border=0


border=0

Hlavné vlastnosti kvapiek tekutín

Hlavnou mechanickou charakteristikou kvapaliny je jej hustota. Hustota r je hmotnosť tekutiny obsiahnutá v jednotkovom objeme: pre homogénnu tekutinu
kg / m3 (1,4)

kde M je hmotnosť kvapaliny v objeme W.

Merná hmotnosť g je hmotnosť na jednotku objemu kvapaliny, t.j.
n / m 3 (1,5)
Vzťah medzi špecifickou hmotnosťou g a hustotou r sa dá ľahko nájsť ; v súlade s týmto
(1.6)
V prípade nehomogénnej kvapaliny vzorce (1.4) a (1.5) určujú iba priemerné hodnoty hustoty a mernej hmotnosti v danom objeme. Skutočné hodnoty týchto parametrov sa určujú vyhľadaním limitu zodpovedajúcich vzťahov, pričom sa objem upraví na nulu.
Zvážte základné fyzikálne vlastnosti kvapiek tekutín.

Stlačiteľnosť alebo vlastnosť tekutiny meniť svoj objem pod vplyvom tlaku je charakterizovaná objemovým kompresným koeficientom bp, čo je relatívna zmena objemu na jednotku tlaku, t.j.

(1.7)
Znak mínus vo vzorci je spôsobený skutočnosťou, že zvýšenie tlaku p zodpovedá zníženiu objemu W. Ak vezmeme do úvahy prírastok tlaku Dp = p - p0 a zmenu objemu DW = W - W0, získame W = W0 (1 - bp) alebo, ak vezmeme do úvahy (1.4), dostaneme mať
(1.8)
kde r0 a r sú hodnoty hustoty pri tlakoch p0 a p.
Vzájomným koeficientom bp je objemový modul elasticity K. Vyjadrením objemu hustotou a prechodom na diferenciály získame
(1.9)
kde a je rýchlosť zvuku. V prípade kvapiek tekutín modul K mierne stúpa so zvyšujúcou sa teplotou a zvyšuje sa so zvyšujúcim sa tlakom. V prípade vody je atmosférický tlak približne 20 000 kg / cm2. Ako vyplýva zo vzorca (1.8), pri zvyšujúcom sa tlaku vody, napríklad na 400 kg / cm2 , sa jeho hustota zvyšuje iba o 2%, rovnaká zmena hustoty sa pozoruje aj pre iné kvapaliny. Preto sa kvapkajúce kvapaliny môžu vo väčšine prípadov považovať za prakticky nestlačiteľné, t.j. vziať ich hustotu r nezávislú od tlaku.

Stlačiteľnosť tekutín by sa mala brať do úvahy buď pri veľmi vysokých tlakoch (rádovo 1 000 kg / cm 2 v pohonoch), alebo pri výpočte elastických vibrácií hydraulických systémov (pre tlaky presahujúce 25 kg / cm 2 ). Rozlišujte medzi adiabatickým a izotermálnym modulom pružnosti. Prvý je o niečo väčší ako druhý a prejavuje sa počas rýchlo sa vyskytujúcich procesov stlačovania kvapaliny bez výmeny tepla s okolím.

Tepelná rozťažnosť je charakterizovaná koeficientom objemového expanzného koeficientu bT, čo je relatívna zmena objemu so zmenou teploty 10 ° C, t.j.

(1.10)

Za predpokladu, že DW = W - W0, dostaneme W = W0 (1 + bTDT) (1.11)

kde r0 a r sú hodnoty hustoty pri teplotách T0 a T. Pre vodu sa koeficient bT zvyšuje s tlakom a teplotou (14 x 10-6 pri 00 ° C a 1 kg / cm2, 700 x 10-6 pri 1000 ° C a 100 kg / cm 2 ), pre minerálnu tekutinu AMG - 10 v tlakovom rozmedzí od 0 do 150 kg / cm2 sa prakticky nemení a rovná sa 800 x 10-6 1/06.

Odolnosť voči napínaniu vo vnútri odkvapkávajúcich tekutín. Podľa molekulárnej teórie to môže byť veľmi významné - až do 10 000 kg / cm2. Pri pokusoch s dôkladne vyčistenou a odplynenou vodou sa v nej získali krátkodobé ťahové napätia až do 230 - 280 kg / cm2. Technicky čisté kvapaliny obsahujúce suspendované pevné látky a malé bublinky plynu však nemôžu odolať ani menšiemu ťahovému namáhaniu. Preto v budúcnosti budeme predpokladať, že ťahové napätia v kvapkajúcich kvapalinách nie sú možné.

Sily povrchového napätia pôsobia na povrch kvapaliny, ktoré majú tendenciu dodávať objemu kvapaliny sférický tvar a spôsobujú určitý dodatočný tlak v kvapaline. Tento tlak však ovplyvňuje iba malé rozmery a sférické objemy (kvapky) sa určuje podľa vzorca


  • kde r je polomer gule;
    s je koeficient povrchového napätia kvapaliny.

Pre vzduch hraničiaci so vzduchom je to 73, pre ortuť 460 dyn / cm. S rastúcou teplotou povrchové napätie klesá. V rúrkach s malým priemerom (kapiláry) spôsobuje dodatočný tlak spôsobený povrchovým napätím vzostup alebo pokles kvapaliny v porovnaní s normálnou hladinou. Výška stúpania zmáčacej kvapaliny (zníženie nezmáčateľnej kvapaliny) v sklenenej skúmavke s priemerom d je stanovená vzorcom pre hemisférický meniskus

kde k má nasledujúce hodnoty v mm 2 : pre vodu +30, pre ortuť –10,1, pre alkohol +11,5. Pri použití sklenených trubíc v zariadeniach na meranie tlaku, ako aj v niektorých prípadoch odtoku tekutín, je potrebné sa stretnúť s javom kapilár. Obzvlášť dôležité je zváženie síl povrchového napätia kvapaliny pri nulovej gravitácii.

Viskozita je vlastnosť tekutiny odolávať strihu (alebo šmyku) jej vrstiev. Táto vlastnosť sa prejavuje v skutočnosti, že za určitých podmienok vznikajú v tekutine tangenciálne napätia. Viskozita je opakom tekutosti. Keď viskózna tekutina tečie pozdĺž pevnej steny, tok je inhibovaný kvôli viskozite (Obr. 1.2).

Obr. 1.2


Rýchlosť vrstiev v sa zmenšuje so zmenšujúcou sa vzdialenosťou od steny y do v = 0 pri y = 0 a medzi vrstvami dochádza k prekĺzavaniu, ktoré je sprevádzané výskytom šmykových napätí. Podľa hypotézy, ktorú prvýkrát vyjadril Newton, tangenciálne napätie v tekutine závisí od druhu a povahy toku a pri vrstvenom toku sa mení v priamej proporcii k tzv. Priečnemu gradientu rýchlosti; v súlade s tým budeme mať pre nekonečnú stenu

(1.12)

kde m je koeficient proporcionality, nazývaný dynamický koeficient viskozity kvapaliny;

dv je prírastok rýchlosti zodpovedajúci prírastku súradnicovej dy (obr. 1.2.).

Priečny gradient rýchlosti dv / dy určuje zmenu rýchlosti na jednotku dĺžky v smere y, a preto charakterizuje intenzitu posunu vrstiev tekutiny v danom bode.

V prípade stáleho tangenciálneho napätia na povrch S je celková tangenciálna sila (trecia sila) pôsobiaca na tento povrch

(1.13)

Aby sme určili rozmer koeficientu viskozity, riešime rovnicu (1.12) s ohľadom na m, čím dostaneme výsledok

nxs / m2

V systéme GHS sa berie jednotka viskozity

1 poise = 1 dynxs / cm2 = 0,1 nxs / m2

Spolu s dynamickým viskozitným koeficientom m sa používa aj tzv. Kinematický viskozitný koeficient.

(1.14)

Ako jednotka merania kinematického viskozitného koeficientu sa používa 1 zdvih = 1 cm2 / s. Stotý podiel Stoke sa nazýva centistoky. V systéme SI je rozmer n - m 2 / s. Absencia dimenzie sily v dimenzii tejto veličiny bola dôvodom jej nazvania kinematickým koeficientom viskozity.

Viskozita kvapkajúcich kvapalín závisí od teploty a klesá so zvyšovaním tejto kvapaliny. Viskozita plynov sa zvyšuje s teplotou.

Je to kvôli rozdielu v povahe viskozity v kvapalinách a plynoch. Molekuly v kvapalinách sú oveľa bližšie k sebe ako v plynoch a viskozita je spôsobená molekulárnou súdržnosťou. Tieto sily sa znižujú so zvyšujúcou sa teplotou, takže klesá viskozita. V plynoch je viskozita spôsobená hlavne náhodným tepelným pohybom molekúl, ktorého intenzita sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Charakteristické krivky viskozity v závislosti na teplote sú znázornené na obr. 1.3.

Obr. 1.3

Vplyv teploty na viskozitu kvapaliny sa dá odhadnúť podľa nasledujúceho vzorca

kde m a m0 sú hodnoty viskozity pri teplotách T a T0;

l je koeficient, ktorého hodnota pre oleje sa pohybuje medzi 0,02 - 0,03.

Viskozita kvapalín tiež závisí od tlaku, avšak táto závislosť sa prejavuje významne iba pri pomerne veľkých zmenách tlaku rádovo niekoľko sto kg / cm2.

Zo zákona trenia, vyjadreného rovnicou (1.12), vyplýva, že trecie napätia sú možné iba v pohybujúcej sa tekutine, t. J. Viskozita tekutiny sa prejavuje počas svojho toku. V kvapaline v pokoji sa predpokladá tangenciálne napätie rovnajúce sa nule.

Volatilita. Táto vlastnosť je inherentná všetkým kvapkajúcim tekutinám.
Jedným z ukazovateľov charakterizujúcich prchavosť kvapaliny je jej teplota varu pri normálnom atmosférickom tlaku: čím vyššia je teplota varu, tým nižšia je volatilita kvapaliny. V hydraulických systémoch je normálny atmosférický tlak iba zvláštny prípad; zvyčajne je potrebné zaoberať sa odparovaním a niekedy aj varom tekutín v uzavretých priestoroch pri rôznych teplotách a tlakoch. Preto je úplnejšou charakteristikou odparovania tlak nasýtených pár pn, vyjadrený ako funkcia teploty. Čím vyšší je tlak nasýtených pár pri danej teplote, tým väčšie je odparovanie kvapaliny. S rastúcou teplotou sa však tlak pn v rôznych kvapalinách zvyšuje na rôzne stupne. Konkrétne údaje možno nájsť v referenčnej literatúre o termofyzikálnych vlastnostiach kvapalín.

Rozpustnosť plynov v kvapalinách nastáva za všetkých podmienok, ale množstvo rozpusteného plynu na jednotku objemu kvapaliny je rôzne pre rôzne kvapaliny a mení sa so zvyšujúcim sa tlakom. Relatívny objem plynu rozpustného v kvapaline, kým nie je úplne nasýtený, sa môže považovať za priamo úmerný tlaku, t.j.

kde Wg je objem rozpusteného plynu za normálnych podmienok;
Wzh je objem kvapaliny;
pi a p2 sú počiatočný a konečný tlak plynu.

Koeficient rozpustnosti k vzduchu má pri 200 ° C nasledujúce hodnoty: pre vodu 0,016, pre AMG-10 0,104.

Keď tlak v kvapaline klesá, uvoľňuje sa v nej rozpustený plyn a plyn sa z kvapaliny uvoľňuje intenzívnejšie, ako sa v nej rozpúšťa. Tento jav môže nepriaznivo ovplyvniť činnosť hydraulických systémov.





Prečítajte si tiež:

Miestny odpor

Režimy prúdenia tekutín v potrubiach a základy podobnosti

Hydrostatický tlak a jeho vlastnosti

Univerzálny regulátor otáčok (URS)

Radiálne piestové stroje

Späť na index: Hydraulické systémy a hydraulické stroje

2019 @ edudocs.pro