Механічні характеристики й основні властивості рідин

Основні механічні характеристики

Однією з основних механічних характеристик рідини є її щільність. Щільністю рідини називають масу рідини укладену в одиницю об'єму.

Питомою вагою називають вагу одиниці об'єму рідини, який визначається по формулі:

Зі збільшенням температури питома вага рідини зменшується.

Основні фізичні властивості

1. Стискуваність - властивість рідини змінювати свій об’єм під дією тиску. Стискуваність рідини характеризується коефіцієнтом об'ємного стискання, який визначається по формулі

де V - первісний об’єм рідини, dV - зміна цього об’єму, при збільшенні тиску на величину dР.

Величина зворотна V називається модулем об'ємної пружності рідини:

Модуль об'ємної пружності не постійний і залежить від тиску й температури. При гідравлічних розрахунках стискуваністю рідини звичайно зневажають і вважають рідини практично нестисливими. Стискання рідин в основному обумовлене стисканням розчиненого в них газу.

Стискальність знижує жорсткість гідроприводу, тому що, на стискання затрачується енергія. Стискальність може бути причиною виникнення автоколивань у гідросистемі, створює запізнювання в спрацьовуванні гідроапаратури і виконавчих механізмах.

Іноді стискальність рідин корисна - її використовують у гідравлічних амортизаторах і пружинах.

2. Температурне розширення - відносна зміна об’єму рідини при збільшенні температури на 1°С при Р = const. Характеризується коефіцієнтом температурного розширення

Оскільки для капельних рідин коефіцієнт температурного розширення мізерно малий, то при практичних розрахунках його не враховують.

3. Опір розтяганню. Особливими фізичними дослідами було показано, що рідина, яка знаходиться у спокої (зокрема вода, ртуть) іноді здатна пручатися дуже великим розтяжним зусиллям. Але у звичайних умовах такого не відбувається, і тому вважають, що рідина не здатна пручатися розтяжним зусиллям.

Мал. 1.6. Сили поверхневого натягу

4. Сили поверхневого натягу - ці сили прагнуть додати сферичну форму рідині. Сили поверхневого натягу обумовлені поверхневими силами й спрямовані завжди усередину об’єму, що розглядається перпендикулярно вільної поверхні рідини. Розглянемо нескінченно малий об’єм рідини на вільній поверхні. На нього будуть діяти сили з боку сусідніх об’ємів. У результаті, якщо скласти вектори всіх сил діючих на розглянутий об’єм, то сумарна складова сила буде спрямована перпендикулярно усередину розглянутого об’єму.

5. В'язкість рідини - властивість рідини пручатися ковзанню або зсуву її прошарків. Суть її полягає у виникненні внутрішньої сили тертя між прошарками рідини, що рухаються, яка визначається по формулі Ньютона

де S - площа прошарків рідини або стінки, що стикається з рідиною, м²,
μ - динамічний коефіцієнт в'язкості, або сила в’язкостного тертя,
d /dy - градієнт швидкості, перпендикулярний до поверхні зсуву.

Звідси динамічна в'язкість дорівнює

де τ – дотична напруга рідини, τ = T/S.

При плині в’язкої рідини уздовж твердої стінки відбувається гальмування потоку, обумовлене в'язкістю (мал.1.7). Швидкість зменшується в міру зменшення відстані y від стінки. При цьому при y = 0, швидкість падає до нуля, а між прошарками відбувається просковзування, що супроводжується виникненням дотичної напруги.

Мал. 1.7. Профіль швидкостей при течії в’язкої рідини уздовж стінки

Величина зворотна динамічному коефіцієнту в'язкості (1/µ) називається текучістю рідини.

Відношення динамічного коефіцієнта в'язкості до щільності рідини називається кінематичним коефіцієнтом в'язкості:

Величина ν (вимовляється "ню") рівна 1см ² /с називається стоксом (Ст), а 0,01 Ст - 1 сантистоксом (сСт).

Процес визначення в'язкості називається віскозиметрією, а прилади, якими вона визначається віскозиметрами. Крім оцінки в'язкості за допомогою динамічного й кінематичного коефіцієнтів користуються умовною в'язкістю - градуси Енглера (Е). В'язкістю, вираженою в градусах Енглера, називається відношення часу витікання 200 см ² випробуваної рідини через капіляр d = 2,8 мм до часу витікання такого ж об’єму води при t = 20 ºС

Такий прилад називається віскозиметром Енглера. Для перерахування градусів Енглера в стокси для мінеральних масел застосовується формула

Таким чином, для оцінки в'язкості рідини можна використовувати три величини, які пов’язані між собою

Мал. 1.8. Способи оцінки в'язкості рідини

В'язкість рідини залежить від температури й від тиску. При підвищенні температури в'язкість рідини зменшується й навпаки. У газів спостерігається зворотнє явище: з підвищенням температури в'язкість збільшується, зі зниженням температури - зменшується.

6. Піноутворення. Виділення повітря з робочої рідини при падінні тиску може викликати піноутворення. На інтенсивність піноутворення впливає вода, яку містить робоча рідина: навіть при незначній кількості води (менше 0,1% по масі робочої рідини) виникає стійка піна. Утворення і стійкість піни залежать від типу робочої рідини, від її температури й розмірів пухирців, від матеріалів і покриття гідроапаратури. Особливо піноутворення відбувається інтенсивно в забруднених рідинах і у тих, що були в експлуатації. При температурі рідини понад 70 ºС відбувається швидкий спад піни.

7. Хімічна й механічна стійкість. Характеризує здатність рідини зберігати свої первісні фізичні властивості при експлуатації й зберіганні.

Окислення рідини супроводжується випаданням з неї смол і шлаків, які відкладаються на поверхні елементів гідроприводу у вигляді твердого нальоту. Знижується в'язкість і змінюється колір рідини. Продукти окислення викликають корозію металів і зменшують надійність роботи гідроапаратури. Наліт викликає заклинювання рухомих з'єднань, плунжерних пар, дросселируючих отворів, руйнування ущільнень і розгерметизацію гідросистеми.

8. Сумісність. Сумісність робочих рідин з конструкційними матеріалами й особливо з матеріалами ущільнень має дуже велике значення. Робочі рідини на нафтовій основі сумісні з усіма металами, застосовуваними в гідромашинобудуванні, і погано сумісні з ущільненнями, виготовленими із синтетичної гуми і шкіри. Синтетичні робочі рідини погано сполучаються з деякими конструкційними матеріалами й не сумісні з ущільненнями з маслостійкої гуми.

9. Випаровуваність рідини. Випаровуваність властива всім капельним рідинам, однак інтенсивність випаровування неоднакова у різних рідин і залежить від умов у яких вона перебуває: від температури, від площі випаровування, від тиску, і від швидкості руху газоподібного середовища над вільною поверхнею рідини (від вітру).

10. Розчинність газів у рідинах характеризується об’ємом розчиненого газу в одиниці об'єму рідини й визначається за законом Генрі:

де V_Г – об’єм розчиненого газу; V_Ж – об’єм рідини; k - коефіцієнт розчинності; Р - тиск; Р_а - атмосферний тиск.

Коефіцієнт k має наступні значення при 20 ºС: для води 0,016, гасу 0,13, мінеральних масел 0,08, рідини АМГ-10 - 0,1. При зниженні тиску виділяється розчинний у рідині газ. Це явище може негативно позначатися на роботі гідросистем.

Дата добавления: 2014-01-07