Pevnosť kvapaliny v ťahu sa pri riešení praktických problémov neberie do úvahy. Teplotnú rozťažnosť kvapkajúcich kvapalín charakterizuje koeficient tepelnej rozťažnosti β t, vyjadrujúce pomerný nárast objemu kvapaliny so zvýšením teploty o 1 stupeň, t.j.
Kde W - počiatočný objem kvapaliny; Δ W - zmena tohto objemu so zvýšením teploty o určitú hodnotu ΔT . Koeficient tepelnej rozťažnosti kvapkajúcich kvapalín, ako je možné vidieť z tabuľky. 5 je bezvýznamná.
Tabuľka 5
| Koeficient tepelnej rozťažnosti vody |
|||||
| Tlak Pa∙10 4 | Pri teplote °С |
||||
Hodnoty koeficientu v (10) sa nachádzajú v tabuľkách v danom teplotnom rozsahu (pozri napríklad tabuľku 5). Schopnosť kvapalín meniť hustotu (špecifickú hmotnosť) so zmenami teploty sa široko využíva na vytvorenie prirodzenej cirkulácie v kotloch, vykurovacie systémy, na odstraňovanie splodín horenia atď. B tab. 6 sú uvedené hodnoty hustoty vody pri rozdielne teploty.
Tabuľka 6
| Závislosť hustoty ρ, kinematickej ν a dynamickej μ viskozity vody od teploty |
|||
| Teplota, °C | ν∙104, m2/s | μ∙103, Pa∙s |
|
(11)
Kde R - absolútny tlak; R - merná plynová konštanta, odlišná pre rôzne plyny, ale nezávislá od teploty a tlaku [pre vzduch R=287 J/(kg∙K)] ; T je absolútna teplota. Správanie sa reálnych plynov v podmienkach vzdialených od skvapalnenia sa len málo líši od správania sa dokonalých plynov a pre ne možno použiť stavové rovnice dokonalých plynov v širokom rozsahu. V inžinierskych výpočtoch zvyčajne vedie hustota plynu normálne fyzikálnych podmienok (t=0°; p=101 325 Pa) alebo do štandardná podmienkach (t = 20 °C; R = 101325 Pa). Hustota vzduchu pri R=287 J/(kg∙K) in štandardné podmienky podľa vzorca (11) sa bude rovnať p0 =101325/287/(273+20)=1,2 kg/m3. Hustota vzduchu za iných podmienok je určená vzorcom:
(12)
Na obr. 1 sú znázornené grafy závislosti hustoty vzduchu od teploty určenej týmto vzorcom pri rôznych tlakoch.
Ryža. 1 Závislosť hustoty vzduchu od barometrického tlaku a teploty
Pre izotermický proces (T=konšt.) zo vzorca (12) máme:
(13)
(14)
Kde k=s p /s ν je adiabatická konštanta plynu; c p je tepelná kapacita plynu pri konštantnom tlaku; S ν - rovnaký, pri konštantnom objeme. Stlačiteľnosť plynov závisí od povahy procesu zmeny skupenstva. Pre izotermický proces:
(15)
Pre adiabatický proces:
Z výrazu (15) vyplýva, že izotermická stlačiteľnosť pre atmosférický vzduch je ~9,8∙10 4 Pa (asi 1 at), čo je asi 20 tisíc krát vyššia ako stlačiteľnosť vody. Keďže objem plynu závisí vo veľkej miere od teploty a tlaku, závery získané štúdiom kvapkajúcich kvapalín možno rozšíriť na plyny iba vtedy, ak sú v medziach uvažovaného javu zmeny tlaku a teploty nevýznamné. Pri ich pohybe vysokou rýchlosťou môžu nastať výrazné tlakové rozdiely, ktoré spôsobujú výraznú zmenu hustoty plynov. Pomer medzi rýchlosťou tekutiny a rýchlosťou zvuku v nej umožňuje posúdiť potrebu zohľadniť stlačiteľnosť v každom konkrétnom prípade. V praxi sa plyn môže odoberať nestlačiteľný pri rýchlostiach nepresahujúcich 100 m/s. Viskozita kvapalín. Viskozita je vlastnosťou kvapalín odolávať šmyku. Všetky skutočné kvapaliny majú určitú viskozitu, ktorá sa prejavuje vo forme vnútorného trenia pri relatívnom pohybe susedných častíc kvapaliny. Spolu s ľahko pohyblivými kvapalinami (napríklad voda, vzduch) existujú veľmi viskózne kvapaliny, ktorých šmyková odolnosť je veľmi významná (glycerín, ťažké oleje a pod.). Viskozita teda charakterizuje stupeň tekutosti kvapaliny alebo pohyblivosť jej častíc. Nechajte tekutinu prúdiť pozdĺž plochej steny vo vrstvách rovnobežných s ňou (obr. 2), ako je to pozorované pri laminárnom pohybe. V dôsledku spomaľovacieho účinku steny sa vrstvy kvapaliny budú pohybovať c rôzne rýchlosti, ktorého hodnoty sa zvyšujú so vzdialenosťou od steny.
Ryža. 2 Rozdelenie rýchlosti pre prúdenie tekutiny pozdĺž pevnej steny
Zvážte dve vrstvy tekutiny pohybujúce sa na diaľku Δy jeden od druhého. Vrstva A pohybujúce sa rýchlosťou u , vrstva V - s rýchlosťou u + Δu . V dôsledku rozdielu rýchlostí za jednotku času sa vrstva V posuny vzhľadom na vrstvu A o Δ u . Hodnota Δ u je absolútny posun vrstvy A pozdĺž vrstvy B, a Δ u /Δ r je gradient rýchlosti (relatívny posun). Tangenciálne napätie, ktoré sa objaví počas tohto pohybu (trecia sila na jednotku plochy), bude označené . Potom, podobne ako jav posunu v pevné látky ah, dostaneme nasledujúci vzťah medzi stresom a napätím:
(17)
Alebo, ak sú vrstvy nekonečne blízko seba,
(18)
Hodnota µ , podobne ako koeficient šmyku v tuhých látkach a charakterizujúci odolnosť kvapaliny voči šmyku, sa nazýva dynamický alebo absolútne viskozita. Existenciu vzťahu (18) prvýkrát naznačuje Newton, a preto sa nazýva Newtonov zákon trenia. V medzinárodnom systéme jednotiek sa dynamická viskozita vyjadruje v H s / m 2 alebo Pa s. V technickej sústave jednotiek má dynamická viskozita rozmer kgf∙s∙m -2. V systéme CGS sa poise (P) berie ako jednotka dynamickej viskozity na pamiatku francúzskeho lekára Poiseuille, ktorý študoval zákony pohybu krvi v cievach ľudského tela, rovná 1 g∙cm -1 ∙ s-1; 1 Pa s \u003d 0,102 kgf s / m 2 \u003d 10 P. Viskozita kvapalín vysoko závisí od teploty; v tomto prípade viskozita kvapkajúcich kvapalín so zvyšujúcou sa teplotou klesá a viskozita plynov stúpa. Vysvetľuje to skutočnosť, že povaha viskozity kvapkajúcich kvapalín a plynov je odlišná. v plynoch priemerná rýchlosť(intenzita) tepelný pohyb molekuly so zvyšujúcou sa teplotou stúpa, preto sa zvyšuje viskozita. V kvapkajúcich kvapalinách sa molekuly nemôžu pohybovať, ako v plyne, všetkými smermi, môžu iba oscilovať okolo svojej priemernej polohy. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšujú priemerné rýchlosti vibračných pohybov molekúl, vďaka čomu sa väzby, ktoré ich držia, ľahšie prekonávajú a kvapalina získava väčšiu pohyblivosť (jej viskozita klesá). Takže pre čistú sladkú vodu je závislosť dynamickej viskozity od teploty určená Poiseuillovým vzorcom:
(19)
Kde µ - absolútna (dynamická) viskozita kvapaliny v P; t - teplota v ° C. So zvýšením teploty od 0 do 100 ° C sa viskozita vody zníži takmer 7-krát (pozri tabuľku 6). Pri teplote 20°C je dynamická viskozita vody 0,001 Pa∙s=0,01 P. Voda patrí k najmenej viskóznym kvapalinám. Len málo z prakticky používaných kvapalín (napr. éter a alkohol) má o niečo nižšiu viskozitu ako voda. Má najnižšiu viskozitu kvapalný oxid uhličitý(50-krát nižšia ako viskozita vody). Všetky tekuté oleje majú oveľa vyššiu viskozitu ako voda (ricínový olej má pri 20°C viskozitu 1000-krát vyššiu ako voda pri rovnakej teplote). B stôl. 1.7 ukazuje hodnoty viskozity niektorých kvapalín.
Tabuľka 7
| Kinematická a dynamická viskozita kvapkajúcich kvapalín (pri t=20°C) |
||
| Kvapalina | ν∙104, m2/s |
|
| Čerstvá voda | ||
| Bezvodý glycerín | ||
| Petrolej (pri 15 °C) | ||
| Benzín (pri 15 °C) | ||
| Ricínový olej | ||
| Minerálny olej | ||
| Olej pri 15°C | ||
| Bezvodý etylalkohol | ||
Čo dáva pri t \u003d 15 ° С \u003d 1,82 ∙ 10 -6 kgf s / m 2 (~ 1,82 ∙ 10 -5 Pa s). Dynamická viskozita ostatné plyny má približne rovnakú rádovú veľkosť. Spolu s pojmom absolútna alebo dynamická viskozita, pojem Kinematická viskozita; čo je pomer absolútnej viskozity k hustote kvapaliny:
(21)
Táto viskozita sa nazýva kinematické, keďže v jeho dimenzii nie sú žiadne jednotky sily. Vlastne nahradením rozmeru µ a ρ , dostaneme [ v]=[L 2 /T]. V medzinárodnom systéme jednotiek sa kinematická viskozita meria v m 2 / s; jednotkou na meranie kinematickej viskozity v systéme CGS je stokes (na počesť anglického fyzika Stokesa): 1 St = 1 cm 2 / s = 10 -4 m 2 / s. Stokesova časť sa nazýva centistokes (cSt): 1 m 2 / s \u003d 1 ∙ 10 4 St \u003d 1 ∙ 10 6 cCt. V tabuľke. Obrázok 7 ukazuje číselné hodnoty kinematickej viskozity kvapkajúcich kvapalín; 3 - závislosť kinematickej viskozity vody a priemyselného oleja od teploty. Pre predbežné výpočty hodnota kinematickej viskozity vody v možno odobrať rovných 0,01 cm 2 / s = 1,10 -6 m 2 / s, čo zodpovedá teplote 20 ° C.
Ryža. 3 Závislosť kinematickej viskozity vody a oleja od teploty
Kinematická viskozita kvapkajúcich kvapalín pri tlakoch vyskytujúcich sa vo väčšine prípadov v praxi (do 200 atm) veľmi málo závisí od tlaku a táto zmena sa v konvenčných hydraulických výpočtoch zanedbáva. Kinematická viskozita plynov závisí od teploty aj tlaku, pričom sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou a klesá so zvyšujúcim sa tlakom (tabuľka 8). Kinematická viskozita vzduchu za normálnych podmienok (teplota 20°C, tlak ~ 1at) v= µ/ ρ \u003d 1,57 ∙ 10 -5 m 2 / s, t.j. asi 15-krát viac ako pri vode s rovnakou teplotou. To je vysvetlené skutočnosťou, že menovateľ výrazu pre kinematickú viskozitu (21) zahŕňa hustotu, ktorá je oveľa menšia pre plyny ako pre kvapkajúce kvapaliny. Na výpočet kinematickej viskozity vzduchu pri rôznych teplotách a tlakoch môžete použiť graf (obr. 4).
Tabuľka 1.8
| Hodnoty kinematickej ν a špecifickej plynovej konštanty K pre niektoré plyny |
|||||
| ν∙10 4, m 2 /s pri teplote v °С | R, J/(kg∙K) |
||||
| federálne zákony Ruská federácia: „O vzdelávaní“ (z 10. júla 1992 č. 3266-1) a „O vyššom a postgraduálnom odbornom vzdelávaní“ (z 22. augusta 1996 č. 125-FZ); Hlavný vzdelávací program vyššieho odborného vzdelávania Smer prípravy 270800 Stavebníctvo (1)Hlavný vzdelávací program1.1. Účelom (poslaním) BEP je pripraviť konkurencieschopného odborníka, ktorý je pripravený pracovať v oblastiach súvisiacich so zabezpečovaním výstavby, ako aj schopný ďalšieho odborného sebazdokonaľovania a tvorivého rozvoja. | |||||
1. Viskozita, viskozitno-teplotné charakteristiky
Viskozita je najdôležitejším kritériom pre hodnotenie únosnosti hydraulického oleja. Viskozita sa rozlišuje podľa dynamických a kinematických ukazovateľov.
Priemyselné mazacie oleje a hydraulické oleje sú klasifikované podľa ISO triedy viskozity na základe ich kinematickej viskozity, ktorá je zase opísaná ako pomer dynamickej viskozity k hustote. Referenčná teplota je 40 °C. Oficiálna merná jednotka ( St) pre kinematickú viskozitu je m 2 /s a v priemysle rafinácie ropy je jednotkou kinematickej viskozity cSt(centistokes) alebo mm 2 /s. Klasifikácia viskozity ISO, DIN 51519 pre kvapalné priemyselné mazivá popisuje 18 stupňov (tried) viskozity od 2 do 1500 mm2/s pri teplote 40 °C. Každý druh je určený priemernou viskozitou pri 40 °C as toleranciou ± 10 % od tejto hodnoty. Pre hydraulické oleje má veľký význam závislosť viskozity a teploty. Viskozita prudko rastie s klesajúcou teplotou a klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Prakticky je prahová viskozita kvapaliny (prípustná nábehová viskozita, cca 800 - 2000 mm 2 /s) nevyhnutná pre použitie v rôznych typoch čerpadiel. Minimálna prípustná viskozita pri vysokých teplotách je určená nástupom fázy hraničného trenia. Minimálna viskozita by nemala byť nižšia ako 7-10 mm 2 /s, aby sa zabránilo neprijateľnému opotrebovaniu čerpadiel a motorov. Krivky na grafoch viskozita-teplota popisujú závislosť viskozity hydraulických kvapalín od teploty. V lineárne podmienky V-T- krivky sú hyperbolické. Matematickou transformáciou tieto V - T- krivky môžu byť znázornené ako priame čiary. Tieto čiary umožňujú presné stanovenie viskozity v širokom rozsahu teplôt. Kritériom je index viskozity (VI). V - T- závislosti a V-T- krivka - gradient na grafe. Čím vyššie je VI hydraulickej kvapaliny, tým menšia je zmena viskozity s teplotou, t.j. V - T- krivka. Hydraulické oleje na báze minerálnych olejov majú zvyčajne prirodzené IV 95-100. Syntetické hydraulické oleje na báze esterov majú limit VI 140-180 a polyglykoly majú prirodzené IV 180-200 (obr. 1).
Viskozitný index možno zlepšiť aj aditívami (polymérne aditíva, ktoré musia byť odolné v šmyku) nazývané zlepšovače VI alebo aditíva viskozity. Hydraulické oleje s vysokým VI poskytujú ľahké štartovanie, znižujú stratu výkonu pri nízkych teplotách okolia a zlepšujú tesnenie a ochranu proti opotrebovaniu pri vysokých prevádzkových teplotách. Oleje s vysokým indexom zvyšujú účinnosť systému a predlžujú životnosť opotrebiteľných dielov a komponentov (čím vyššia je viskozita pri prevádzkových teplotách, tým lepší je objemový pomer).
2. Tlaková závislosť viskozity
Únosnosť mazacieho filmu je určená tlakovou závislosťou viskozity maziva. Dynamická viskozita kvapalných médií sa zvyšuje so zvyšujúcim sa tlakom. Nasleduje spôsob riadenia dynamickej viskozity v závislosti od tlaku pri konštantnej teplote.
Závislosť viskozity od tlaku, a to zvýšenie viskozity so zvyšujúcim sa tlakom, má pozitívny vplyv na špecifické zaťaženie (napríklad na ložiská), pretože viskozita mazacieho filmu sa zvyšuje pôsobením vysokého parciálneho tlaku od 0. do 2000 atm. Viskozita HFC kvapalina sa zvyšuje dvakrát, minerálny olej - 30-krát, v HFD kvapaliny - 60-krát. To vysvetľuje relatívne krátku životnosť valivých ložísk, ak sú mazané pomocou ( HFA, HFC) mazacie oleje na vodnej báze. Na obr. 2 a 3 znázorňujú viskozitu verzus tlak pre rôzne hydraulické kvapaliny.
Viskozitno-teplotné charakteristiky možno opísať aj exponenciálnym výrazom:
η = η ο · e α P ,
kde η ο je dynamická viskozita pri atmosferický tlak, α je koeficient závislosti „viskozita-tlak“, R-tlak. Pre HFCα \u003d 3,5 10-4 atm-1;
pre HFDα \u003d 2,2 10-3 atm-1; pre HLPα \u003d 1,7 10 -3 atm -1
3. Hustota
Straty hydraulických kvapalín v potrubí a v prvkoch hydraulického systému sú priamo úmerné hustote kvapaliny. Napríklad strata tlaku je priamo úmerná hustote:
Δ P= (ρ/2) ξ S 2 ,
kde ρ je hustota kvapaliny, ξ je koeficient odporu vzduchu, S je rýchlosť prietoku tekutiny a Δ P- strata tlaku.
Hustota ρ je hmotnosť na jednotku objemu kvapaliny.
ρ = m/V(kg/m3).
Hustota hydraulickej kvapaliny sa meria pri teplote 15 °C. Závisí od teploty a tlaku, pretože objem kvapaliny sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Zmena objemu kvapaliny v dôsledku zahrievania teda nastáva podľa rovnice
Δ V=Vβ teplota Δ T,
Čo vedie k zmene hustoty:
Δρ = ρ β rýchlosť Δ T.
V hydrostatických podmienkach pri teplotách od -5 do +150 °C stačí na uvedenú rovnicu aplikovať lineárny vzorec. Koeficient tepelnej rozťažnosti βtemp je možné aplikovať na všetky typy hydraulických kvapalín.
Keďže koeficient tepelnej rozťažnosti minerálnych olejov je približne 7 x 10 -4 K -1, objem hydraulickej kvapaliny sa zväčší o 0,7 %, ak jej teplota stúpne o 10 °C. Na obr. 5 je znázornená závislosť objemu hydraulických kvapalín od teploty.
Do hydrostatického hodnotenia by sa mal zahrnúť aj vzťah hustoty a tlaku hydraulických kvapalín, pretože stlačiteľnosť kvapalín negatívne ovplyvňuje ich dynamický výkon. Závislosť hustoty od tlaku možno jednoducho vyčítať z príslušných kriviek (obr. 6).
4. Stlačiteľnosť
Stlačiteľnosť hydraulických kvapalín na báze minerálnych olejov závisí od teploty a tlaku. Pri tlakoch do 400 atm a teplotách do 70 °C, ktoré sú limitné pre priemyselné systémy, je stlačiteľnosť relevantná pre systém. Hydraulické kvapaliny používané vo väčšine hydraulických systémov možno považovať za nestlačiteľné. Pri tlakoch od 1000 do 10 000 atm však možno pozorovať zmeny stlačiteľnosti média. Stlačiteľnosť sa vyjadruje koeficientom β alebo modulom M(obr. 7, M = TO).
M\u003d 1 / β atm \u003d 1 / β 10 5 N m 2 \u003d 1 / β 10 5 Pa.
Zmena objemu môže byť určená pomocou rovnice
Δ V=V · β( P max- R začiatok)
Kde Δ V- zmena objemu; R max je maximálny tlak; R počiatočný - počiatočný tlak.
5. Rozpustnosť plynov, kavitácia
Vzduch a iné plyny sa môžu rozpúšťať v kvapalinách. Kvapalina môže absorbovať plyn, kým nie je nasýtená. To by nemalo nepriaznivo ovplyvniť vlastnosti kvapaliny. Rozpustnosť plynu v kvapaline závisí od základnej zložky typu plynu, tlaku a teploty. Pri tlaku do ≈300 atm. rozpustnosť plynu je úmerná tlaku a riadi sa Henryho zákonom.
V G= V Fα V P/P o ,
Kde VG je objem rozpusteného plynu; V F je objem kvapaliny, R o - atmosférický tlak, P- tlak kvapaliny; a V je Bunsenov distribučný koeficient (1,013 mbar, 20 °C).
Bunsenov koeficient je vysoko závislý od základnej kvapaliny a udáva, koľko (%) je plyn rozpustený na jednotku objemu kvapaliny v normálnych podmienkach. Rozpustený plyn sa môže uvoľniť z hydraulickej kvapaliny pri nízkom statickom tlaku ( vysoká rýchlosť prúdenie a vysoké šmykové napätie) až do nový bod nasýtenia. Rýchlosť, ktorou plyn opúšťa kvapalinu, zvyčajne presahuje rýchlosť, ktorou sa plyn absorbuje do kvapaliny. Plyn unikajúci z kvapaliny vo forme bublín mení stlačiteľnosť kvapaliny podobným spôsobom ako vzduchové bubliny. Aj s nízke tlaky malé množstvo vzduchu môže drasticky znížiť nestlačiteľnosť tekutiny. V mobilných systémoch s vysokou rýchlosťou cirkulácie kvapaliny môže obsah nerozpusteného vzduchu dosiahnuť hodnoty až 5%. Tento nerozpustený vzduch má veľmi negatívny vplyv na výkon, nosnosť a dynamiku systému (pozri časť 6 - odvzdušnenie a časť 7 - penenie). Keďže stlačiteľnosť kvapalín v systémoch je zvyčajne veľmi rýchla, vzduchové bubliny sa môžu náhle zahriať až vysoká teplota(adiabatická kompresia). V extrémnych prípadoch môže dôjsť k dosiahnutiu bodu vzplanutia kvapaliny a k efektom mikronafty.
Plynové bubliny môžu tiež explodovať v čerpadlách v dôsledku stlačenia, čo môže spôsobiť poškodenie v dôsledku erózie (niekedy nazývanej kavitácia alebo pseudokavitácia). Situácia sa môže zhoršiť, ak sa v kvapaline vytvoria bubliny pár. Ku kavitácii teda dochádza, keď tlak klesne pod rozpustnosť plynu alebo pod tlak nasýtených pár kvapaliny.
Kavitácia sa vyskytuje hlavne v otvorené systémy s konštantným objemom, to znamená, že nebezpečenstvo tohto javu je relevantné pre vstupné a výstupné okruhy a čerpadlá. Môže to byť spôsobené príliš nízkym absolútnym tlakom v dôsledku strát rýchlosti prúdenia v úzkych prierezoch, filtroch, rozdeľovačoch a klapkách, v dôsledku nadmernej vstupnej výšky alebo tlakových strát v dôsledku nadmernej viskozity kvapaliny. Kavitácia môže viesť k erózii čerpadla, zníženiu účinnosti, tlakovým špičkám a nadmernému hluku.
Tento jav môže nepriaznivo ovplyvniť stabilitu škrtiacich regulátorov a spôsobiť penenie v nádobách, ak sa zmes kvapaliny a vody vracia do nádoby pri atmosférickom tlaku.
6. Odvzdušnenie
Keď sa hydraulické kvapaliny vracajú späť do nádrží, prúd kvapaliny je schopný so sebou strhnúť vzduch. Môže k tomu dôjsť v dôsledku netesností v potrubí pri zúžení a čiastočnom vákuu. Turbulencia v nádrži alebo lokalizovaná kavitácia naznačuje tvorbu vzduchových bublín v kvapaline.
Takto zachytený vzduch musí uniknúť na povrch kvapaliny, inak, ak sa dostane do čerpadla, môže spôsobiť poškodenie ostatných komponentov systému. Rýchlosť, ktorou vzduchové bubliny stúpajú na povrch, závisí od priemeru bublín, viskozity kvapaliny a hustoty a kvality základného oleja. Čím vyššia je kvalita a čistota základového oleja, tým rýchlejšie dochádza k odvzdušneniu. Oleje s nízkou viskozitou sa vo všeobecnosti odvzdušňujú rýchlejšie ako základné oleje s vysokou viskozitou. Súvisí to s rýchlosťou, akou bubliny stúpajú.
C = (ρ FL -ρ L )Χ/η,
Kde ρ FL je hustota kvapaliny; p L— hustota vzduchu; η je dynamická viskozita; X je konštanta v závislosti od hustoty a viskozity kvapaliny.
Systémy musia byť navrhnuté tak, aby sa do kvapaliny nedostal vzduch, a ak áno, strhnuté vzduchové bubliny môžu ľahko uniknúť. Kritické oblasti sú nádrže, ktoré musia byť vybavené priehradkami a priehradkami a konfigurácia potrubí a okruhov. Aditíva nemôžu priaznivo ovplyvniť vlastnosti hydraulických kvapalín pri uvoľňovaní vzduchu. Povrchovo aktívne látky (predovšetkým protipenivé prísady na báze silikónu) a nečistoty (napr. tuky a inhibítory korózie) nepriaznivo ovplyvňujú vlastnosti hydraulických olejov pri uvoľňovaní vzduchu. Minerálne oleje majú vo všeobecnosti lepšie vlastnosti pri uvoľňovaní vzduchu ako ohňovzdorné kvapaliny. Vlastnosti uvoľňovania vzduchu HPLD hydraulická kvapalina môže byť porovnateľná s vlastnosťami hydraulických kvapalín HLP.
Skúška na určenie vlastností uvoľňovania vzduchu je opísaná v norme DIN 51 381. Táto metóda spočíva vo vtláčaní vzduchu do oleja. Číslo odvzdušnenia je čas, ktorý potrebuje vzduch (mínus 0,2 %) na opustenie kvapaliny pri 50 °C za daných podmienok.
Podiel rozptýleného vzduchu sa stanoví meraním hustoty zmesi oleja a vzduchu.
7. Penenie
K povrchovému peneniu dochádza vtedy, keď je rýchlosť odvzdušňovania vyššia ako rýchlosť, ktorou vzduchové bubliny praskajú na povrchu kvapaliny, t. j. keď sa viac bublín tvorí ako zrúti. V najhoršom prípade môže byť táto pena vytlačená z nádrže cez otvory alebo prenesená do čerpadla. Protipenivé prísady na báze silikónu alebo bez silikónu môžu urýchliť rozpad bublín znížením povrchového napätia peny. Negatívne tiež ovplyvňujú vlastnosti tekutiny uvoľňujúce vzduch, čo môže spôsobiť problémy so stlačiteľnosťou a kavitáciu. Preto sa protipenivé prísady používajú vo veľmi nízkych koncentráciách (≈ 0,001 %). Koncentrácie odpeňovača sa môžu postupne znižovať v dôsledku starnutia a usadzovania na kovových povrchoch a problémy s penením sa často vyskytujú pri starších kvapalinách, ktoré už fungovali. Následné pridanie odpeňovacieho prostriedku by sa malo vykonať až po konzultácii s výrobcom hydraulickej kvapaliny.
Objem peny vytvorenej na povrchu kvapaliny sa meria v priebehu času (ihneď, po 10 minútach) a pri rôznych teplotách (25 a 95 °C). Účinnosť protipenových prísad môžu nepriaznivo ovplyvniť povrchovo aktívne látky, detergenty alebo dispergátory, nečistoty vo forme mastnoty, inhibítorov korózie, čistiacich prostriedkov, chladív, vedľajších produktov oxidácie atď.
8. Deemulgácia
Deemulgovateľnosť je schopnosť hydraulickej kvapaliny odpudzovať infiltrovanú vodu. Voda sa môže dostať do hydraulickej kvapaliny v dôsledku netesnosti výmenníka tepla, kondenzácie v nádržiach v dôsledku významných zmien hladiny oleja, zlej filtrácie, kontaminácie vody v dôsledku porúch tesnenia a extrémnych podmienok prostredia. Voda v hydraulickej kvapaline môže spôsobiť koróziu, kavitáciu v čerpadlách, zvýšené trenie a opotrebovanie a zrýchlenú degradáciu elastomérov a plastov. Voľná voda by mala byť čo najrýchlejšie odstránená z nádrží hydraulickej kvapaliny cez vypúšťacie kohúty. Kontaminácia chladiacimi kvapalinami rozpustnými vo vode, najmä na obrábacích strojoch, môže spôsobiť tvorbu lepkavých zvyškov po odparení vody. To môže spôsobiť problémy v čerpadlách, ventiloch a valcoch. Hydraulická kvapalina musí rýchlo a úplne odpudzovať vodu, ktorá do nej prenikla. Deemulgácia je určená DIN 51 599, ale táto metóda nie je použiteľná pre hydraulické kvapaliny obsahujúce detergent-dispergačné činidlo ( DD) prísady. Deemulgácia je čas potrebný na oddelenie zmesi oleja a vody. Parametre deemulgácie sú:
. viskozita do 95 mm2/s pri 40 °C; skúšobná teplota 54 °C;
. viskozita > 95 mm2/s; teplota 82 °C.
V hydraulických olejoch obsahujúcich DD aditíva, voda, kvapalné a pevné nečistoty sú udržiavané v suspenzii. Môžu byť odstránené pomocou vhodných filtračných systémov bez použitia hydraulickej funkcie stroja, čím sa eliminuje negatívny vplyv na hydraulickú kvapalinu. Takže DD hydraulické kvapaliny sa často používajú v hydrostatických obrábacích strojoch a mobilných hydraulických systémoch.
Pre stroje s vysokou rýchlosťou obehu, ktoré vyžadujú stálu dostupnosť a sú trvalo vystavené riziku vody a iných nečistôt, je použitie hydraulických kvapalín primárnou oblasťou. Hydraulické kvapaliny s deemulgačnými vlastnosťami sa odporúčajú na použitie v oceliarňach a valcovniach, kde sú prítomné veľké objemy vody a nízke cirkulačné pomery umožňujú separáciu emulzií v nádrži. Deemulgačné vlastnosti v modifikovanej forme sa používajú na určenie kompatibility zariadení s hydraulickými olejmi. Starnutie hydraulickej kvapaliny negatívne ovplyvňuje deemulgačné vlastnosti.
9. Bod naliatia
Bod tuhnutia je najnižšia teplota, pri ktorej je kvapalina ešte tekutá. Vzorka kvapaliny sa systematicky ochladzuje a testuje sa na tekutosť s poklesom teploty každé 3 °C. Najviac určujú parametre ako bod tuhnutia a hraničná viskozita nízka teplota, pri ktorej je možné bežné použitie oleja.
10. Korózia medi (test medenou platňou)
V hydraulických systémoch sa často používa meď a materiály obsahujúce meď. Materiály ako mosadz, liaty bronz alebo spekaný bronz sa nachádzajú v ložiskách, vedeniach alebo ovládačoch, posúvačoch, hydraulických čerpadlách a motoroch. Medené rúry sa používajú v chladiacich systémoch. Korózia medi môže viesť k poruche celého hydraulického systému, preto sa vykonáva korózny test medenej platne, aby sa získali informácie o korozívnosti základných kvapalín a prísad do materiálov obsahujúcich meď. Metóda testovania korozívnosti hydraulických kvapalín na minerálnej báze, t. j. biologicky odbúrateľných kvapalín, voči neželezným kovom je známa ako Lindeho metóda (selektívna testovacia metóda na testovanie biodegradovateľných olejov na korozívnosť voči zliatinám medi) ( SAE Technický bulletin 981 516 z apríla 1998), tiež známy ako VDMA 24570 (VDMA 24570 - Rýchlo biologicky odbúrateľné hydraulické kvapaliny - Pôsobenie na neželezné zliatiny 03-1999 v nemčine).
Podľa normy DIN 51 759, korózia na medenej platni sa môže prejaviť vo forme zmeny farby alebo odlupovania. Brúsna medená platňa sa ponorí do testovanej kvapaliny na určitý čas pri špecifikovanej teplote. Hydraulické a mazacie oleje sa zvyčajne testujú pri 100 °C. Stupeň korózie sa hodnotí v bodoch:
1 - mierna zmena farby;
2 - mierne sfarbenie;
3 - silná zmena farby;
4 - korózia (stmavnutie).
11. Obsah vody (metóda Karla Fischera)
Ak sa voda dostane do hydraulického systému čiastočne jemne rozptýlená až do tej miery, že prenikne do olejovej fázy, potom v závislosti od hustoty hydraulickej kvapaliny môže dôjsť aj k uvoľneniu vody z olejovej fázy. Túto možnosť treba brať do úvahy pri odbere vzoriek na stanovenie obsahu vody.
Stanovenie obsahu vody v mg/kg (hmotnosti) podľa metódy Karla Fischera je spojené so zavedením roztoku Karla Fischera v priamej alebo nepriamej titrácii.
12. Odolnosť proti starnutiu (Baaderova metóda)
Ide o pokus zopakovať štúdium účinkov vzduchu, teploty a kyslíka na hydraulické kvapaliny v laboratórne podmienky. Urobil sa pokus umelo urýchliť starnutie hydraulických olejov zvýšením teploty vyššie praktické uplatnenie ako aj hladinu kyslíka v prítomnosti kovových katalyzátorov. Zaznamenáva sa a hodnotí sa zvýšenie viskozity a zvýšenie čísla kyslosti (voľná kyselina). Výsledky laboratórnych testov sú premietnuté do praktických podmienok. Baaderova metóda je praktický spôsob, ako testovať starnutie hydraulických a mazacích olejov.
Počas vopred stanoveného časového obdobia sa vzorky podrobia starnutiu pri vopred stanovenej teplote a tlaku prúdu vzduchu, pričom sa medená cievka periodicky ponára do oleja, ktorý pôsobí ako oxidačný urýchľovač. V súlade s DIN 51 554-3 C, CL a CLP kvapaliny a HL, HLP, NM hydraulické oleje sú testované na oxidačnú stabilitu pri teplote 95 °C. Číslo zmydelnenia je vyjadrené v mg KOH/g.
13. Odolnosť proti starnutiu (metóda TOST)
Oxidačná stabilita olejov pre parné turbíny a hydraulických olejov obsahujúcich prísady sa určuje v súlade s DIN 51 587 Metóda TOST sa už mnoho rokov používa na testovanie turbínových olejov a hydraulických kvapalín na báze minerálnych olejov. Upravené (bez vody) suché TOST metóda sa používa na stanovenie oxidačnej odolnosti hydraulických olejov na báze esterov.
Starnutie mazacích olejov je charakterizované zvýšením čísla kyslosti, keď je olej vystavený pôsobeniu kyslíka, vody, ocele a medi na maximálne 1000 hodín pri 95°C (neutralizačná krivka so starnutím). Maximálne prípustné zvýšenie čísla kyslosti je 2 mg KOH/g po 1000 hodinách.
14. Číslo kyslosti (neutralizačné číslo)
Číslo kyslosti hydraulického oleja sa zvyšuje v dôsledku starnutia, prehriatia alebo oxidácie. Výsledné produkty starnutia môžu pôsobiť agresívne na čerpadlá a ložiská hydraulického systému. Preto je číslo kyslosti dôležitým kritériom na posúdenie stavu hydraulickej kvapaliny.
Číslo kyslosti udáva množstvo kyslých alebo zásaditých látok v mazacom oleji. Kyseliny v minerálnych olejoch môžu napádať konštrukčné materiály hydraulického systému. Vysoký obsah kyselín je nežiaduci, pretože je to možné v dôsledku oxidácie.
15. Ochranné antioxidačné vlastnosti vo vzťahu k oceli / železným kovom
Antioxidačné vlastnosti turbínových a hydraulických olejov obsahujúcich prísady vo vzťahu k oceli / železným kovom sa určujú v súlade s normou
DIN 51 585.
Hydraulické kvapaliny často obsahujú rozptýlenú, rozpustenú alebo voľnú vodu, takže hydraulická kvapalina musí poskytovať ochranu proti korózii všetkým navlhčeným zostavám za všetkých prevádzkových podmienok, vrátane kontaminácie vody. Táto testovacia metóda určuje výkonnosť antikoróznych prísad v množstve rôznych prevádzkových podmienok.
Testovaný olej sa zmieša s destilovanou vodou (metóda A) alebo umelým morská voda(metóda B), za stáleho miešania (24 hodín pri 60 °C) oceľovou tyčou ponorenou do zmesi. Potom sa oceľová tyč skúma na koróziu. Výsledky umožňujú vyhodnotiť antikorózne ochranné vlastnosti oleja vo vzťahu k oceľovým komponentom v kontakte s vodou alebo vodnou parou:
stupeň korózie 0 znamená žiadnu koróziu,
stupeň 1 - mierna korózia;
stupeň 2 - mierna korózia;
stupeň 3 - silná korózia.
16. Vlastnosti proti opotrebeniu (stroj so štyrmi guľôčkami Shell; VKA, DIN 51350)
Štvorloptový aparát firmy Shell sa používa na meranie vlastností hydraulických kvapalín proti opotrebeniu a extrémnym tlakom. Únosnosť hydraulických kvapalín sa testuje pri hraničných podmienkach trenia. Metóda sa používa na stanovenie hodnôt pre mazacie oleje s prísadami, ktoré odolávajú vysokému tlaku v podmienkach hraničného trenia medzi klznými plochami. Mazací olej sa testuje v štvorguličkovom prístroji, ktorý pozostáva z jednej (centrálne) rotujúcej gule a troch pevných guľôčok usporiadaných do kruhu. Za konštantných testovacích podmienok a počas stanoveného trvania sa meria priemer kontaktnej plochy na troch stacionárnych guľôčkach alebo zaťaženie rotujúcej gule, ktoré sa môže pred zváraním so zvyšnými tromi guľôčkami zväčšiť.
17. Stabilita mazacích olejov obsahujúcich polyméry v šmyku
Na zlepšenie viskozitno-teplotných charakteristík sa do mazacích olejov zavádzajú polyméry, ktoré sa používajú ako prísady zlepšujúce index viskozity. So zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou sa tieto látky stávajú čoraz citlivejšími na mechanické zaťaženie, aké existuje napríklad medzi piestom a jeho valcom. Na vyhodnotenie šmykovej stability olejov za rôznych podmienok existuje niekoľko testovacích metód:
DIN 5350-6, metóda štyroch guľôčok, DIN 5354-3,FZG metóda a DIN 51 382, metóda vstrekovania naftového paliva.
Relatívna redukcia viskozity v dôsledku šmyku po 20-hodinovom teste DIN 5350-6 (stanovenie šmykovej stability mazacích olejov obsahujúcich polyméry používané pre kuželíkové ložiská) sa aplikuje v súlade s DIN 51 524-3 (2006); odporúča sa menej ako 15 % zníženie šmykovej viskozity.
18. Mechanické skúšanie hydraulických kvapalín v rotačných lamelových čerpadlách ( DIN 51 389-2)
Testovanie na čerpadlách Vickers a čerpadlách od iných výrobcov umožňuje reálne posúdiť výkon hydraulických kvapalín. V súčasnosti sa však vyvíjajú alternatívne testovacie metódy (najmä projekt DGMK 514 - mechanické skúšky hydraulických kvapalín).
Vickersova metóda sa používa na stanovenie vlastností proti opotrebeniu hydraulických kvapalín v rotačnom lamelovom čerpadle pri daných teplotách a tlakoch (140 atm, 250 h prevádzková viskozita kvapaliny 13 mm 2 /s pri rôznych teplotách). Na konci testu sa krúžky a krídla skontrolujú na opotrebovanie ( vickers V-104S 10 resp vickers V-105S 10). Maximálne prípustné hodnoty opotrebovania:< 120 мг для кольца и < 30 мг для крыльев.
19. Vlastnosti proti opotrebeniu (test na ozubenom kolese FZG stáť; DIN 534-1 a-2)
Hydraulické kvapaliny, najmä vysokoviskózne triedy, sa používajú ako hydraulické a mazacie oleje v kombinovaných systémoch. Dynamická viskozita je hlavným faktorom ochrany proti opotrebeniu pri hydrodynamickom mazaní. Pri nízkych rýchlostiach kĺzania resp vysoké tlaky v podmienkach medzného trenia závisia vlastnosti kvapaliny proti opotrebeniu od použitých prísad (tvorba reaktívnej vrstvy). Títo hraničné podmienky reprodukované pri testovaní FZG stáť.
Táto metóda sa používa najmä na stanovenie hraničných vlastností mazív. Určité ozubené kolesá otáčajúce sa určitou rýchlosťou sú mazané striekaním alebo striekaním oleja, ktorého počiatočná teplota sa zaznamenáva. Postupne sa zvyšuje zaťaženie koreňov zubov a zaznamenávajú sa charakteristiky vzhľadu koreňov zubov. Tento postup sa opakuje až do posledného 12. stupňa zaťaženia: Hertzov tlak v 10. stupni zaťaženia v záberovom pásme je 1539 N/mm2; v štádiu 11 - 1 691 N/mm2; v 12. štádiu - 1 841 N / mm 2. Počiatočná teplota na stupni 4 je 90 °C, obvodová rýchlosť je 8,3 m/s, teplotný limit nie je určený; používa sa geometria ozubených kolies.
Stupeň zaťaženia poruchy je určený DIN 51 524-2. Pre pozitívny výsledok to musí byť krok aspoň 10. Hydraulické kvapaliny, ktoré spĺňajú požiadavky ISO VG 46, ktoré neobsahujú prísady proti opotrebeniu, zvyčajne dosahujú stupeň zaťaženia 6 (≈ 929 N/mm 2). Hydraulické kvapaliny obsahujúce zinok zvyčajne dosahujú najmenej 10-11 stupeň zaťaženia pred poruchou. Bez zinku tzv ZAF hydraulické kvapaliny vydržia záťažový stupeň 12 alebo vyšší.
Roman Maslov.
Na základe materiálov zo zahraničných publikácií.
Podobne ako teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti je možné zadať a použiť teplotný koeficient objemová expanzia, ktorá je charakteristická pre zmenu objemu telesa so zmenou jeho teploty. Empiricky sa zistilo, že zvýšenie objemu v tomto prípade možno považovať za úmerné zmene teploty, ak sa nezmení o veľmi veľké množstvo. Koeficient objemovej rozťažnosti možno označiť rôznymi spôsobmi, neexistuje jedno označenie. Často používaný zápis:
DEFINÍCIA
Označme objem telesa pri počiatočnej teplote (t) ako V, objem telesa pri konečnej teplote ako , objem telesa pri teplote ako , potom koeficient objemovej expanzie definovať vo forme vzorca:
Pevné látky a kvapaliny so zvyšujúcou sa teplotou mierne zväčšujú svoj objem, preto sa takzvaný "normálny objem" () pri teplote výrazne nelíši od objemu pri inej teplote. Preto sa vo výraze (1) nahrádza V a ukazuje sa:
Treba si uvedomiť, že pre plyny je tepelná rozťažnosť iná a nahradenie „normálneho“ objemu V je možné len pre malé teplotné intervaly.
Pomocou koeficientu objemovej expanzie môžete napísať vzorec, ktorý vám umožní vypočítať objem telesa, ak je známy počiatočný objem a prírastok teploty:
kde . Výraz () sa nazýva binomická expanzia objemu.
Tepelná rozťažnosť pevného telesa je spojená s anharmonicitou tepelných vibrácií častíc, ktoré tvoria kryštálovú mriežku telesa. V dôsledku týchto oscilácií sa so zvyšovaním telesnej teploty zväčšuje rovnovážna vzdialenosť medzi susednými časticami tohto telesa.
Ak pri konštantnej hmotnosti dôjde k zmene objemu tela, vedie to k zmene hustoty jeho látky:
kde je počiatočná hustota a je hustota látky pri novej teplote. Pretože výraz value then (4) sa niekedy zapisuje ako:
Vzorce (3)-(5) sa môžu použiť, keď sa telo zahrieva a keď sa ochladí.
Základnou jednotkou merania koeficientu tepelnej rozťažnosti v sústave SI je:
PRÍKLAD 1
| Cvičenie | Aký tlak ukazuje ortuťový barometer, ktorý je v miestnosti, ak je teplota v miestnosti konštantná a rovná sa t = 37 o C. Koeficient objemovej rozťažnosti ortuti je rovný Rozťažnosť skla môžeme zanedbať. |
| Riešenie | Skutočný objem ortuti v barometri bude mať hodnotu V, ktorú možno zistiť podľa výrazu: kde je objem ortuti pri normálnom atmosférickom tlaku Pretože sa teplota v miestnosti nemení, môžete použiť Boyleov-Mariottov zákon a napísať, že: Poďme cez výpočty: |
| Odpoveď |  Pa |
PRÍKLAD 2
| Cvičenie | Aký je rozdiel v hladinách kvapalín v dvoch identických komunikačných trubiciach, ak má ľavá trubica konštantnú teplotu a pravá trubica title="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="18" width="66" style="vertical-align: -4px;">). Высота жидкости в левой трубке равна (рис.1). Коэффициент объемного расширения жидкости равен . Расширение стекла моно не учитывать.!} |
Pri zmene teploty nastáva zmena veľkosti pevnej látky, ktorá sa nazýva tepelná rozťažnosť. Existuje lineárna a objemová tepelná rozťažnosť. Tieto procesy charakterizujú koeficienty tepelnej (tepelnej) rozťažnosti: - priemerný koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti, priemerný koeficient objemovej tepelnej rozťažnosti.
DEFINÍCIA
Koeficient tepelnej rozťažnosti nazývaná fyzikálna veličina charakterizujúca zmenu lineárnych rozmerov tuhého telesa so zmenou jeho teploty.
Použiť, zvyčajne priemerný koeficient lineárnej rozťažnosti. Toto je charakteristika tepelnej rozťažnosti materiálu.
Ak je počiatočná dĺžka tela , - jeho predĺženie so zvýšením telesnej teploty o , potom je určená vzorcom:
Koeficient lineárneho predĺženia je charakteristikou relatívneho predĺženia (), ku ktorému dochádza pri zvýšení telesnej teploty o 1 K.
So zvyšujúcou sa teplotou sa zväčšuje objem pevnej látky. Ako prvé priblíženie môžeme predpokladať, že:
kde je počiatočný objem tela, je zmena telesnej teploty. Potom súčiniteľ objemovej rozťažnosti telesa je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje relatívnu zmenu objemu telesa (), ku ktorej dochádza, keď sa teleso zahreje o 1 K a tlak zostane nezmenený. Matematická definícia Koeficient objemovej expanzie je nasledujúci:
Tepelná rozťažnosť pevného telesa je spojená s anharmonicitou tepelných vibrácií častíc, ktoré tvoria kryštálovú mriežku telesa. V dôsledku týchto oscilácií sa so zvyšovaním telesnej teploty zväčšuje rovnovážna vzdialenosť medzi susednými časticami tohto telesa.
Keď sa zmení objem telesa, zmení sa jeho hustota:
kde je počiatočná hustota a je hustota látky pri novej teplote. Pretože výraz value then (4) sa niekedy zapisuje ako:
Koeficienty tepelnej rozťažnosti závisia od látky. Vo všeobecnosti budú závisieť od teploty. Koeficienty tepelnej rozťažnosti sa považujú za nezávislé od teploty v malom rozsahu teplôt.
Existuje množstvo látok, ktoré majú negatívny koeficient tepelnej rozťažnosti. So stúpajúcou teplotou sa teda takéto materiály zmršťujú. To sa zvyčajne vyskytuje v úzkom teplotnom rozsahu. Existujú látky, v ktorých sa koeficient tepelnej rozťažnosti v určitom teplotnom rozsahu takmer rovná nule.
Výraz (3) sa používa nielen pre tuhé látky, ale aj pre kvapaliny. Zároveň sa má za to, že koeficient tepelnej rozťažnosti pre kvapkajúce kvapaliny sa s teplotou výrazne nemení. Pri výpočte vykurovacích systémov sa však berie do úvahy.
Základnou jednotkou merania koeficientov tepelnej rozťažnosti v sústave SI je:
PRÍKLAD 1
| Cvičenie | Na stanovenie koeficientu objemovej rozťažnosti kvapalín sa používajú zariadenia nazývané pyknometre. Ide o sklenené banky s úzkym hrdlom (obr. 1). Na hrdlo umiestnite značky o kapacite nádoby (zvyčajne v ml). Ako sa používajú pyknometre? |
| Riešenie | Koeficient objemovej expanzie sa meria nasledovne. Pyknometer sa naplní skúmanou kvapalinou až po zvolenú značku. Banka sa zahrieva, pričom sa zaznamenáva zmena hladiny látky. Pri takých známych hodnotách, ako sú: počiatočný objem pyknometra, plocha prierezu kanála hrdla banky, zmena teploty určuje podiel počiatočného objemu kvapaliny, ktorá vstúpila do hrdla banky. pyknometer pri zahriatí o 1 K. Je potrebné vziať do úvahy, že koeficient rozťažnosti kvapaliny je väčší ako získaná hodnota, pretože došlo k ohrevu a expanzii a baniek. Preto sa na výpočet koeficientu rozťažnosti kvapaliny pridáva koeficient rozťažnosti látky banky (zvyčajne skla). Treba povedať, že keďže súčiniteľ objemovej rozťažnosti skla je podstatne menší ako u kvapalín, pri približných výpočtoch možno koeficient rozťažnosti skla zanedbať. |
PRÍKLAD 2
| Cvičenie | Aké sú vlastnosti expanzie vody? Aký je význam tohto fenoménu? |
| Riešenie | Voda, na rozdiel od väčšiny ostatných kvapalných látok, expanduje pri zahrievaní len vtedy, ak je teplota nad 4 o C. V teplotnom rozmedzí sa objem vody so zvyšujúcou sa teplotou zmenšuje. Čerstvá voda at má maximálnu hustotu. Pre morská voda maximálna hustota sa dosiahne pri. Zvýšenie tlaku znižuje teplotu maximálnej hustoty vody. Keďže takmer 80% povrchu našej planéty je pokrytých vodou, vlastnosti jej expanzie zohrávajú významnú úlohu pri vytváraní klímy na Zemi. Slnečné lúče dopadajúce na vodnú hladinu ju ohrievajú. Ak je teplota pod 1-2 o C, tak zohriate vrstvy vody majú väčšiu hustotu ako studené a klesajú. Ich miesto zároveň zaberajú chladnejšie vrstvy, ktoré sa naopak zahrievajú. Dochádza teda k neustálej výmene vrstiev vody a to vedie k zahrievaniu vodného stĺpca, až kým sa nedosiahne maximálna hustota. Ďalšie zvýšenie teploty vedie k tomu, že horné vrstvy vody znižujú svoju hustotu a zostávajú na vrchu. Ukazuje sa teda, že veľká vrstva vody sa pomerne rýchlo zohreje na teplotu maximálnej hustoty a ďalšie zvyšovanie teploty je pomalé. Výsledkom je, že hlboké vodné útvary Zeme od určitej hĺbky majú teplotu asi 2-3 o C. Zároveň môže mať teplota horných vrstiev vody v moriach teplých krajín teplotu asi 2-3 o C. 30 o C a viac. |
Tepelná rozťažnosť kvapaliny spočíva v tom, že môže meniť svoj objem so zmenou teploty. Táto vlastnosť sa vyznačuje teplotný koeficient objemovej rozťažnosti , ktorá predstavuje relatívnu zmenu objemu kvapaliny so zmenou teploty na jednotku (o 1 o C) a pri konštantnom tlaku:
Analogicky s vlastnosťou stlačiteľnosti kvapaliny môžeme písať
alebo cez hustotu
Zmena objemu so zmenou teploty nastáva v dôsledku zmeny hustoty.
Pre väčšinu kvapalín koeficient t klesá so zvyšujúcim sa tlakom. Koeficient t s poklesom hustoty ropných produktov z 920 predtým 700 kg/m 3 zvyšuje z 0,0006 predtým 0,0008 ; pre hydraulické kvapaliny t zvyčajne sa odoberá nezávisle od teploty. Pre tieto kvapaliny zvýšenie tlaku z atmosférického na 60 MPa vedie k rastu t asi 10 – 20 % . Zároveň platí, že čím vyššia je teplota pracovnej tekutiny, tým väčší je nárast t . Pre vodu so zvyšujúcim sa tlakom pri teplotách do 50 O C t rastie a pri teplotách nad 50 O C klesá.
Rozpúšťanie plynov - schopnosť kvapaliny absorbovať (rozpúšťať) plyny v kontakte s ňou. Všetky kvapaliny do určitej miery absorbujú a rozpúšťajú plyny. Táto vlastnosť je charakteristická koeficient rozpustnosti k R .
E 
Ak je kvapalina v uzavretej nádobe v kontakte s plynom pod tlakom P
1
, potom sa plyn začne rozpúšťať v kvapaline. Po určitej dobe
kvapalina bude nasýtená plynom a tlak v nádobe sa zmení. Koeficient rozpustnosti spája zmenu tlaku v nádobe s objemom rozpusteného plynu a objemom kvapaliny nasledujúcim vzťahom
kde V G je objem rozpusteného plynu za normálnych podmienok,
V dobre je objem kvapaliny,
P 1 a P 2 sú počiatočný a konečný tlak plynu.
Faktor rozpustnosti závisí od typu kvapaliny, plynu a teploty.
Pri teplote 20 ºС a atmosferický tlak, voda obsahuje asi 1,6% rozpustený vzduch podľa objemu ( k p = 0,016 ). So zvyšujúcou sa teplotou od 0 predtým 30 ºС koeficient rozpustnosti vzduchu vo vode klesá. Koeficient rozpustnosti vzduchu v olejoch pri teplote 20 ºС je o 0,08 – 0,1 . Kyslík má vyššiu rozpustnosť ako vzduch, takže obsah kyslíka vo vzduchu rozpustenom v kvapaline je približne 50% vyššia ako atmosférická. Pri poklese tlaku sa z kvapaliny uvoľňuje plyn. Proces vývoja plynu prebieha intenzívnejšie ako rozpúšťanie.
Var je schopnosť kvapaliny prejsť do plynného skupenstva. Inak sa táto vlastnosť kvapalín tzv odparovanie .
Kvapalinu je možné priviesť do varu zvýšením teploty na hodnoty vyššie ako je bod varu pri danom tlaku alebo znížením tlaku na hodnoty nižšie ako je tlak nasýtených pár. p np kvapaliny pri danej teplote. Tvorba bublín pri znížení tlaku na tlak nasýtených pár sa nazýva studený var.
Kvapalina, z ktorej bol odstránený plyn v nej rozpustený, sa nazýva odplynená. V takejto kvapaline k varu nedochádza ani pri teplote vyššej ako je bod varu pri danom tlaku.
a teplotu.
