Физические свойства жидкости гидравлика: Лекции по дисциплине «Гидравлика»

Содержание

Основные физические свойства жидкостей — Студопедия

 

Одной из основных  характеристик жидкости является ее плотность. Плотностью жидкости называют массу жидкости заключенную в единице объема.

Удельным весом называют вес единицы объема жидкости, который определяется по формуле:

С увеличением температуры удельный вес жидкости уменьшается.

 Связь между плотностью и удельным весом

1. Сжимаемость - свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия, который определяется по формуле

где V - первоначальный объем жидкости,
dV - изменение этого объема, при увеличении давления на величину dP.

Величина обратная βV называется модулем объемной упругости жидкости:

Модуль объемной упругости не постоянен и зависит от давления и температуры. При гидравлических расчетах сжимаемостью жидкости обычно пренебрегают и считают жидкости практически несжимаемыми. Сжатие жидкостей в основном обусловлено сжатием растворенного в них газа.

Сжимаемость понижает жесткость гидропривода, т.к., на сжатие затрачивается энергия. Сжимаемость может явиться причиной возникновения автоколебаний в гидросистеме, создает запаздывание в срабатывании гидроаппаратуры и исполнительных механизмах.


Иногда сжимаемость жидкостей полезна - ее используют в гидравлических амортизаторах и пружинах.

2. Температурное расширение - относительное изменение объема жидкости при увеличении температуры на 1°С при Р = const. Характеризуется коэффициентом температурного расширения

Поскольку для капельных жидкостей коэффициент температурного расширения ничтожно мал, то при практических расчетах его не учитывают.

3. Сопротивление растяжению. Особыми физическими опытами было показано, что покоящаяся жидкость (в частности вода, ртуть) иногда способна сопротивляться очень большим растягивающим усилиям. Но в обычных условиях такого не происходит, и поэтому считают, что жидкость не способна сопротивляться растягивающим усилиям.

Рис. 1.6. Силы поверхностного натяжения

4. Силы поверхностного натяжения - эти силы стремятся придать сферическую форму жидкости. Силы поверхностного натяжения обусловлены поверхностными силами и направлены всегда внутрь рассматриваемого объема перпендикулярно свободной поверхности жидкости. Рассмотрим бесконечно малый объем жидкости на свободной поверхности. На него будут действовать силы со стороны соседних объемов. В результате, если сложить вектора всех сил действующих на рассматриваемый объем, то суммарная составляющая сила будет направлена перпендикулярно внутрь рассматриваемого объема.


5. Вязкость жидкости - свойство жидкости сопротивляться скольжению или сдвигу ее слоев. Суть ее заключается в возникновении внутренней силы трения между движущимися слоями жидкости, которая определяется по формуле Ньютона

где S - площадь слоев жидкости или стенки, соприкасающейся с жидкостью, м2,
μ- динамический коэффициент вязкости, или сила вязкостного трения,
d /dy - градиент скорости, перпендикулярный к поверхности сдвига.

Отсюда динамическая вязкость равна

где τ - касательные напряжения жидкости, τ = T/S.

При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока, обусловленное вязкостью (рис.1.7). Скорость уменьшается по мере уменьшения расстояния y от стенки. При этом при y = 0, скорость падает до нуля, а между слоями происходит проскальзывание, сопровождающееся возникновением касательных напряжений τ.

ИДЕАЛЬНАЯ ЖИДКОСТЬ

 

Идеальная жидкость – жидкость, в которой силы трения пренебрежимо малы.

Таких жидкостей нет в природе. Реальные жидкости только в той или иной мере приблизительно соответствуют этой модели. Причина появления такого понятия – сложность расчета движения реальной жидкости. Там, где это возможно без ущерба для точности расчетов, применение допущения о равенстве нулю вязкости существенно упрощает решение.

Замечание. Совсем не обязательно вязкость жидкости должна быть очень мала для того, чтобы можно было считать ее идеальной. При малых скоростях даже у маловязких жидкостей влияние сил трения достаточно велико. И наоборот, при больших скоростях, когда силы трения малы по сравнению с силами инерции, расчет может быть выполнен без учета трения. Один из примеров – решение задачи встречи кумулятивного снаряда с бронеплитой аналогично решению задачи определения движения воды в стакане при его наполнении из водопроводного крана. 

 

 

ОСОБЫЕ СОСТОЯНИЯ ЖИДКОСТИ

 

Под особыми состояниями жидкости обычно понимают случаи двухфазного состояния. Это может быть движение газожидкостной смеси или транспорт жидкостью твердых частиц.

Аэрация потока.

Насыщение жидкости газами (воздухом) не поглощаемых жидкостью. Чаще всего это проникновение в жидкость пузырьков воздуха и их движение с большими скоростями, препятствующими их разделению.

 

Транспорт твердых частиц (наносов). 

Обычно это насыщение потока со дна канала или русла. (Например – размыв русла реки).

 

Образование в жидкости разрывов, заполненных парами жидкости (КАВИТАЦИЯ).

При снижении давления и повышении температуры жидкости повышается вероятность вскипания жидкости. Это явление может наблюдаться при движении тел в жидкости (например: лопасти гребного винта, подводное крыло) или при распространении в жидкости звуковой волны высокой интенсивности (обычно это явление наблюдается при распространении ультразвуковой волны). Это явление в технике в абсолютном большинстве случаев нежелательно, т.к. захлопывание паровых пузырьков приводит к локальному повышению давления в жидкости и разрушению деталей и конструкций. Подробнее о механизме повышения давления можно узнать в разделе, посвященном гидроудару.

 

Образование в воде кристаллов льда.

Это явление возникает при снижении температуры воды или при повышении давления. При этом получается двухфазная система. Чаще всего это наблюдается при интенсивном перемешивании воды. В обычных условиях лед образуется на поверхности, т. к. вода, в отличие от других жидкостей, имеет наибольшую плотность при температуре около 40С. Благодаря этому, вода, находящаяся при температуре замерзания, всплывает на поверхность.

Величина обратная динамическому коэффициенту вязкости (1/μ) называется

текучестью жидкости.

Отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости называется кинематическим коэффициентом вязкости:

Величина ν (произносится "ню") равная 1см²/с называется стоксом (Ст), а 0,01 Ст - 1 сантистоксом (сСт).

Процесс определения вязкости называется вискозиметрией, а приборы, которыми она определяется вискозиметрами. Помимо оценки вязкости с помощью динамического и кинематического коэффициентов пользуются условной вязкостью - градусы Энглера ( Е). Вязкостью, выраженной в градусах Энглера, называется отношение времени истечения 200 см³ испытуемой жидкости через капилляр d = 2,8 мм к времени истечения такого же объема воды при t = 20 С

Такой прибор называется вискозиметром Энглера. Для пересчета градусов Энглера в стоксы для минеральных масел применяется формула

Таким образом, для оценки вязкости жидкости можно использовать три величины, которые связаны межу собой

Рис. 1.8. Способы оценки вязкости жидкости

Вязкость жидкости зависит от температуры и от давления. При повышении температуры вязкость жидкости уменьшается и наоборот. У газов наблюдается обратное явление: с повышением температуры вязкость увеличивается, с понижением температуры - уменьшается.

6. Пенообразование. Выделение воздуха из рабочей жидкости при падении давления может вызвать пенообразование. На интенсивность пенообразования оказывает влияние содержащаяся в рабочей жидкости вода: даже при ничтожном количестве воды (менее 0,1% по массе рабочей жидкости) возникает устойчивая пена. Образование и стойкость пены зависят от типа рабочей жидкости, от ее температуры и размеров пузырьков, от материалов и покрытий гидроаппаратуры. Особенно пенообразование происходит интенсивно в загрязненных жидкостях и бывших в эксплуатации. При температуре жидкости свыше 70 С происходит быстрый спад пены.

7. Химическая и механическая стойкость. Характеризует способность жидкости сохранять свои первоначальные физические свойства при эксплуатации и хранении.

Окисление жидкости сопровождается выпадением из нее смол и шлаков, которые откладываются на поверхности элементов гидропривода в виде твердого налета. Снижается вязкость и изменяется цвет жидкости. Продукты окисления вызывают коррозию металлов и уменьшают надежность работы гидроаппаратуры. Налет вызывает заклинивание подвижных соединений, плунжерных пар, дросселирующих отверстий, разрушение уплотнений и разгерметизацию гидросистемы.

8. Совместимость. Совместимость рабочих жидкостей с конструкционными материалами и особенно с материалами уплотнений имеет очень большое значение. Рабочие жидкости на нефтяной основе совместимы со всеми металлами, применяемыми в гидромашиностроении, и плохо совместимы с уплотнениями, изготовленными из синтетической резины и из кожи. Синтетические рабочие жидкости плохо совмещаются с некоторыми конструкционными материалами и не совместимы с уплотнениями из маслостойкой резины.

9. Испаряемость жидкости. Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, однако интенсивность испарения неодинакова у различных жидкостей и зависит от условий в которых она находится: от температуры, от площади испарения, от давления, и от скорости движения газообразной среды над свободной поверхностью жидкости (от ветра).

10. Растворимость газов в жидкостях характеризуется объемом растворенного газа в единице объема жидкости и определяется по закону Генри:

где VГ - объем растворенного газа; VЖ - объем жидкости; k - коэффициент растворимости; Р - давление; Ра - атмосферное давление.

Коэффициент k имеет следующие значения при 20 С: для воды 0,016, керосина 0,13, минеральных масел 0,08, жидкости АМГ-10 - 0,1. При понижении давления выделяется растворимый в жидкости газ. Это явление может отрицательно сказываться на работе гидросистем.

Гипотеза сплошности среды.

В гидромеханике рассматриваются макроскопические движения жидкостей и газов, а также силовое взаимодействие этих сред с твердыми телами. При этом, как правило, размеры рассматриваемых объемов жидкостей, газов и твердых тел оказываются несопоставимо большими по сравнению с размерами молекул и межмолекулярными расстояниями. Это естественно, поскольку межмолекулярные расстояния в жидкостях составляют всего см.

Указанные обстоятельства позволяют ввести гипотезу сплошности изучаемой среды и заменить реальные дискретные объекты упрощенными моделями, представляющими собой материальный континуум, т. е. материальную среду, масса которой непрерывно распределена по объему. Такая идеализация упрощает реальную дискретную систему и позволяет использовать для ее описания хорошо разработанный математический аппарат исчисления бесконечно малых и теорию непрерывных функций.
Параметры, характеризующие термодинамическое состояние, покой или. движение среды, считаются при этом непрерывно изменяющимися по всему объему, занятому средой, кроме, быть может, отдельных точек, линий или поверхностей, где могут существовать разрывы.
Теоретические результаты, подученные для гипотетической сплошной среды, тем лучше совпадут с результатами наблюдений, чем полнее и точнее учтены в ней свойства реальных жидкостей и газов. К сожалению, идеализацию среды во многих случаях не удается ограничить только допущением ее сплошности. Сложность изучаемых явлений заставляет отказываться от учета и некоторых других свойств реальных сред. В зависимости от тех свойств, которые приписываются гипотетической сплошной среде, получают различные ее модели.
Гипотеза сплошности среды означает, что всякий малый элемент объема жидкости считается все-таки настолько большим, что содержит еще очень большое число молекул. Соответственно этому, когда мы будем говорить о бесконечно малых элементах объема, то всегда при этом будем подразумевать «физически» бесконечно малый объем, т. е. объем достаточно малый по сравнению с объемом жидкости, но большой по сравнению с молекулярными расстояниями.
Согласно гипотезе сплошности масса среды распределена в объеме непрерывно и в общем неравномерно.

   Лекция 2. ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ

Гидравлика делится на два раздела: гидростатика и гидродинамика. Гидродинамика является более обширным разделом и будет рассмотрена в последующих лекциях. В этой лекции будет рассмотрена гидростатика.

Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором рассматриваются законы равновесия жидкости и их практическое применение.

Основные физические свойства рабочих жидкостей

Плотность, кг x -3, характеризуется отношением массыm к её объему

Плотность жидкости оказывает большое влияние на значения давления в гидросистеме, так как при определенном перепаде давления возможен поток жидкости через конструктивные каналы гидравлических устройств.

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному смещению ее слоев. Это свойство является важнейшим для работы гидропривода.

Влияние вязкости неоднозначно. С одной стороны большая вязкость повышает надежность смазки трущихся поверхностей. Уменьшает у течки в гидроустройствах и способствует повышению устойчивости гидропривода. С другой стороны – увеличивает потери на трение, увеличивает гидравлическое сопротивление в гидролиниях и уменьшает быстродействие привода.

Вязкость жидкости характеризуется коэффициентами динамической и кинематической вязкости. Коэффициент динамической вязкости, Па *с, определяется из уравнения, выражающего закон жидкостного трения Ньютона :

где Т – сила, возникающая между движущимися слоями жидкости; S – площадь соприкосновения поверхностей слоев; dv/dyградиент скорости.

Коэффициент кинематической вязкости v, м2-1 определяется соотношением

Сжимаемость – свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость рабочей жидкости должна быть минимальной, так как ее наличие приводит к снижению подачи насосов, нарушает плавность движения перемещаемых гидроприводом узлов машин, уменьшает реализации перемещений, снижает устойчивость гидропривода. Сжимаемость, Па-1, характеризуется коэффициентом объемного сжатия

В гидроприводе рабочая жидкость является одновременно носителем энергии и смазкой. При этом она подвергается воздействию высоких давлений, скоростей и температур. Например, в гидроприводе горных машин возможен перёпад давления до 32 МПа, а в механизированных крепях — до 80 МПа. Скорость движения жидкости в отдельных элементах гидропривода достигает 80 м/с, а обычный интервал температур —от 10 до 80 °С. В процессе эксплуатации рабочая жидкость изменяет свои физико-химические свойства. Так, при протекании масла с большой скоростью через узкие щели происходит постепенное преобразование его молекулярного строения, и смазывающие свойства масла ухудшаются. Перемешивание масла с воздухом (пенообразование) приводит к окислению масла и ускоренному изменению его молекулярной структуры. Особенно интенсивно этот процесс протекает при высоких температурах (более 60°С). При этом ухудшаются антикоррозийные свойства масла: из него выпадают шлаки (зола), а на поверхностях элементов гидропривода образуется смола, что приводит к заращиванию узких щелей, а иногда, и к заклиниванию трущихся пар. По указанным причинам рабочую жидкость приходится периодически заменять. Срок службы рабочей жидкости можно продлить введением специальных присадок, ограничением температуры до 60-70°С, защитой системы от попадания извне воды, воздуха, загрязнений и надлежащей фильтрацией. При выборе рабочей жидкости необходимо учитывать: ее вязкость; диапазон температур окружающей среды и максимально возможную температуру в установившемся режиме работы; давление рабочей жидкости в гидроприводе; допустимую длительность эксплуатации; стоимость рабочей жидкости.



Обеспечить нормальную работу гидропривода можно в том случае, если рабочая жидкость чистая, т. е. не содержит механических примесей и влаги, выделяет наименьшее количество паров и газов, обладает антикоррозийностью, химической стойкостью, хорошей смазывающей способностью, не вызывает смолообразования, не склонна к пенообразованию и, в ряде случаев,- негорючая, имеет минимальное изменение вязкости в пределах рабочих температур и не оказывает вредного действия на здоровье обслуживающего персонала.


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Физические свойства жидкостей.


Стр 1 из 6Следующая ⇒

СОДЕРЖАНИЕ

I. ГИДРАВЛИКА......................................................................................... 5

§1. Физические свойства жидкостей........................................................... 5

§2. Силы, действующие в жидкости. Гидростатическое давление и его свойства. 10

§3. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости. Основное уравнение гидростатики. ............................................................................................. 16

§4. Давление жидкости на плоские стенки. Центр давления................... 23

§5. Давление на цилиндрические поверхности. Закон Архимеда........... 27

§6. Введение в гидродинамику................................................................. 33

§7. Уравнение постоянства расхода......................................................... 36

§8. Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости (установившееся движение)....................................................................... 39

§9. Обобщение уравнения Бернулли на целый поток реальной жидкости. Диаграмма уравнения Бернулли. Гидравлический и пьезометрический уклоны..... 44

§10. Основное уравнение равномерного движения................................. 50

§11. Режимы движения жидкости............................................................. 52

§12. Гидравлические сопротивления и потери напора при движении жидкости. 55

§13. Гидравлический расчет трубопроводов.......................................... 59

§14. Истечение через малое круглое отверстие в тонкой стенке............. 64

I. ГИДРАВЛИКА

 

Давление жидкости на плоские стенки. Центр давления.

 

Выведем зависимость для определения силы гидростатического давления Р, действующей на плоскую стенку произвольного очертания (рис.4).

Силу давления на элементарную площадку , расположенную на глубине h , можно записать в виде


 
 

Рис 4

 

.

 

Заменяя , где l - расстояние до поверхности жидкости вдоль плоскости стенки, получим:

 

. (4.1)

 

Суммарная сила давления определится интегралом, взятым по площади стенки

.

 

Интеграл - статический момент площади стенки относительно оси х, которая представляет собой линию пересечения поверхности жидкости с плоскостью стенки. Этот момент можно представить как S=ωlc, где lc - координата центра тяжести. Тогда, учитывая, что , где hc - глубина погружения центра тяжести, получим:

 

, (4.2)

или

, (4.3)

 

где pc - давление в центре тяжести стенки.

Из выражения (4-2) видно, что сила избыточного гидростатического давления определяется вторым слагаемым

 

.

 

Определим теперь координату центра давления, т.е. точки приложения равнодействующей сил гидростатического давления. Для упрощения вывода примем, что на стенку действуют только силы избыточного давления, т.е., что p0=0. Используя теорему механики о том, что момент равнодействующей равен сумме моментов составляющих, можно написать:

. (4.4)

 

Учитывая (4.1) при p0=0, преобразуем выражение (4.4):

,

 

где Jx - момент инерции площади ω относительно оси х. Из последнего уравнения имеем:

.

 

Подставляя сюда P из (4.2) (напомним, p0=0), получим:

 

.

 

Так как , то окончательно имеем:

 

.

 

Из этой формулы видно, что lD всегда больше lC ,т.е. центр давления лежит всегда глубже, чем центр тяжести. Второе слагаемое, имеющее размер длины, называется эксцентриситетом давления. Эксцентриситет давления уменьшается с увеличением глубины погружения площадки.

 

 

Введение в гидродинамику.

 

Гидродинамикой называется раздел гидравлики, в котором изучаются законы движения жидкости. Эти законы сложнее законов покоящейся жидкости, состояние которой характеризуется лишь величиной гидростатического давления. При движении состояние жидкости определяется не только давлением, но и величинами и направлениями скоростей и ускорений отдельных частиц жидкости. Задача гидродинамики - установление связи в движущемся потоке между давлением и кинематическими характеристиками потока. Величины давлений, скоростей и ускорений могут изменяться в зависимости от времени и координат рассматриваемой точки. В связи с этим различают:

а) Установившееся и неустановившееся движение.

Если скорость и давление (напор) в любой точке потока несжимаемой жидкости с течением времени остаются неизменными, то такое движение называется установившемся. При установившемся движении скорость и давление зависят только от координат точки, т.е.

и .

 

Если давление и скорость в потоке зависят кроме координат ещё и от времени, т.е.

и ,

 

то такое движение называется неустановившимся. Примерами неустановившегося движения могут служить разгон или торможение жидкости в трубе при включении (выключении) насоса, движение воды во время паводка, истечение жидкости из резервуара через отверстие или сливную трубу и т. п.

б) Равномерное и неравномерное движение.

Равномерным называется движение, при котором скорости в сходственных точках поперечных сечений по длине потока не изменяются. Такое течение возможно в каналах постоянного сечения и трубах. Если же скорость по длине потока изменяется, то такое движение называется неравномерным. Такой характер движения наблюдается в реке при её сужении и расширении, на крутых поворотах, а также в конфузорах и диффузорах.

в) Напорное и безнапорное движение.

Напорным движением называется такое движение, при котором поток со всех сторон ограничен твердыми стенками (обычно течение в трубах при полном их заполнении). Движение происходит за счет избыточного давления, создаваемого насосом или водонапорным баком.

Движение, при котором поток лишь частично ограничен твердыми стенками и имеет свободную поверхность, называется безнапорным. Давление на свободной поверхности обычно равно атмосферному (река, водосливные лотки, канализационные трубы). Движение происходит за счет геометрического уклона русла, т.е. под действием силы тяжести.

В гидродинамике движущаяся жидкость рассматривается состоящей из совокупности множества элементарных струек, боковая поверхность которых образована линиями тока. Под линией тока подразумевается линия, касательная к которой в любой точке дает направление вектора скорости в данный момент времени. Следовательно, нормальные составляющие скорости при этом равны нулю, откуда следует отсутствие перетекания жидкости через боковую поверхность данной струйки в соседние с ней. Таким образом, жидкость протекает только через входное и выходное сечения струйки. Такое представление дает возможность использовать для элементарной струйки математический аппарат дифференциального исчисления с последующим интегрированием по сечению всего потока для получения уравнений и закономерностей движения жидкости.

Введем ещё некоторые понятия, используемые в механике жидкости. Так, расходом называется количество жидкости (в объёмных или весовых единицах) протекающей через поперечное сечение в единицу времени, т. е.

,

где Q - расход,

υ - средняя по сечению скорость,

ω - площадь поперечного сечения потока.

 

Длина линии поперечного сечения, по которой жидкость соприкасается с твердой границей потока, называется смоченным периметром. Для трубы радиуса r, полностью заполненной жидкостью, смоченный периметр равен

.

 

Отношение площади сечения ω к смоченному периметру Χ называется гидравлическим радиусом R .Для круглой трубы

 

.

Режимы движения жидкости.

 

Как показывают наблюдения, движущийся поток жидкости по своей внутренней структуре может находиться в двух состояниях. При первом из них, называемом ламинарным (слоистым) течением, движение носит упорядоченный характер, при котором отдельные слои жидкости как бы скользят друг относительно друга, не смешиваясь между собой. Траектории частиц, поля скоростей и давлений в потоке имеют совершенно определенный, не изменяющийся характер. Сопротивление движению при ламинарном течении обуславливается молекулярной вязкостью и оказывается прямо пропорциональным средней скорости.

Второе возможное состояние потока называется турбулентным течением. Оно сопровождается возникновением в потоке пульсаций скоростей и давлений, которые носят случайный, нерегулярный характер. Это приводит к хаотическому движению частиц жидкости по сложным, постоянно изменяющимся пространственным траекториям. Поток интенсивно перемешивается, резко возрастает (по сравнению с ламинарным течением) сопротивление движению.

Впервые изучал ламинарный и турбулентный режимы течения в прозрачной трубе, присоединенной к резервуару с водой, английский физик О.Рейнольдс в 1883 г. Если к входу прозрачной трубы подвести капиллярную трубочку с красителем, то при ламинарном течении струйка краски прямолинейно протягивается вдоль всей трубы, не перемешиваясь с окружающей жидкостью.

При увеличении скорости течения воды струйка краски начинает волнообразно искривляться, а при дальнейшем увеличении скорости теряет четкие очертания, размывается, равномерно окрашивая всю жидкость в трубе. Эта картина течения соответствует турбулентному течению.

В своих опытах Рейнольдс обнаружил, что переход ламинарного течения в турбулентное обуславливается достижением критического значения некоторого безразмерного числа или критерия, которое в дальнейшем получило его имя:

. (11.1)

 

Здесь: υ - средняя скорость течения; d - диаметр трубы;

ν - кинематический коэффициент вязкости.

Критическое число Reкр., соответствующее смене режимов течения, оказалось равным 2300. Дальнейшее изучение вопроса показало наличие двух критических значений числа Рейнольдса, а именно, верхнего Reкр.в.и нижнего Reкр.н., причем, если для данного потока Re>Reкр.в., то будет заведомо турбулентный режим, если Re<Reкр.н., то будет наблюдаться ламинарный режим и, если

Reкр.н.< Re < Reкр.в. ,

 

то возможен тот или другой режим в зависимости от местных условий (условия входа потока в трубу, состояния стенок, вибрации, направления перехода).

В технических расчетах для трубопроводов можно принимать в качестве критерия перехода некоторое среднее значение критического числа Рейнольдса, равное для круглых труб 2300, и при Re > 2300 можно считать режим турбулентным, а при Re < 2300 - ламинарным.

Как видно из выражения для числа Рейнольдса (11.1) ламинарное течение возможно только при малых скоростях течения или в узких капиллярных трубках или при большой вязкости жидкости (масла, мазуты). Турбулентные течения более широко распространены в природе и технике. Турбулентным является движение воздуха в атмосфере, течение воды в реках и каналах, в водопроводных трубах и гидравлических машинах.

Опыты показывают, что одновременно с переходом ламинарного течения в турбулентное, изменяется характер распределения скоростей по сечению трубы. При ламинарном течении распределение скоростей по сечению имеет параболический характер, а при турбулентном течении эпюра скоростей из-за перемешивания потока выравнивается, становится более равномерной, приближаясь к прямоугольной.

Так как при турбулентных течениях скорость в каждой точке потока непрерывно пульсирует по величине и направлению, то для построения эпюр скоростей и при технических расчетах используются осредненные по времени значения скоростей.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

I. ГИДРАВЛИКА......................................................................................... 5

§1. Физические свойства жидкостей........................................................... 5

§2. Силы, действующие в жидкости. Гидростатическое давление и его свойства. 10

§3. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости. Основное уравнение гидростатики.............................................................................................. 16

§4. Давление жидкости на плоские стенки. Центр давления................... 23

§5. Давление на цилиндрические поверхности. Закон Архимеда........... 27

§6. Введение в гидродинамику. ................................................................ 33

§7. Уравнение постоянства расхода......................................................... 36

§8. Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости (установившееся движение)....................................................................... 39

§9. Обобщение уравнения Бернулли на целый поток реальной жидкости. Диаграмма уравнения Бернулли. Гидравлический и пьезометрический уклоны..... 44

§10. Основное уравнение равномерного движения................................. 50

§11. Режимы движения жидкости............................................................. 52

§12. Гидравлические сопротивления и потери напора при движении жидкости. 55

§13. Гидравлический расчет трубопроводов.......................................... 59

§14. Истечение через малое круглое отверстие в тонкой стенке............. 64

I. ГИДРАВЛИКА

 

Физические свойства жидкостей.

 

Гидравлика изучает основные, важные с технической точки зрения, законы равновесия и движения несжимаемых (капельных) жидкостей, а также их силовое взаимодействие с твердыми телами. Жидкости существенно сопротивляются сжатию, разрыву почти не сопротивляются, а скалыванию (сдвигу частиц относительно друг друга) сопротивляются в зависимости от скорости сдвига или, другими словами, от скорости деформации (у твердых тел сила сопротивления пропорциональна самой деформации). Поэтому жидкость обладает подвижностью или текучестью. Свойство текучести можно объяснить также тем, что в жидкости отсутствует сухое трение (трение покоя), поэтому любая сколь угодно малая касательная сила вызывает смещение одного слоя относительно другого.

В гидравлике не занимаются изучением движения отдельных молекул (молекулярное движение изучается в разделах физики), а полагают, что все пространство в жидкости полностью занято отдельными ее частицами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом, сплошь, т. е. без разрывов и пустот заполняя занимаемый ими объём. Это так называемое условие сплошности, выражающееся в том, что линейные размеры рассматриваемых частиц (элементарных объёмов) жидкости значительно больше, чем длина свободного пробега молекул. Значит, рассматриваемые элементарные объёмы должны быть достаточно большими по сравнению с длиной свободного пробега молекул и достаточно малыми по сравнению с линейными размерами, характеризующими покоящийся или движущийся поток (объём сосуда, диаметр трубы, длина судна и т.п.).

Рассмотрим основные физические свойства жидкости.

ПЛОТНОСТЬ. Это величина, характеризующая распределение массы в пространстве, занятом жидкостью. Численное значение плотности определяет массу m единицы объёма W жидкости:

 

.

 

В случае неоднородной жидкости плотность определяется через предельный переход

.

 

Наряду с плотностью в гидравлике широко используется понятие объёмного веса γ , т. е. веса G единицы объёма жидкости

 

или .

 

Связь плотности и объёмного веса устанавливается вторым законом Ньютона, записанным для силы тяжести:

 

.

 

Разделив обе части равенства на объём W ,получим:

 

или .

 

СЖИМАЕМОСТЬ. Эта величина характеризуется коэффициентом объёмной сжимаемости , который представляет собой относительное изменение объёма жидкости на единицу изменения давления Δp ,т.е.

 

.

 

здесь: W - первоначальный объём жидкости;

ΔW - изменение этого объёма при увеличении давления на Δp.

 

Жидкости, в частности, вода при небольших изменениях давления практически не меняют объёма, в связи с чем рассматриваются в гидравлике как несжимаемые. Величина, обратная коэффициенту объёмной сжимаемости, называется модулем упругости К :

.

 

Так же мало изменяют жидкости свой первоначальный объём при изменении температуры.

ВЯЗКОСТЬ. Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу. Она проявляет себя при движении жидкости в виде возникновения сил трения при перемещении (сдвиге) слоев жидкости относительно друг друга. Физическая природа возникновения сил трения объясняется наличием в жидкости молекулярной диффузии. По гипотезе Ньютона, подтвержденной многочисленными экспериментами, при небольших скоростях u сила трения F между слоями жидкости, имеющими разную скорость, пропорциональна площади соприкосновения слоев ω и градиенту скорости по нормали n к площади ω , т.е.

 

. (1.1)

 

Здесь μ - коэффициент физической (динамической) вязкости, зависящий от природы жидкости и температуры. Знак "минус" указывает на то, что сила трения направлена противоположно направлению движения.

Если силу трения отнести к площади соприкосновения слоев, то полученная удельная сила трения носит название касательного напряжения:

 

. (1.2)

 

Наряду с коэффициентом физической вязкости в гидравлике широко пользуются кинематическим коэффициентом вязкости ν , представляющим собой отношение μ к плотности ρ , т.е.

 

. (1.3)

 

Большую роль в гидравлике играет понятие идеальной жидкости. В отличие от реально существующих жидкостей эта воображаемая жидкость считается лишенной вязкости, абсолютно несжимаемой и не испытывающей температурного расширения. Для такой жидкости упрощается вывод теоретических закономерностей для движущихся потоков, а с введением полученных в экспериментах поправочных коэффициентов общая картина движения достаточно хорошо согласуется с действительностью.


Рекомендуемые страницы:

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление касательным усилиям (внутреннему трению) в потоке. Вязкость жидкости не может быть обнаружена при покое жидкости, так как она проявляется только при её движении. Для правильной оценки таких гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкости, необходимо прежде всего установить законы внутреннего трения жидкости и составить ясное представление о механизме самого движения.

Содержание статьи

Физический смысл вязкости

Для понятия физической сущности такого понятия как вязкость жидкости рассмотрим пример. Пусть есть две параллельные пластинки А и В. В пространство между ними заключена жидкость: нижняя пластинка неподвижна, а верхняя пластинка движется с некоторой постоянной скоростью υ1

Как при этом показывает опыт, слои жидкости, непосредственно прилегающие к пластинкам (так называемые прилипшие слои), будут иметь одинаковые с ним скорости, т.е. слой, прилегающий к нижней пластинке А, будет находиться в покое, а слой, примыкающий к верхней пластинке В, будет двигаться со скоростью υ1.

Промежуточные слои жидкости будут скользить друг по другу, причем их скорости будут пропорциональны расстояниям от нижней пластинки.

Ещё Ньютоном было высказано предположение, которое вскоре подтвердилось опытом, что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприкосновения слоев и скорости скольжения. Если взять площадь соприкосновения равной единице, это положение можно записать в виде

где τ – сила сопротивления, отнесенная к единице площади, или напряжение трения

μ – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода жидкости и называемый коэффициентом абсолютной вязкости или просто абсолютной вязкостью жидкости.

Величину dυ/dy – изменение скорости в направлении, нормальном к направлению самой скорости, называют скоростью скольжения.

Таким образом вязкость жидкости – это физическое свойство жидкости, характеризующее их сопротивление скольжению или сдвигу

Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная

Теперь определимся с различными понятиям вязкости:

Динамическая вязкость. Единицей измерения этой вязкости является паскаль в секунду (Па*с). Физический смысл состоит в снижении давления в единицу времени. Динамическая вязкость характеризует сопротивление жидкости (или газа) смещению одного слоя относительно другого.

Динамическая вязкость зависит от температуры. Она уменьшается при повышении температуры и увеличивается при повышении давления.

Кинематическая вязкость. Единицей измерения является Стокс. Кинематическая вязкость получается как отношение динамической вязкости к плотности конкретного вещества.

Определение кинематической вязкости производится в классическом случае измерением времени вытекания определенного объема жидкости через калиброванное отверстие при воздействии силы тяжести

Абсолютная вязкость получается при умножении кинематической вязкости на плотность. В международной системе единиц абсолютная вязкость измеряется в Н*с/м2 – эту единицу называют Пуазейлем.

Коэффициент вязкости жидкости

В гидравлике часто используют величину, получаемую в результате деления абсолютной вязкости на плотность. Эту величину называют коэффициентом кинематической вязкости жидкости или просто кинематической вязкостью и обозначают буквой ν. Таким образом кинематическая вязкость жидкости

ν = μ / ρ,

где ρ – плотность жидкости.

Единицей измерения кинематической вязкости жидкости в международной и технической системах единиц служит величина м2/с.

В физической системе единиц кинематическая вязкость имеет единицу измерения см2/с и называется Стоксом(Ст).

Вязкость некоторых жидкостей

Жидкость t, °С ν, Ст
Вода 0 0,0178
Вода 20 0,0101
Вода 100 0,0028
Бензин 18 0,0065
Спирт винный 18 0,0133
Керосин 18 0,0250
Глицерин 20 8,7
Ртуть 0 0,00125

Величину, обратную коэффициенту абсолютной вязкости жидкости, называют текучестью

ξ = 1/μ

Как показывают многочисленные эксперименты и наблюдения, вязкость жидкости уменьшается с увеличением температуры. Для различных жидкостей зависимость вязкости от температуры получается различной.

Поэтому, при практических расчетах к выбору значения коэффициента вязкости следует подходить очень осторожно. В каждом отдельном случае целесообразно брать за основу специальные лабораторные исследования.

Вязкость жидкостей, как установлено из опытов, зависит так же и от давления. Вязкость возрастает при увеличении давления. Исключение в этом случае является вода, для которой при температуре до 32 градусов Цельсия с увеличением давления вязкость уменьшается.

Что касается газов, то зависимость вязкости от давления, так же как и от температуры, очень существенна. С увеличением давления кинематическая вязкость газов уменьшается, а с увеличением температуры, наоборот, увеличивается.

Методы измерения вязкости. Метод Стокса.

Область, посвященная измерению вязкости жидкости, называется вискозиметрия, а прибор для измерения вязкости называется вискозиметр.

Современные вискозиметры изготавливаются из прочных материалов, а при их производстве используются самые современные технологии, для обеспечение работы с высокой температурой и давлением без вреда для оборудования.

Существует следующие методы определения вязкости жидкости.

Капиллярный метод.

Сущность этого метода заключается в использовании сообщающихся сосудов. Два сосуда соединяются стеклянной трубкой известного диаметра и длины. Жидкость помещается в стеклянный канал и за определенный промежуток времени перетекает из одного сосуда в другой. Далее зная давление в первом сосуде и воспользовавшись для расчетов формулой Пуазейля определяется коэффициент вязкости.

Метод по Гессе.

Этот метод несколько сложнее предыдущего. Для его выполнения необходимо иметь две идентичные капиллярные установки. В первую помещают среду с заранее известным значением внутреннего трения, а во вторую – исследуемую жидкость. Затем замеряют время по первому методу на каждой из установок и составляя пропорцию между опытами находят интересующую вязкость.

Ротационный метод.

Для выполнения этого метода необходимо иметь конструкцию из двух цилиндров, причем один из них должен быть расположен внутри другого. В промежуток между сосудами помещают исследуемую жидкость, а затем придают скорость внутреннему цилиндру.

Жидкость вращается вместе с цилиндром со своей угловой скоростью. Разница в силе момента цилиндра и жидкости позволяет определить вязкость последней.

Метод Стокса

Для выполнения этого опыта потребуется вискозиметр Гепплера, который представляет из себя цилиндр, заполненный жидкостью.

Вначале делаются две пометки по высоте цилиндра и замеряют расстояние между ними. Затем шарик определенного радиуса помещается в жидкость. Шарик начинает погружаться в жидкость и проходит расстояние от одной метки до другой. Это время фиксируется. Определив скорость движения шарика затем вычисляют вязкость жидкости.

Видео по теме вязкости

Определение вязкости играет большую роль в промышленности, поскольку определяет конструкцию оборудования для различных сред. Например, оборудование для добычи, переработки и транспортировки нефти.

Вместе со статьей "Вязкость жидкости" читают:

Гидростатическое давление: определение, формула и свойства.

Гидростатическое давление – это давление, производимое на жидкость силой тяжести.

Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкостей и рассматривается практическое приложение этих законов.

Для того, чтобы понять гидростатику необходимо определиться в некоторых понятиях и определениях.

В этой статье мы подготовили для Вас, всю необходимую информацию о гидростатическом давлении, начиная от закона Паскаля и определения формулы гидростатического давления и до свойств давления и применения законов гидростатики в повседневной жизни.

Содержание статьи

Закон Паскаля для гидростатики.

В 1653 году французским ученым Б. Паскалем был открыт закон, который принято называть основным законом гидростатики.

Звучит он так:

Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.

Закон Паскаля легко понимается если взглянуть на молекулярное строение вещества. В жидкостях и газах молекулы обладают относительной свободой, они способны перемещаться друг относительно друга, в отличии от твердых тел. В твердых телах молекулы собраны в кристаллические решетки.

Относительная свобода, которой обладают молекулы жидкостей и газов, позволяет передавать давление производимое на жидкость или газ не только в направлении действия силы, но и во всех других направлениях.

Закон Паскаля для гидростатики нашел широкое распространение в промышленности. На этом законе основана работа гидроавтоматики, управляющей станками с ЧПУ, автомобилями и самолетами и многих других гидравлических машин.

Определение и формула гидростатического давления

Из описанного выше закона Паскаля вытекает, что:

Величина гидростатического давления не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость и определяется произведением

P = ρgh , где

ρ – плотность жидкости

g – ускорение свободного падения

h – глубина, на которой определяется давление.

Для иллюстрации этой формулы посмотрим на 3 сосуда разной формы.

Во всех трёх случаях давление жидкости на дно сосуда одинаково.

Полное давление жидкости в сосуде равно

P = P0 + ρgh, где

P0 – давление на поверхности жидкости. В большинстве случаев принимается равным атмосферному.

Сила гидростатического давления

Выделим в жидкости, находящейся в равновесии, некоторый объем, затем рассечем его произвольной плоскостью АВ на две части и мысленно отбросим одну из этих частей, например верхнюю. При этом мы должны приложить к плоскости АВ силы, действие которых будет эквивалентно действию отброшенной верхней части объема на оставшуюся нижнюю его часть.

Рассмотрим в плоскости сечения АВ замкнутый контур площадью ΔF, включающий в себя некоторую произвольную точку a. Пусть на эту площадь воздействует сила ΔP.

Тогда гидростатическое давление формула которого выглядит как

Рср = ΔP / ΔF

представлет собой силу, действующую на единицу площади, будет называться средним гидростатическим давлением или средним напряжением гидростатического давления по площади ΔF.

Истинное давление в разных точках этой площади может быть разным: в одних точках оно может быть больше, в других – меньше среднего гидростатического давления. Очевидно, что в общем случае среднее давление Рср будет тем меньше отличаться от истинного давления в точке а, чем меньше будет площадь ΔF, и в пределе среднее давление совпадет с истинным давлением в точке а.

Для жидкостей, находящихся в равновесии, гидростатическое давление жидкости аналогично напряжению сжатия в твердых телах.

Единицей измерения давления в системе СИ является ньютон на квадратный метр (Н/м2) – её называют паскалем (Па). Поскольку величина паскаля очень мала, часто применяют укрупненные единицы:

килоньютон на квадратный метр – 1кН/м2 = 1*103 Н/м2

меганьютон на квадратный метр – 1МН/м2 = 1*106 Н/м2

Давление равное 1*105 Н/м2 называется баром (бар).

В физической системе единицей намерения давления является дина на квадратный сантиметр (дина/м2), в технической системе – килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м2). Практически давление жидкости обычно измеряют в кгс/см2, а давление равное 1 кгс/см2 называется технической атмосферой (ат).

Между всеми этими единицами существует следующее соотношение:

1ат = 1 кгс/см2 = 0,98 бар = 0,98 * 105 Па = 0,98 * 106дин = 104 кгс/м2

Следует помнить что между технической атмосферой (ат) и атмосферой физической (Ат) существует разница. 1 Ат = 1,033 кгс/см2 и представляет собой нормальное давление на уровне моря. Атмосферное давление зависит от высоты расположения места над уровнем моря.

Измерение гидростатического давления

На практике применяют различные способы учета величины гидростатического давления. Если при определении гидростатического давления принимается во внимание и атмосферное давление, действующее на свободную поверхность жидкости, его называют полным или абсолютным. В этом случае величина давления обычно измеряется в технических атмосферах, называемых абсолютными (ата).

Часто при учете давления атмосферное давление на свободной поверхности не принимают во внимание, определяя так называемое избыточное гидростатическое давление, или манометрическое давление, т.е. давление сверх атмосферного.

Манометрическое давление определяют как разность между абсолютным давлением в жидкости и давлением атмосферным.

Рман = Рабс – Ратм

и измеряют также в технических атмосферах, называемых в этом случае избыточными.

Случается, что гидростатическое давление в жидкости оказывается меньше атмосферного. В этом случае говорят, что в жидкости имеется вакуум. Величина вакуума равняется разнице между атмосферным и и абсолютным давлением в жидкости

Рвак = Ратм – Рабс

и измеряется в пределах от нуля до атмосферы.

Свойства гидростатического давления

Гидростатическое давление воды обладает двумя основными свойствами:
  Оно направлено по внутренней нормали к площади, на которую действует;
  Величина давления в данной точке не зависит от направления (т.е. от ориентированности в пространстве площадки, на которой находится точка).

Первое свойство является простым следствием того положения, что в покоящейся жидкости отсутствуют касательные и растягивающие усилия.

Предположим, что гидростатическое давление направлено не по нормали, т.е. не перпендикулярно, а под некоторым углом к площадке. Тогда его можно разложить на две составляющие – нормальную и касательную. Наличие касательной составляющей из-за отсутствия в покоящейся жидкости сил сопротивления сдвигающим усилиям неизбежно привело бы к движению жидкости вдоль площадки, т.е. нарушило бы её равновесие.

Поэтому единственным возможным направлением гидростатического давления является его направление по нормали к площадке.

Если предположить что гидростатическое давление направлено не по внутренней, а по внешней нормали, т.е. не внутрь рассматриваемого объекта а наружу от него, то вследствие того, что жидкость не оказывает сопротивления растягивающим усилиям – частицы жидкости пришли бы в движение и её равновесие было бы нарушено.

Следовательно, гидростатическое давление воды всегда направлено по внутренней нормали и представляет собой сжимающее давление.

Из этого же правило следует, что если измениться давление в какой-то точке, то на такую же величину измениться давление в любой другой точке этой жидкости. В этом заключается закон Паскаля, который формулируется следующим образом: Давление производимое на жидкость, передается внутри жидкости во все стороны с одинаковой силой.

На применение этого закона основываются действие машин, работающих под гидростатическим давлением.

Ещё одним фактором влияющим на величину давления является вязкость жидкости, которой до недавнего времени приято было пренебрегать. С появлением агрегатов работающих на высоком давлении вязкость пришлось так же учитывать. Оказалось, что при изменении давления, вязкость некоторых жидкостей, таких как масла, может изменяться в несколько раз. А это уже определяет возможность использовать такие жидкости в качестве рабочей среды.

Вместе со статьей "Гидростатическое давление: определение, формула и свойства." читают:

Что такое рабочая гидравлическая жидкость? Классификации

В гидрофицированных машинах и механизмах (передачах, приводах, двигателях) в качестве носителя энергии и транслятора гидростатического давления выступают специальные жидкости. Они служат, в том числе, для смазки подверженных трению деталей, защиты составляющих гидроприводов от коррозии и осуществления теплообмена между элементами гидросистем, машинами и внешней средой.

Состав РГЖ

В зависимости от сферы применения рабочих гидравлических жидкостей (РГЖ), их изготавливают на базе:

  • парафинов, нафтенов и иных минеральных масел — в данную группу входят составы с широкой областью применения;
  • масел синтетического происхождения (эфиры, полигликоли, гидрокрекинговые виды) — основа для огнеустойчивых, биоразлагаемых и других гидрожидкостей;
  • натурального растительного и белого масел — сырье, из которого производят РГЖ для пищевой промышленности (также в ней применяют полигликоли) и экологически нейтральные составы.
Рис. 2 РГЖ для морского, речного и ж/д-транспорта

РГЖ должны быть устойчивы к окислению, не вспениваться, оставаться инертными по отношению к элементам гидроузлов, их температура вспышки должна быть высокой, а температура застывания — как можно более низкой. Одним лишь базовым сырьем всех нужных характеристик добиться невозможно. Поэтому нефтехимическая промышленность, производящая РГЖ, максимально расширяет линейку продукции, добавляя в жидкости специальные химические присадки.

Рис. 3 Пожаробезопасная РГЖ

Агенты придают гидрожидкостям добавочные свойства — характеристики зависят от сферы использования и назначения составов. Они дополняют или противодействуют друг другу, улучшая антикоррозионные, противозадирные, вязкостные, моющие и прочие особенности. Ключевые присадки — это:

  • поверхностно-активные — против износа, коррозии, трения, дезактиваторы металлов;
  • антиоксиданты и антивспенивающие агенты — масла вспениваются, в частности, при попадании в них воды, о ее присутствии свидетельствуют щелчки при нагревании РГЖ в пробирке;
  • составы, улучшающие индекс вязкости, температуру застывания и прочие характеристики.

Присадок большое множество и гидрожидкостей, соответственно, тоже — это крупнейшая группа промышленных смазочных материалов, составляющая около 15% всех потребляемых трибологических составов. Зимой, в условиях Севера, используют специальные арктические масла — при сверхнизких отрицательных температурах их предварительно прогревают в специальных системах (непосредсвенно в гидробаке этого делать нельзя, появятся задиры и гидроцилиндры выйдут из строя). О несоответствии РГЖ климатическим условиям свидетельствует побеление, выделение парафина, который забивает фильтры. Степень загрязненности масел определяют микроскопом и фильтровальной бумагой «Синяя лента».

Рис. 4 РГЖ для металлообработки

Как классифицируют РГЖ

В основу классификации положена сфера применения рабочих гидрожидкостей — гидростатическая или гидродинамическая. В первом случае гидросистеме необходимо высокое давление, а скорость течения РГЖ по ней мала. Статическое давление обеспечивают гидравлические масла. Если система гидродинамическая, то ей требуются жидкости, передающие кинетическую энергию. Их характеризует пониженное давление и высокая скорость течения. Каждая из групп разбивается на составляющие по стандартам ISO, CETOP и нормам на национальных уровнях (одна из наиболее известных — DIN):

  • DIN51524, DIN51824 — гидравлические масла;
  • DIN51502, ISO/CD12922, CETOP RP91H, VDMA24317 — огнеустойчивые гидрожидкости;
  • ISO15380/VDMA24658, ISO6743/4 — гидрожидкости с быстрым биоразложением, экологически приемлемые;
  • NSF h2/h3, FDA — гидравлическое масло для пищевого производства;
  • UTTO, STOU — универсальные составы, которые используют в мобильном спецоборудовании и технике (тракторной, экскаваторной и так далее).
Рис. 5 РГЖ по DIN51524

Кроме критерия стандартизации, при классификации РГЖ используют характеристики:

  • первичные (функциональные) — передача энергии, силы, крутящих моментов, минимизация трения, степень антикоррозионной защищенности элементов и продления их службы, рассеивание тепла, температурный диапазон использования;
  • вторичные (физико-химические) — термическая стабильность, инертность к металлу, совместимость с эластомерами, вспенивание, уровень фильтруемости, водоотделения, устойчивости к сдвигу, аэрация;
  • третичные — токсическая и экологическая безвредность, уровень огнеустойчивости, испаряемость (если давление насыщенных паров понижено).

Также рабочие гидравлические жидкости можно классифицировать по области гидравлики — стационарной, мобильной или авиационной.

Рис. 6 Огнеустойчивая жидкость для авиации

Классификация минеральных масел

Ключевая группа РГЖ (их доля в общем производстве превышает 80%) — гидравлические масла, соответствующие DIN51524/51824. Это минеральные составы HL, HLP, HVLP и HLPD. Первые (HL) — универсальные масла, диапазон использования которых широк. Они применяются в узлах под повышенной нагрузкой: на прокатных станах металлообрабатывающей промышленности, в сталеплавильном производстве. Там нужны их свойства — оптимизированная водоотделяющая способность, быстрое выделение воздуха, совместимость с белым металлом.

Рис. 7 РГЖ HL-46

В масла HLP, широко применяемые по всему миру, дополнительно добавляют агенты, которые снижают износ, коррозию, оптимизируют деэмульгирующие, противозадирные свойства, стабильность к окислению. Составы используют в высоконагруженном оборудовании — гидравлических прессах, технике для литья под давлением, на сталелитейных линиях.

Рис. 8 Минеральная индустриальная РГЖ HLP

Разновидности HVLP отличаются повышенным индексом вязкости, что ускоряет достижение нужной (рабочей) температуры. Поэтому они используются в мобильной гидрофицированной технике, на функционирование которой внешние условия оказывают значительное влияние. Составы HLPD содержат присадки, «превращающие» загрязнители в тонкую дисперсию, препятствуя оседанию, минимизируя их отложение на гидроузлах и снижая износ.

Рис. 9 Минеральное масло для ГУР

Требования к РГЖ

В независимости от классификационной группы и назначения, качественные рабочие гидрожидкости должны соответствовать следующим требованиям:

      • вязкость в определенном диапазоне значений (ее определяют вискозиметром)— как можно меньшая, чтобы РГЖ не зависела от внешних температур, лучше смазывала и ее потери не были высокими;
      • хорошая смазываемость и стойкость к химико-механическому разрушению;
      • высокий объемный модуль упругости и теплопроводность, удельная теплоемкость;
      • невысокий коэффициент теплорасширения;
      • химическая инертность к материалу, из которого изготовлены гидроузлы.
Рис. 10 Термостойкая РГЖ для экскаваторов

Для спецтехники максимальная рабочая температура гидравлической жидкости — до +60°С. При +65°С и выше вязкость резко понижается, при +80°С и выше — начинается осаждение углерода. Далее, интенсивность старения масла удваивается на каждые 10°С повышения средней температуры. Температура от +160°С разрушает масла, происходит их химическое разложение.

Диапазон рабочих температур должен быть минимально возможным, чтобы вязкость не колебалась значительно. Каждые 10°С перегрева вдвое понижают ресурс РВД и работы масла. Рабочей температурой в гидросистемах замкнутого типа считают данный параметр в контуре, а открытого — в резервуарах. Если максимальный порог по каким-либо причинам превышается, необходимо промывать гидронасосы и двигатели.

Рис. 11 РГЖ с антикоррозионными присадками

Среди специфичных требований, предъявляемых к РГЖ — стойкость к сдвигу, необходимый срок использования, экономическая доступность, экологические факторы и так далее. Из-за разнородности свойств нельзя смешивать между собой РГЖ разных марок. Состав может вспенится, а гидропривод — выйти из строя. Придется заменять масло — прогонять через систему. сливать, заливать новое через заправочную станцию, осматривая гидробак эндоскопом и заменяя фильтры. Поэтому для конкретного гидрооборудования необходимо подбирать гидравлическую жидкость, рекомендованную его изготовителем.

Рис. 12 Масло для прессов, литьевых машин и металлорежущих станков

Ссылки по теме:

 


 

УСЛУГИ и ЦЕНЫ

* Цены указаны с НДС. ** Версия для печати…

Свойства гидравлической жидкости

Каждый профессионал в области гидравлики знает важность гидравлических жидкостей в любой гидравлической системе. Основное требование к гидравлической системе - жидкость. Жидкости можно разделить на типы на нефтяной основе и огнестойкие. Ключевые функции гидравлических жидкостей - выработка энергии, смазка, отвод тепла и уплотнение. Жидкости выбираются для конкретного применения в зависимости от свойств гидравлической жидкости.
Свойства гидравлической жидкости можно подразделить на физические и химические.Физические свойства включают те, которые требуются для нормальной работы системы, а химические свойства включают те, которые необходимы для обеспечения стабильности при непрерывной работе.
Неправильный выбор гидравлической жидкости приведет к серьезным сбоям системы. Но подобрать жидкость, удовлетворяющую всем свойствам, невозможно. Итак, что мы можем сделать, так это выбрать гидравлическую жидкость, которая подходит для вашей гидравлической системы. Определенные добавки нравятся. депрессор температуры застывания, присадки, улучшающие индекс вязкости, пеногасители (антипенные добавки), ингибиторы окисления и т. д.. может быть добавлен к жидкости для получения большей стабильности. Некоторые из основных гидравлических свойств перечислены ниже.

Вязкость:

Вязкость - это сопротивление потоку, которое считается важным свойством жидкостей. В гидравлической системе вязкость обратно пропорциональна температуре. При повышении температуры вязкость будет уменьшаться, и возникнут внутренние утечки. Когда температура снижается, вязкость увеличивается, и он будет сопротивляться потоку жидкости.Использование гидравлических жидкостей подходящей вязкости снизит потери потока и обеспечит точный контроль над системой.

Смазка:

Смазка снижает трение и защищает компоненты системы от износа. Смазывающее свойство гидравлической жидкости означает создание прочной пленки с жидкостью, которую невозможно стереть движущейся поверхностью.

Минимальная сжимаемость:

Большая часть гидравлической системы работает по принципу Паскаля.Таким образом, несжимаемость жидкости имеет важное значение для эффективной работы. Это свойство помогает генерировать более высокую силу за счет приложения небольшой силы к большей площади.

Деэмульгируемость:

Деэмульгируемость - это свойство жидкости выделять воду. Присутствие воды в системе вызовет множество проблем, связанных с загрязнением, и приведет к коррозии и повреждению.

Огнестойкость:

У нас есть гидравлические жидкости на нефтяной основе и огнестойкие.Высокий риск возгорания присутствует в жидкостях, которые используются в угольных шахтах и ​​на оборудовании для обработки горячего металла из-за высокой температуры. Итак, в таких приложениях всегда предпочитаю огнестойкие гидравлические жидкости. Температура воспламенения, точка воспламенения и температура воспламенения являются общими характеристиками для определения огнестойкости жидкости.

Сопротивление пены:

Вспенивание возникает в результате загрязнения жидкости, плохой конструкции системы, кавитации и т. Д. Это может быть причиной перелива жидкости из резервуара.

Совместимость материалов:

Для обеспечения длительного срока службы и максимальной производительности необходимо проверить совместимость жидкости с материалом (металлы, резина и эластомерные компоненты), в которых используется система.

Отвод тепла:

Непрерывный поток жидкости через систему увеличивает температуру как жидкости, так и компонентов системы. Это вызовет сбой в работе компонентов системы. Итак, система требует хорошего теплоотвода.

Физические свойства

Физическая собственность Источник информации Наблюдения
Сжимаемость (изотермическая)
- обычные жидкости
Электропроводность
(воздух, вода и другие жидкости)
Плотность
- воздух, вода и другие жидкости
- различные твердые вещества
- обычные жидкости
Интерактивный движок
Стол
Стол
Коэффициент трения (диаграмма Муди)
Роберсон и Кроу (1993)

Схема
Номер Прандтля
(воздух, вода и другие жидкости)
Относительная шероховатость Роберсон и Кроу (1993) Диаграмма
Коэффициент шероховатости (по Маннингу)
Чау (1959)

Стол
Удельная теплоемкость
- воздух, вода и другие жидкости
- обычные жидкости
Интерактивный движок
Стол
Скорость звука
(разные материалы)
Белый (1986) Стол
Стандартная атмосфера Больц и Туве (1970) Стол
Поверхностное натяжение
- вода
- обычные жидкости
Теплопроводность
- воздух, вода и другие жидкости
- металлы и сплавы
- обычные жидкости
Термодиффузия
(воздух, вода и другие жидкости)

http: // www.mhtl.uwaterloo.ca/old/onlinetools/airprop/airprop.html

Интерактивный двигатель

Коэффициент теплового расширения
- воздух, вода и другие жидкости
- металлы и сплавы

Инерционный двигатель


Стол
Давление пара
(вода и другие жидкости)

Стритер (1961)

Стол
Вязкость (кинематическая и динамическая)
- воздух, вода и другие жидкости
- обычные жидкости


Интерактивный движок
Стол

MSY 1 Fluid Power Application Физические свойства Гидравлика и пневматика KMD ppt download

Презентация на тему: «MSY 1 Гидравлические и пневматические приложения. Физические свойства. Гидравлика и пневматика. KMD 3133.»- стенограмма презентации:

1 MSY 1 Fluid Power Application Физические свойства Гидравлика и пневматика KMD 3133

2 2 цели понять; 1.Функция - гидравлическая жидкость. 2. Терм-флюид.3. Различают-жидкость, газ. 4. Определите вес, плотность и удельный вес. MSY

3 Цели (продолжение) 6. Давление, напор и сила. 7. Дифференциально-манометрическое давление, абсолютное давление. 8. Вычислить силу, давление. 8.Закон Паскаля 3 MSY

4 4 Характеристики - решающий эффект, применение, производительность, срок службы. Характеристики - решающий эффект, применение, производительность, срок службы.Эффективно-чистый, качественный Эффективный-чистый, высококачественный Современный гидравлический комплекс, тщательно Современный гидравлический комплекс, тщательно Специальные добавки - желаемые характеристики. Специальные добавки - желаемые характеристики. ВВЕДЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ЖИДКОСТЬ

5 MSY 5 Hydraulics Fluid Introduction (4) четыре основных функции; 1. Передающая мощность. 2. Смазка движущихся частей. 3. Закройте зазоры между сопряженными частями.4. рассеивать тепло.

6 Передающая мощность MSY 6 Pump & Turbine


9 9 Свойства Гарантия практичности, безопасности, стоимости 1. Хорошая смазывающая способность 2. Идеальная вязкость 3. Химическая стабильность и устойчивость к окружающей среде 4. Совместимость с материалами системы 5. Высокая степень несжимаемости 6. Огнестойкость MSY

10 Свойства (продолжение…) 7.Хорошая теплопередача 8. Низкая плотность 9. Пеностойкость 10. Нетоксичность 11. Низкая летучесть 12. Недорого 13. Готово 10 MSY

11 11 Свойства На самом деле - нет идеала На самом деле - нет идеала Дизайнеры - близки к идеалу Дизайнеры - близки к идеалу Периодически меняйте - вязкость и кислотность увеличиваются Периодически меняйте - вязкость и кислотность увеличиваются MSY

12 Показатель качества 1.Вязкость. 2. Содержание воды. 3. Уровень загрязнения посторонними частицами. 12 мес.

ГИДРАВЛИКА И ПНЕВМАТИКА - скачать видео онлайн на ppt

Презентация на тему: «ГИДРАВЛИКА И ПНЕВМАТИКА» - стенограмма презентации:

1 ГИДРАВЛИКА И ПНЕВМАТИКА
Введение Компоненты Представлено: Dr.Abootorabi

2 Введение Три основных метода передачи энергии: Электрический
Механическая энергия жидкости На практике в большинстве приложений фактически используется комбинация трех методов для достижения наиболее эффективных систем в целом.

3 Введение Мы должны понимать особенности каждого метода, чтобы получить наилучший результат.Например, гидравлические системы могут более экономично передавать мощность на большие расстояния по сравнению с механическими системами. Но гидравлические системы ограничены более короткими расстояниями по сравнению с электрическими системами.

4 Определение Гидравлика - это наука о силах и движениях, передаваемых посредством жидкостей.

5 Сравнение энергосистемы


7 Применение гидравлической энергии
Станки Станкостроение - типичная область применения гидравлики.На современных станках с ЧПУ инструменты и детали зажимаются гидравлическими средствами. Движение подачи и привод шпинделя также могут иметь гидравлический привод.

8 Пресс с приподнятым резервуаром
Применение гидравлического привода Пресс с приподнятым резервуаром Это приложение, в котором требуются чрезвычайно высокие усилия. Особенностью является приподнятый резервуар, в котором используется статическое давление рабочей среды.

9 Мобильная гидравлика: Экскаватор
Применение гидравлической энергии Мобильная гидравлика: Экскаватор На этом гидравлическом экскаваторе не только все рабочие движения (линейные приводы), но и движущая сила транспортного средства (поворотный привод) имеют гидравлический привод. Главный привод экскаватора - двигатель внутреннего сгорания.

Гидравлические жидкости

ГЛАВА 3

При проектировании оборудования, требующего гидравлической энергии, учитываются многие факторы. в

выбор типа системы, которая будет использоваться гидравлическая, пневматический или их комбинация.Несколько из факторов требуются скорость и точность эксплуатация, окружающая атмосферная условия, экономические условия, наличие замены жидкость, необходимый уровень давления, рабочий температура ассортимент, возможности загрязнения, стоимость линии электропередачи, ограничения оборудование, смазывающая способность, безопасность для операторов и ожидаемые срок службы оборудования.

После выбора типа системы,

необходимо учитывать многие из этих факторов при выборе жидкости для системы. Эта глава посвящен гидравлическим жидкостям. В него входят разделы о свойствах и характеристики желательно из гидравлических жидкостей; типы гидравлических жидкости; опасности и меры безопасности для работы с, обращение и утилизация гидравлических жидкости; виды и контроль загрязнение; и отбор проб.

НЕДВИЖИМОСТЬ

Если текучесть (физическое свойство вещества

что позволяет ему течь) и несжимаемость были единственные необходимые свойства, любая жидкость не слишком толстый может использоваться в гидравлическом система. Однако удовлетворительная жидкость для конкретного система должна обладать рядом других свойства.Наиболее важные свойства и некоторые характеристики обсуждаются в следующих абзацы.

ВЯЗКОСТЬ

Вязкость - один из важнейших

свойств гидравлических жидкостей. Это мера сопротивление текучей среды. Жидкость, такие как бензин, который легко течет, имеет низкую вязкость; и жидкость, например смола, которая течет медленно имеет высокая вязкость.Вязкость жидкости составляет подвержены перепадам температуры и давление. При повышении температуры жидкости ее вязкость снижается. То есть жидкость течет больше легче, когда жарко, чем когда холодно. В вязкость жидкости увеличивается с увеличением давление на жидкость увеличивается.

Удовлетворительная жидкость для гидросистемы

должен быть достаточно толстым, чтобы обеспечить хорошее уплотнение в насосы, моторы, клапаны и так далее.Эти компоненты зависят от близкого кроя для создания и поддержание давления. Любая внутренняя утечка через эти зазоры приводит к потере давления, мгновенное управление и эффективность насоса. Потери на утечку больше с более тонкими жидкости (низкая вязкость). Слишком жидкая жидкость также допускают быстрый износ движущихся частей, или частей которые работают при больших нагрузках.С другой рука, если жидкость слишком густая (слишком высокая вязкость), внутреннее трение жидкости вызовет увеличение потока жидкости сопротивление через зазоры близко подогнанных деталей, линий и внутренние ходы. Это приводит к падение давления по всей системе, медленная работа оборудования, и увеличение мощность потребление.

Измерение вязкости

Вязкость обычно определяют путем измерения время, необходимое для фиксированного объема жидкость (при данной температуре) течь через калиброванное отверстие или капиллярная трубка. В инструменты используется для измерения вязкости жидкости известны как вискозиметры или вискозиметры.Сегодня используются несколько типов вискозиметров. Вискозиметр Сейболта, показанный на рисунке 3-1, измеряет необходимое время в секундах для 60 миллилитры тестируемой жидкости при 100F пройти стандарт отверстие. Измеренное время используется для выражения вязкости жидкости в единицах Сейболта. универсальные секунды или секунды Сейболта-фурола. Стеклянные капиллярные вискозиметры, показанные на рис. 3-2, являются примерами второго типа вискозиметр.Эти вискозиметры привык к измерить кинематическую вязкость. Как Сейболт вискозиметр, стеклянные капилляры время в секундах, необходимых для протекания тестируемой жидкости через капилляр. На этот раз умножается на температурная постоянная используемого вискозиметра для обеспечения вязкости, выраженной в сантистрок. Следующие формулы могут использоваться для преобразовать сантистрок (сСт) в приблизительный Универсальные секунды Сейболта (единицы SUS).

Рисунок 3-1. Вискозиметр Сейболт.

Для значений SUS от 32 до 100:

Для значений SUS больше 100:

Хотя вискозиметры обсуждались выше используются в лаборатории, есть и другие вискозиметры в системе снабжения, доступные для местных использовать.Эти вискозиметры можно использовать для проверить вязкость гидравлических жидкостей либо до их добавляется в систему или периодически после того, как они побывали в операционная система на время.

Рис. 3-2. Различные варианты стеклянных капиллярных вискозиметров.

Дополнительная информация о различных типах вискозиметров и их эксплуатации можно найти в программе физических измерений Учебное пособие, НАВАИР 17-35КАЛ-2.

Индекс вязкости

Индекс вязкости (V.I.) масла - это число. что указывает на влияние температуры изменения от вязкости масла. Низкий V.I. означает относительно большое изменение вязкости с изменениями температуры. Другими словами, масло становится чрезвычайно тонкий при высоких температурах и чрезвычайно густой при низких температурах.С другой стороны, высокий В. означает относительно мало изменение в вязкость в широком диапазоне температур. Идеальное масло для большинства целей - это масло с постоянным вязкость при изменении температуры. В важность В.И. легко показать, рассматривая автомобильные смазочные материалы. Масло с высоким V.I. сопротивляется чрезмерному утолщению, когда двигатель холодный и, следовательно, способствует быстрому стартовая и оперативная циркуляция; он сопротивляется чрезмерному истончается при горячем двигателе и, таким образом, обеспечивает полная смазка и предотвращает чрезмерное количество масла потребление.

Еще один пример важности В.И. потребность в высоком V.I. гидравлическое масло для военных самолет, поскольку гидравлические системы управления может быть подвергается воздействию температур снизу 65F на больших высотах до более 100F на земля. Для правильной работы гидравлического система управления, гидравлическая жидкость должна есть достаточно высокий В.I. выполнять свои функции в крайности ожидаемой температуры спектр. Жидкости с высокой вязкостью имеют большая устойчивость к нагреванию, чем низкая вязкие жидкости, полученные из тех же источник. Средняя гидравлическая жидкость имеет относительно низкая вязкость. К счастью, есть широкий выбор жидкостей для использования в диапазон вязкости гидравлических жидкостей.

Музей В. масла можно определить, если его вязкость при любых двух температурах известна.Таблицы, основанные на большом количестве тестов, находятся выпущен Американским обществом тестирования и материалы (ASTM). Эти таблицы позволяют расчет В.И. от известной вязкости.

PPT - Физические свойства гидравлических и пневматических жидкостей PowerPoint Presentation

  • Физические свойства гидравлических и пневматических жидкостей Mohammad I.Килани Инженерный факультет мехатроники Иорданский университет

  • Промежуточный экзамен Четверг, 22-11-2012 12: 00 - 12:50

  • Введение • Передача мощности и энергии является ключевым фактором в гидравлических системах. Как видно из главы 1, гидравлическую систему передачи энергии можно рассматривать как встречно-обратный преобразователь. • Насос преобразует механическую энергию первичного двигателя, такого как электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания, в гидравлическую энергию за счет увеличения давления жидкости.Жидкость течет к приводу через гидравлический контур, который состоит из трубопровода, содержащего клапаны и другие элементы управления. Привод преобразует гидравлическую энергию обратно в механическую энергию для привода внешней нагрузки. Гидравлический цилиндр F xv Электродвигатель Гидравлический насос P x QV x IT x ω Гидравлический двигатель T x ω

  • F 2 кН L Пример гидравлической системы: Гидравлический домкрат

  • F 2 кН L Пример гидравлической системы: Гидравлический домкрат

  • Пример гидравлической системы: гидравлический домкрат

  • Пример гидравлической системы: усилитель давления (усилитель)

  • Пример гидравлической системы: усилитель давления (усилитель)

    75
  • 9057 2 кН L Уравнение непрерывности (сохранение массы)

  • F 2 кН L Уравнение Бернулли (сохранение механической энергии)

  • Пример: поток в редукционной секции

  • Пример: автомобиль Газовый бак

  • Потери на трение в трубопроводах

  • Потери на трение в трубопроводах

  • Потери на трение в трубопроводах: ламинарный поток

  • Потери на трение в трубопроводах: полностью турбулентный поток

  • Transitional

    Потери на трение в трубопроводах: коэффициент трения

  • Потери на трение в трубопроводах: коэффициент трения

  • Потери на трение в трубопроводах: поток в переходной области

    9057 .
  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *