độ ổn định oxy hóa ở nhiệt độ 95 ° C. Số xà phòng hóa được biểu thị bằng mg KOH / g.
13. Khả năng chống lão hóa (phương pháp TOST)
Độ bền oxy hóa của dầu tuabin hơi và dầu thủy lực có chứa phụ gia được xác định theo DIN 51 587 Phương pháp TOSTđã được sử dụng trong nhiều năm để kiểm tra dầu tuabin và chất lỏng thủy lực dựa trên dầu khoáng. Đã sửa đổi (không có nước) khô TOST phương pháp được sử dụng để xác định khả năng chống oxy hóa của dầu thủy lực dựa trên các este.
Sự lão hóa của dầu bôi trơn được đặc trưng bởi sự gia tăng số lượng axit khi dầu tiếp xúc với oxy, nước, thép và đồng trong tối đa 1000 giờ ở 95 ° C (đường cong trung hòa với sự lão hóa). Lượng axit tăng tối đa cho phép là 2 mg KOH / g sau 1000 giờ.
14. Số axit (số trung hòa)
Số axit trong dầu thủy lực tăng lên do lão hóa, quá nhiệt hoặc oxy hóa. Kết quả là các sản phẩm bị lão hóa có thể tác động mạnh lên các máy bơm và ổ trục của hệ thống thủy lực. Do đó, chỉ số axit là một tiêu chí quan trọng để đánh giá tình trạng của chất lỏng thủy lực.
Số axit cho biết lượng chất có tính axit hoặc kiềm trong dầu bôi trơn. Axit trong dầu khoáng có thể tấn công các vật liệu xây dựng hệ thống thủy lực. Hàm lượng axit cao là không mong muốn, vì nó có thể là kết quả của quá trình oxy hóa.
15. Tính chất chống ôxy hóa bảo vệ liên quan đến thép / kim loại đen
Các đặc tính chống oxy hóa của tuabin và dầu thủy lực có chứa phụ gia liên quan đến thép / kim loại đen được xác định theo tiêu chuẩn
DIN 51 585.
Chất lỏng thủy lực thường chứa nước phân tán, hòa tan hoặc tự do, vì vậy chất lỏng thủy lực phải bảo vệ chống ăn mòn cho tất cả các cụm bị ướt trong mọi điều kiện vận hành, kể cả nhiễm nước. Phương pháp thử nghiệm này xác định tính năng của phụ gia chống ăn mòn trong một số điều kiện hoạt động khác nhau.
Dầu cần thử được trộn với nước cất (phương pháp A) hoặc nước biển nhân tạo (phương pháp B), khuấy liên tục (trong 24 h ở 60 ° C) bằng que thép nhúng vào hỗn hợp. Sau khi thanh thép được kiểm tra ăn mòn. Kết quả cho phép đánh giá các đặc tính bảo vệ chống ăn mòn của dầu liên quan đến các thành phần thép tiếp xúc với nước hoặc hơi nước:
độ ăn mòn 0 có nghĩa là không bị ăn mòn,
lớp 1 - ăn mòn nhẹ;
độ 2 - ăn mòn vừa phải;
độ 3 - ăn mòn nghiêm trọng.
16. Đặc tính chống mài mòn (máy bốn bóng Vỏ bọc; VKA, DIN 51350)
Bộ máy bốn bóng của công ty Vỏ bọcđược sử dụng để đo các đặc tính chống mài mòn và chịu cực áp của chất lỏng thủy lực. Khả năng chịu lực của chất lỏng thủy lực được thử nghiệm trong điều kiện ma sát biên. Phương pháp được sử dụng để xác định các giá trị cho dầu bôi trơn có phụ gia chịu được áp suất cao trong điều kiện ma sát biên giữa các mặt trượt. Dầu bôi trơn được thử nghiệm trong thiết bị bốn bi, bao gồm một bi quay (trung tâm) và ba bi cố định được bố trí thành một vòng. Trong các điều kiện thử nghiệm không đổi và trong một khoảng thời gian xác định, đường kính của miếng dán tiếp xúc trên ba viên bi tĩnh hoặc tải trọng trên viên bi quay, có thể tăng lên trước khi hàn với ba viên bi còn lại, được đo.
17. Tính ổn định cắt của dầu bôi trơn có chứa polyme
Để cải thiện các đặc tính nhiệt độ độ nhớt, polyme được đưa vào dầu bôi trơn, được sử dụng làm chất phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt. Khi trọng lượng phân tử tăng lên, những chất này ngày càng trở nên nhạy cảm hơn với tải trọng cơ học, chẳng hạn như tải trọng tồn tại giữa piston và xi lanh của nó. Để đánh giá độ ổn định cắt của dầu trong các điều kiện khác nhau, có một số phương pháp thử:
DIN 5350-6, phương pháp bốn bóng, DIN 5354-3,FZG phương pháp và DIN 51 382, phương pháp phun nhiên liệu diesel.
Giảm độ nhớt tương đối do cắt sau 20 giờ thử nghiệm DIN 5350-6 (xác định độ ổn định cắt của dầu bôi trơn có chứa polyme dùng cho ổ lăn ống lót côn) được áp dụng theo DIN 51 524-3 (2006); Khuyến nghị giảm độ nhớt cắt ít hơn 15%.
18. Thử nghiệm cơ học chất lỏng thủy lực trong máy bơm cánh quay ( DIN 51 389-2)
Thử nghiệm trên máy bơm Vickers và máy bơm từ các nhà sản xuất khác cho phép đánh giá thực tế về hiệu suất của chất lỏng thủy lực. Tuy nhiên, các phương pháp thử nghiệm thay thế hiện đang được phát triển (cụ thể là dự án DGMK 514 - thử nghiệm cơ học của chất lỏng thủy lực).
Phương pháp Vickers được sử dụng để xác định đặc tính chống mài mòn của chất lỏng thủy lực trong bơm cánh gạt ở nhiệt độ và áp suất nhất định (140 atm, 250 h độ nhớt của chất lỏng vận hành là 13 mm 2 / s ở các nhiệt độ khác nhau). Khi kết thúc thử nghiệm, các vòng và cánh được kiểm tra độ mòn ( vickers V-104Với 10 hoặc vickers V-105Với mười). Giá trị mòn tối đa cho phép:< 120 мг для кольца и < 30 мг для крыльев.
19. Đặc tính chống mài mòn (thử nghiệm trên bánh răng FZGđứng; DIN 534-1and-2)
Chất lỏng thủy lực, đặc biệt là loại có độ nhớt cao, được sử dụng làm dầu thủy lực và bôi trơn trong các hệ thống kết hợp. Độ nhớt động lực là yếu tố chính trong tính năng chống mài mòn trong bôi trơn thủy động. Ở tốc độ trượt thấp hoặc áp suất cao trong điều kiện ma sát biên, các đặc tính chống mài mòn của chất lỏng phụ thuộc vào các chất phụ gia được sử dụng (hình thành lớp phản ứng). Các điều kiện biên này được tái tạo khi kiểm tra FZGđứng.
Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để xác định các đặc tính biên của chất bôi trơn. Một số bánh răng quay ở một tốc độ nhất định được bôi trơn bằng cách bắn hoặc phun dầu, nhiệt độ ban đầu của chúng được ghi lại. Tải trọng lên chân răng được tăng lên theo từng bước và các đặc điểm của sự xuất hiện của chân răng được ghi lại. Quy trình này được lặp lại cho đến giai đoạn tải cuối cùng thứ 12: Áp suất Hertzian ở giai đoạn tải thứ 10 trong băng tham gia là 1539 N / mm2; ở giai đoạn 11 - 1,691 N / mm 2; ở giai đoạn thứ 12 - 1,841 N / mm 2. Nhiệt độ ban đầu ở giai đoạn 4 là 90 ° C, vận tốc ngoại vi là 8,3 m / s, không xác định được giới hạn nhiệt độ; hình học bánh răng được sử dụng.
Giai đoạn hư hỏng tải được xác định bởi DIN 51 524-2. Để có kết quả tích cực, nó phải là bước ít nhất là thứ 10. Chất lỏng thủy lực đáp ứng các yêu cầu ISO VG 46, không chứa phụ gia chống mài mòn, thường đạt tải ở giai đoạn 6 (≈ 929 N / mm 2). Chất lỏng thủy lực có chứa kẽm thường đạt ít nhất giai đoạn tải thứ 10-11 trước khi hỏng. Cái gọi là không chứa kẽm ZAF chất lỏng thủy lực có thể chịu tải ở giai đoạn 12 hoặc cao hơn.
Roman Maslov.
Dựa trên tư liệu từ các ấn phẩm nước ngoài.
Khi nhiệt độ thay đổi, sự thay đổi kích thước của chất rắn xảy ra, hiện tượng này được gọi là sự nở vì nhiệt. Có tuyến tính và giãn nở nhiệt theo thể tích. Các quá trình này được đặc trưng bởi các hệ số giãn nở nhiệt (nhiệt): - Hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính trung bình, hệ số giãn nở nhiệt thể tích trung bình.
ĐỊNH NGHĨA
Hệ số giãn nở nhiệt gọi là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi các kích thước tuyến tính của vật rắn với sự thay đổi nhiệt độ của nó.
Áp dụng, thường là hệ số trung bình của khai triển tuyến tính. Đây là một đặc điểm của sự giãn nở nhiệt của vật liệu.
Nếu chiều dài ban đầu của cơ thể là, - độ dài của nó khi nhiệt độ cơ thể tăng lên bằng, thì nó được xác định theo công thức:
Hệ số giãn dài tuyến tính là một đặc trưng của độ giãn dài tương đối (), xảy ra khi nhiệt độ cơ thể tăng lên 1K.
Khi tăng nhiệt độ, thể tích của chất rắn tăng. Như một phép gần đúng đầu tiên, chúng ta có thể giả định rằng:
đâu là thể tích ban đầu của cơ thể, là sự thay đổi nhiệt độ cơ thể. Khi đó hệ số nở thể tích của vật là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi tương đối thể tích của vật (), xảy ra khi nung nóng vật thêm 1 K mà áp suất không đổi. Định nghĩa toán học của hệ số của khai triển thể tích là công thức:
Sự nở vì nhiệt của một vật rắn có liên quan đến tính bất tích của dao động nhiệt của các phần tử tạo nên mạng tinh thể của vật rắn. Kết quả của những dao động này, khi nhiệt độ cơ thể tăng lên, khoảng cách cân bằng giữa các hạt lân cận của vật thể này tăng lên.
Khi thể tích của một cơ thể thay đổi, mật độ của nó thay đổi:
ở đâu là khối lượng riêng ban đầu và là khối lượng riêng của chất ở nhiệt độ mới. Vì giá trị nên biểu thức (4) đôi khi được viết là:
Hệ số nở vì nhiệt phụ thuộc vào chất. Nói chung, chúng sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ. Hệ số giãn nở nhiệt được coi là không phụ thuộc vào nhiệt độ trong một khoảng nhiệt độ nhỏ.
Có một số chất có hệ số nở vì nhiệt âm. Do đó, khi nhiệt độ tăng lên, các vật liệu đó sẽ co lại. Điều này thường xảy ra trong một phạm vi nhiệt độ hẹp. Có những chất mà hệ số nở vì nhiệt gần như bằng không ở xung quanh một khoảng nhiệt độ nhất định.
Biểu thức (3) không chỉ dùng cho chất rắn mà còn dùng cho chất lỏng. Đồng thời, người ta coi hệ số nở vì nhiệt của chất lỏng rơi không thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Tuy nhiên, khi tính toán hệ thống sưởi ấm, nó được tính đến.
Mối quan hệ của các hệ số giãn nở nhiệt
Các đơn vị
Đơn vị đo cơ bản của hệ số giãn nở nhiệt trong hệ SI là:
Ví dụ về giải quyết vấn đề
VÍ DỤ 1
| Bài tập | Để xác định hệ số nở thể tích của chất lỏng, người ta sử dụng dụng cụ gọi là pycnomet. Đây là những bình thủy tinh có cổ hẹp (Hình 1). Trên cổ có đánh dấu dung tích của bình (thường tính bằng ml). Pycnometers được sử dụng như thế nào? |
| Quyết định | Hệ số nở thể tích được đo như sau. Tỷ trọng kế được đổ đầy chất lỏng đã khảo sát, đến vạch đã chọn. Bình được nung nóng, ghi nhận sự thay đổi độ của chất. Với các giá trị đã biết như: thể tích ban đầu của áp kế, diện tích mặt cắt ngang của rãnh cổ bình, sự thay đổi nhiệt độ xác định tỷ lệ thể tích ban đầu của chất lỏng đi vào cổ bình. pycnomet khi được làm nóng thêm 1 K. Cần lưu ý rằng hệ số nở của chất lỏng lớn hơn giá trị thu được, vì đã có sự đốt nóng và giãn nở và các bình. Do đó, để tính hệ số nở của chất lỏng, người ta thêm vào hệ số nở của chất của bình (thường là thủy tinh). Cần phải nói rằng, vì hệ số giãn nở thể tích của thủy tinh nhỏ hơn đáng kể so với chất lỏng, nên trong các tính toán gần đúng, hệ số giãn nở của thủy tinh có thể được bỏ qua. |
VÍ DỤ 2
| Bài tập | Nêu đặc điểm của sự nở ra của nước? Ý nghĩa của hiện tượng này là gì? |
| Quyết định | Không giống như hầu hết các chất lỏng khác, nước chỉ nở ra khi nhiệt độ trên 4 o C. Trong khoảng nhiệt độ, thể tích của nước giảm khi nhiệt độ tăng. Nước ngọt tại có tỷ trọng tối đa. Đối với nước biển, mật độ tối đa đạt được tại. Sự gia tăng áp suất làm giảm nhiệt độ của khối lượng riêng lớn nhất của nước. Vì gần 80% bề mặt hành tinh của chúng ta được bao phủ bởi nước, các đặc điểm của sự mở rộng của nó đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra khí hậu trên Trái đất. Những tia nắng chiếu xuống mặt nước, làm nóng nó. Nếu nhiệt độ dưới 1-2 o C thì lớp nước nóng lên có khối lượng riêng lớn hơn lớp nước lạnh đi và chìm xuống dưới. Đồng thời, vị trí của chúng bị chiếm bởi các lớp lạnh hơn, do đó sẽ nóng lên. Vì vậy, có sự thay đổi liên tục của các lớp nước và điều này dẫn đến việc đốt nóng cột nước, cho đến khi đạt được khối lượng riêng lớn nhất. Sự gia tăng nhiệt độ hơn nữa dẫn đến thực tế là các lớp nước phía trên giảm mật độ của chúng và vẫn ở trên cùng. Vì vậy, nó chỉ ra rằng một lớp nước lớn nóng lên đến nhiệt độ của mật độ tối đa khá nhanh chóng, và sự gia tăng nhiệt độ tiếp theo là chậm. Kết quả là, các vùng nước sâu của Trái đất từ độ sâu nhất định có nhiệt độ khoảng 2-3 o C. Đồng thời, nhiệt độ của các lớp nước trên trong biển của các nước ấm có thể có nhiệt độ khoảng 30 o C và cao hơn. |
Liên kết giữa các hạt chất lỏng, như chúng ta đã biết, yếu hơn liên kết giữa các phân tử trong chất rắn. Do đó, cần mong đợi rằng chất lỏng nở ra ở mức độ lớn hơn chất rắn trong điều kiện đốt nóng như nhau. Điều này thực sự được xác nhận bởi kinh nghiệm.
Đổ chất lỏng có màu (nước hoặc dầu hỏa tốt hơn) vào một bình có cổ hẹp và dài đến nửa cổ bình và đánh dấu mức chất lỏng bằng vòng cao su. Sau đó, hạ bình vào bình có nước nóng. Đầu tiên, mực chất lỏng ở cổ bình sẽ giảm xuống, sau đó mức sẽ bắt đầu tăng và cao hơn đáng kể so với mức ban đầu. Đó là do lúc đầu bình bị nung nóng và thể tích của nó tăng lên. Điều này làm cho mực chất lỏng giảm xuống. Sau đó, chất lỏng được làm nóng. Mở rộng ra, nó không chỉ lấp đầy thể tích tăng lên của tàu mà còn vượt quá thể tích này một cách đáng kể. Do đó, chất lỏng nở ra ở mức độ lớn hơn chất rắn.
Hệ số nhiệt độ của sự nở ra theo thể tích của chất lỏng lớn hơn nhiều so với hệ số của sự nở ra theo thể tích của chất rắn; chúng có thể đạt giá trị 10 -3 K -1.
Chất lỏng không thể được làm nóng nếu không làm nóng bình chứa nó. Do đó, chúng ta không thể quan sát sự giãn nở thực sự của chất lỏng trong bình, vì sự nở ra của bình đánh giá thấp hơn sự gia tăng thể tích rõ ràng của chất lỏng. Tuy nhiên, hệ số giãn nở thể tích của thủy tinh và các chất rắn khác thường nhỏ hơn nhiều so với hệ số nở thể tích của chất lỏng, và nếu các phép đo không chính xác lắm, có thể bỏ qua việc tăng thể tích của bình.
Tính năng giãn nở nước
Chất lỏng phổ biến nhất trên Trái đất - nước - có những tính chất đặc biệt giúp phân biệt nó với các chất lỏng khác. Trong nước khi đun nóng từ 0 đến 4oC thì thể tích không tăng mà giảm đi. Chỉ từ 4 ° C thể tích của nước mới bắt đầu tăng khi đun nóng. Do đó, ở 4 ° C, thể tích của nước là nhỏ nhất và tỷ trọng là tối đa *. Hình 9.4 cho thấy mối quan hệ gần đúng giữa mật độ nước và nhiệt độ.
* Những dữ liệu này đề cập đến nước ngọt (tinh khiết về mặt hóa học). Nước biển có tỷ trọng cao nhất vào khoảng 3 ° C.
Tính chất đặc biệt được chú ý của nước có ảnh hưởng lớn đến bản chất của sự truyền nhiệt trong các khối nước. Khi nước được làm lạnh, mật độ của các lớp trên đầu tiên tăng lên, và chúng chìm xuống dưới. Nhưng sau khi không khí đạt đến nhiệt độ 4 ° C, việc làm mát thêm đã làm giảm mật độ và các lớp nước lạnh vẫn còn trên bề mặt. Kết quả là, trong các hồ chứa sâu, ngay cả ở nhiệt độ không khí rất thấp, nước có nhiệt độ khoảng 4 ° C.
Thể tích của thể lỏng và thể rắn đều tăng tỉ lệ thuận với sự tăng của nhiệt độ. Một điểm bất thường được tìm thấy gần nước: mật độ của nó là tối đa ở 4 ° C.
§ 9.4. Tính toán và sử dụng sự giãn nở nhiệt của các cơ thể trong kỹ thuật
Mặc dù kích thước tuyến tính và thể tích của các vật thể thay đổi ít khi nhiệt độ thay đổi, tuy nhiên, sự thay đổi này thường phải được tính đến trong thực tế; Đồng thời, hiện tượng này được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày và công nghệ.
Tính toán sự giãn nở nhiệt của các vật thể
Sự thay đổi kích thước của chất rắn do sự giãn nở nhiệt dẫn đến sự xuất hiện của lực đàn hồi rất lớn nếu các vật thể khác ngăn cản sự thay đổi kích thước này. Ví dụ, một dầm cầu bằng thép có tiết diện 100 cm 2, khi bị nung nóng từ -40 ° C vào mùa đông đến +40 ° C vào mùa hè, nếu các gối đỡ ngăn cản sự kéo dài của nó, sẽ tạo ra áp lực lên các gối đỡ (ứng suất) lên đến 1,6 10 8 Pa, tức là nó tác dụng lên các giá đỡ một lực 1,6 10 6 N.
Các giá trị đã cho có thể nhận được từ định luật Hooke và công thức (9.2.1) về sự giãn nở vì nhiệt của các vật thể.
Theo định luật Hooke, ứng suất cơ học 
,ở đâu 
- kéo dài, a E- Mô đun của Young. Theo (9.2.1) 
. Thay giá trị của độ giãn dài tương đối này vào công thức của định luật Hooke, chúng ta thu được
(9.4.1)
Steel có mô-đun của Young E= 2,1 10 11 Pa, hệ số nhiệt độ của giãn nở tuyến tính α 1 \ u003d 9 10 -6 K -1. Thay các dữ liệu này vào biểu thức (9.4.1), chúng ta thu được giá trị đó cho Δ t = 80 ° С ứng suất cơ σ = 1,6 10 8 Pa.
Như S \ u003d 10 -2 m 2, thì lực F = σS = 1,6 10 6 N.
Để chứng minh các lực xuất hiện khi một thanh kim loại nguội đi, có thể làm thí nghiệm sau. Chúng tôi nung nóng một thanh sắt có một lỗ ở đầu để cắm một thanh gang vào (Hình 9.5). Sau đó, chúng tôi lắp thanh này vào một giá đỡ kim loại lớn có rãnh. Khi thanh bị nguội, nó co lại, và lực đàn hồi lớn như vậy phát sinh trong nó làm cho thanh gang bị gãy.
Sự giãn nở nhiệt của các cơ thể phải được tính đến khi thiết kế nhiều kết cấu. Các biện pháp phải được thực hiện để đảm bảo rằng các vật thể không bị giãn nở hoặc co lại khi nhiệt độ thay đổi.
Chẳng hạn, không thể kéo chặt dây điện báo, cũng như dây của đường dây điện (đường dây điện) giữa các giá đỡ. Vào mùa hè, độ võng của dây nhiều hơn đáng kể so với mùa đông.
Các đường ống dẫn hơi bằng kim loại, cũng như các đường ống làm nóng nước, phải được uốn cong (bộ bù) ở dạng vòng (Hình 9.6).
Ứng suất bên trong có thể phát sinh trong quá trình đốt nóng không đều của một vật thể đồng nhất. Ví dụ, một chai thủy tinh hoặc bình thủy tinh làm bằng thủy tinh dày có thể bị vỡ nếu nước nóng được đổ vào chúng. Trước hết, các bộ phận bên trong của bình tiếp xúc với nước nóng được làm nóng. Chúng nở ra và gây nhiều áp lực lên các bộ phận lạnh bên ngoài. Do đó, việc phá hủy tàu có thể xảy ra. Một ly thủy tinh mỏng không bị vỡ khi nước nóng được đổ vào, vì các bộ phận bên trong và bên ngoài của nó nóng lên nhanh chóng như nhau.
Thủy tinh thạch anh có hệ số giãn nở tuyến tính theo nhiệt độ rất thấp. Kính như vậy chịu được, mà không bị nứt, làm nóng hoặc làm mát không đồng đều. Ví dụ, nước lạnh có thể được đổ vào một bình thủy tinh thạch anh nóng đỏ, trong khi một bình thủy tinh thông thường sẽ vỡ trong một thí nghiệm như vậy.
Các vật liệu khác nhau được gia nhiệt và làm mát định kỳ chỉ được nối với nhau khi kích thước của chúng thay đổi theo cùng một cách với sự thay đổi nhiệt độ. Điều này đặc biệt quan trọng đối với kích thước sản phẩm lớn. Vì vậy, ví dụ, sắt và bê tông nở ra giống nhau khi bị nung nóng. Đó là lý do tại sao bê tông cốt thép đã trở nên phổ biến - một giải pháp bê tông cứng đổ vào một mạng lưới thép - cốt thép (Hình 9.7). Nếu sắt và bê tông giãn nở khác nhau, thì do sự dao động nhiệt độ hàng ngày và hàng năm, kết cấu bê tông cốt thép sẽ sớm sụp đổ.
Thêm một vài ví dụ. Dây dẫn kim loại được hàn vào bóng đèn thủy tinh của đèn điện và đèn radio được làm bằng hợp kim (sắt và niken) có cùng hệ số giãn nở với thủy tinh, nếu không thủy tinh sẽ bị nứt khi kim loại bị nung nóng. Lớp men mà các món ăn được phủ lên, và kim loại mà từ đó các món ăn này được tạo ra, phải có cùng hệ số giãn nở tuyến tính. Nếu không, lớp men sẽ vỡ ra khi bát đĩa được làm nóng và nguội.
Lực đáng kể cũng có thể được tạo ra bởi chất lỏng nếu nó được nung nóng trong một bình kín không cho chất lỏng nở ra. Những lực này có thể dẫn đến phá hủy các bình chứa chất lỏng. Do đó, tính chất này của chất lỏng cũng phải được xem xét. Ví dụ, các hệ thống đường ống làm nóng nước luôn được cung cấp một bình giãn nở gắn trên đỉnh của hệ thống và thông ra khí quyển. Khi nước được làm nóng trong hệ thống ống, một phần nhỏ nước sẽ đi vào bình giãn nở, và điều này giúp loại bỏ trạng thái căng thẳng của nước và đường ống. Vì lý do tương tự, máy biến áp điện làm mát bằng dầu có một bình giãn nở dầu ở trên. Khi nhiệt độ tăng, mức dầu trong két tăng lên, khi nguội dầu sẽ giảm.
Sự nở vì nhiệt của chất lỏng là nó có thể thay đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi. Thuộc tính này được đặc trưng bởi hệ số nhiệt độ của sự giãn nở thể tích , đại diện cho sự thay đổi tương đối của thể tích chất lỏng với sự thay đổi nhiệt độ trên một đơn vị (1 o C) và ở áp suất không đổi:
Bằng cách tương tự với đặc tính nén của chất lỏng, chúng ta có thể viết
hoặc thông qua mật độ
Sự thay đổi thể tích cùng với sự thay đổi nhiệt độ xảy ra do sự thay đổi tỷ trọng.
Đối với hầu hết các chất lỏng, hệ số t giảm khi tăng áp suất. Hệ số t với sự giảm tỷ trọng của các sản phẩm dầu từ 920 trước 700 kg / m 3 tăng từ 0,0006 trước 0,0008 ; cho chất lỏng thủy lực t thường được lấy không phụ thuộc vào nhiệt độ. Đối với những chất lỏng này, sự gia tăng áp suất từ khí quyển đến 60 MPa dẫn đến tăng trưởng t khoảng 10 – 20 % . Đồng thời, nhiệt độ của chất lỏng làm việc càng cao thì mức tăng càng lớn. t . Đối với nước có áp suất tăng dần ở nhiệt độ lên đến 50 Về C t phát triển và ở nhiệt độ trên 50 Về C giảm dần.
Sự hòa tan của khí
Sự hòa tan của khí - khả năng của một chất lỏng để hấp thụ (hòa tan) các chất khí tiếp xúc với nó. Tất cả các chất lỏng đều hấp thụ và hòa tan các chất khí ở một mức độ nào đó. Tính chất này được đặc trưng hệ số hòa tan k R .
E 
Nếu chất lỏng trong bình kín tiếp xúc với chất khí ở áp suất P
1
, sau đó khí sẽ bắt đầu hòa tan trong chất lỏng. Sau một lúc
chất lỏng sẽ bão hòa với khí và áp suất trong bình sẽ thay đổi. Hệ số hòa tan liên hệ giữa sự thay đổi áp suất trong bình với thể tích khí hòa tan và thể tích chất lỏng theo mối quan hệ sau
ở đâu V G là thể tích khí hoà tan ở điều kiện thường,
V ổn là thể tích của chất lỏng,
P 1 và P 2 là áp suất khí ban đầu và cuối cùng.
Hệ số hòa tan phụ thuộc vào loại chất lỏng, chất khí và nhiệt độ.
Ở nhiệt độ 20 ºС và áp suất khí quyển, nước chứa khoảng 1,6% không khí hòa tan theo thể tích ( k P = 0,016 ). Với nhiệt độ ngày càng tăng từ 0 trước 30 ºС hệ số hòa tan của không khí trong nước giảm dần. Hệ số hòa tan của không khí trong dầu ở nhiệt độ 20 ºС nói về 0,08 – 0,1 . Khí oxi có độ hòa tan cao hơn không khí nên hàm lượng oxi của không khí hòa tan trong chất lỏng xấp xỉ 50% cao hơn khí quyển. Khi áp suất giảm, khí thoát ra khỏi chất lỏng. Quá trình biến đổi khí diễn ra mạnh mẽ hơn quá trình hòa tan.
Sôi
Sự sôi là khả năng chất lỏng chuyển sang trạng thái khí. Nếu không, thuộc tính này của chất lỏng được gọi là bay hơi .
Chất lỏng có thể được làm sôi bằng cách tăng nhiệt độ đến các giá trị lớn hơn nhiệt độ sôi ở một áp suất nhất định, hoặc bằng cách hạ áp suất đến các giá trị nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa. P np chất lỏng ở nhiệt độ nhất định. Sự tạo thành bọt khí khi giảm áp suất đến áp suất hơi bão hòa được gọi là sự sôi nguội.
Một chất lỏng mà từ đó khí hòa tan trong nó đã được loại bỏ được gọi là đã khử khí. Trong chất lỏng như vậy, sự sôi không xảy ra ngay cả ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi ở một áp suất nhất định.
Ege trong kết quả vật lý
Cách đăng ký dự thi cho các thí sinh tốt nghiệp các năm trước.
Cơ hội vào ngân sách là bao nhiêu: theo số điểm, theo trường đại học, theo chuyên ngành