Реферат на тему гидравлическая система
Обновлено: 02.07.2024
Гидравлический привод (гидропривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.
Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).
В общих чертах, передача энергии в гидроприводе происходит следующим образом:
Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости.
Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.
После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.
Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные:
В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.
В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.
Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.
Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического, — большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа.
Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах, в станкостроении и др.
В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объёмные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.
По характеру движения выходного звена гидродвигателя
Гидропривод вращательного движения
когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;
Гидропривод поступательного движения
у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр — двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);
Гидропривод поворотного движения
когда в качестве гидродвигателя применён поворотный гидродвигатель, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360°.
По возможности регулирования
Если скорость выходного звена (гидроцилиндра, гидромотора) регулируется изменением частоты вращения двигателя, приводящего в работу насос, то гидропривод считается нерегулируемым.
в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может быть: *дроссельным, объёмным, объёмно-дроссельным.
Регулирование может быть: ручным или автоматическим.
В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть:
автоматически изменяет подачу жидкости по фактической потребности гидросистемы в режиме реального времени (без фазового сдвига).
По схеме циркуляции рабочей жидкости
Гидропривод с замкнутой схемой циркуляции
в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса.
Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры;
Гидросистемы с замкнутой схемой циркуляции ррабочей жидкости (справа) и с разомкнутой схемой (слева). На схеме слева всасывающая и сливная гидролинии сообщаются с баком (разомкнутая схема); на схеме справа бак используется только для вспомогательной гидросистемы (системы подпитки). Н и Н1 — насосы; М — гидромотор; Р — гидрораспределитель; Б — гидробак; Н1 — насос системы подпитки; КП1, КП2, — Предохранительные клапана; КО1 и КО2 — обратные клапана. Предохранительные клапана КП (на схеме слева), КП1 и КП2 (на схеме справа) срабатывают в тот момент, когда нагрузка на валу гидромотора слишком велика, и давление в гидросистеме превышает допустимую величину. Обратные клапана КО1 и КО2 срабатывают тогда, когда давление слишком мало, и возникает опасность кавитации
Гидропривод с разомкнутой системой циркуляции
в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой.
Достоинства такой схемы — хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.
По источнику подачи рабочей жидкости
В насосном гидроприводе, получившем наибольшее распространение в технике, механическая энергия преобразуется насосом в гидравлическую, носитель энергии — рабочая жидкость, нагнетается через напорную магистраль к гидродвигателю, где энергия потока жидкости преобразуется в механическую. Рабочая жидкость, отдав свою энергию гидродвигателю, возвращается либо обратно к насосу (замкнутая схема гидропривода), либо в бак (разомкнутая или открытая схема гидропривода). В общем случае в состав насосного гидропривода входят гидропередача, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроёмкости и гидролинии.
В магистральном гидроприводе рабочая жидкость нагнетается насосными станциями в напорную магистраль, к которой подключаются потребители гидравлической энергии. В отличие от насосного гидропривода, в котором, как правило, имеется один (реже 2-3) генератора гидравлической энергии (насоса), в магистральном гидроприводе таких генераторов может быть большое количество, и потребителей гидравлической энергии также может быть достаточно много.
В аккумуляторном гидроприводе жидкость подаётся в гидролинию от заранее заряженного гидроаккумулятора. Этот тип гидропривода используется в основном в машинах и механизмах с кратковременными режимами работы.
По типу приводящего двигателя гидроприводы
приводом от ДВС
К основным преимуществам гидропривода относятся:
возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки, простота управления и автоматизации;
простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок;
широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена;
большая передаваемая мощность на единицу массы привода;
надёжная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей;
получение больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;
возможность осуществления различных видов движения;
возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;
возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;
упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.
К недостаткам гидропривода относятся:
утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления;
нагрев рабочей жидкости, что в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;
более низкий КПД (по приведённым выше причинам), чем у сопоставимых механических передач;
необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в неё воздуха;
пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости;
зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды;
в сравнении с пневмоприводом — невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.
1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
2. Гейер В. Г., Дулин В. С., Заря А. Н. Гидравлика и гидропривод: Учеб для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1991.
3. Юфин А. П. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. — М.: Высшая школа, 1965.
6. Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.
Похожие страницы:
Гидравлический привод протяжного станка
Ремонт тормозных систем с гидравлическим приводом
. для тормозной системы с гидравлическим приводом 3. Ремонт тормозной системы с гидравлическим приводом 3.1 Разборочные работы 3.2 . системы с гидравлическим приводом Разборочные работы Тормозные системы с гидравлическим приводом изображены на рисунках .
Разработка гидравлического привода для металлорежущего станка
. цикловому действию. По сравнению с механическим, гидравлический привод компактнее, обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости . структуры цикла и режимы работы. Недостатками гидравлического привода, которые ограничивают его применение в станках .
Расчёт гидравлического привода
. ПЗ Лист Введение. Расчёт гидравлического привода является одним из важнейших . станка или другой машины с гидравлическим приводом. При проектировании, в зависимости . от вида гидропривода, в задачу гидравлического расчёта входят: определение диаметра поршня .
Гидравлические масла в горной промышленности
. значения или направления приложения силы. Гидравлический привод не может действовать без жидкой . значения или направления приложенной силы. Гидравлический привод не может действовать без жидкой .
Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.
Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов
Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит
Бесплатные доработки и консультации
Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки
Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа
Техподдержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему
Строгий отбор экспертов
Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы ![]()
Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован
Последние размещённые задания
Ежедневно эксперты готовы работать над 1000 заданиями. Контролируйте процесс написания работы в режиме онлайн
Решение задач, Высшая математика
Срок сдачи к 1 мар.
Влияние ценовой эластичности спроса и предложения на устойчивость.
Срок сдачи к 1 мар.
Реферат, национальная экономика
Срок сдачи к 28 февр.
Совершенствование деятельности государственных служащих в сфере социальной защиты населения (на примере. ) гбу тцсо "мещанский"
Курсовая, Принятие и исполнение государственных решений
Срок сдачи к 15 мар.
Контрольная, Web-технологии, информатика, программирование
Срок сдачи к 20 мар.
Решение задач, Высшая математика
Срок сдачи к 27 февр.
Решить два задания
Решение задач, Математический анализ
Срок сдачи к 28 февр.
решить задачи срочно
Решение задач, Административное судопроизводство прокурорский надзор
Срок сдачи к 27 февр.
Курсовая, право социального обеспечения
Срок сдачи к 3 мар.
Решение задач, Химия
Срок сдачи к 2 мар.
решить все задания с пояснением
Решение задач, финансы
Срок сдачи к 5 мар.
Тема: договор аренды и его видв
Курсовая, Гражданское право
Срок сдачи к 28 февр.
Экспертиза и контроль безопасности оборудования и технологических процессов
Срок сдачи к 28 февр.
Для мед университета
Срок сдачи к 18 мар.
Решить 5 задач по электрическим измерениям
Решение задач, Электрические измерения
Срок сдачи к 7 мар.
3 задачи по маркетингу
Решение задач, Маркетинг
Срок сдачи к 1 мар.
Необходимо решить задания по криволинейным интегралам до вечера.
Решение задач, Высшая математика
Срок сдачи к 27 февр.
анализ и оценка эффективности использования внеоборотных активов.
Курсовая, Основы анализа бухгалтерской отчетности
Срок сдачи к 4 мар.
Размещенные на сайт контрольные, курсовые и иные категории работ (далее — Работы) и их содержимое предназначены исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права в отношении Работ и их содержимого принадлежат их законным правообладателям. Любое их использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие в связи с использованием Работ и их содержимого.
Гидродинам и ческая система (передача) , механизм для бесступенчатого изменения передаваемого от двигателя крутящего момента или частоты вращения вала машины-орудия; рабочий процесс гидродинам и ческой передачи осуществляется за счёт работы лопастных насоса и турбины. Гидродинам и ческая передача была предложена в начале 20 в. в виде расположенных соосно центробежного насоса и турбины, сближенных таким образом, что их колёса образуют торообразную полость, заполненную рабочей жидкостью — маловязким маслом или водой. Побудителем движения жидкости является насос, колесо которого соединено с двигателем; энергия, полученная жидкостью от насоса, передаётся турбиной приводимой машине.
Гидродинамическими передачами называют механизмы, действие которых обеспечивается посредством жидкости, являющейся передаточным звеном в силовой цепи механизма. Гидропередача представляет сочетание в одном агрегате двух лопастных машин - центробежного насоса и гидротурбины. С их помощью энергия от двигателя переносится к приводной машине потоком жидкости, т.е. гидродинамические передачи являются трансмиссиями.
Гидропередачи обладают большой энергоемкостью и почти неограниченными кинематическими возможностями.
Использование гидропередач в транспортных машинах дает возможность получать очень малые скорости ведущих колес, что обеспечивает высокую проходимость машины и устойчивую работу двигателя.
Двигатель автомобиля без гидравлической передачи может глохнуть при трогании с места, на подъемах, поворотах и в других случаях. Двигатель, оборудованный гидропередачей, лишен этих недостатков, кроме того ввиду отсутствия жесткой связи между двигателем и остальными звеньями силовой цепи исключается воздействие ударных нагрузок на него.
Гидродинамически е систем ы
Общее представление о гидродинамических системах
Гидропередача исключает рывки при трогании с места и при переключении скоростей, что увеличивает продолжительность эксплуатации машин.
Из-за предельного сближения рабочих колес, расположенных в одном и том же корпусе, отпадает необходимость в трубопроводах, спиральных камерах, диффузорах, следовательно устраняются значительные потери энергии в этих элементах. Благодаря этому КПД определяется только потерями в рабочих колесах и достигает больших значений 0,85¸0,98.
Гидродинамические передачи, способные изменять передаваемый крутящий момент, называют гидротрансформаторами.
Гидродинамические передачи работают с помощью гидромашин лопастного типа. Они используют энергию динамического напора, которая сообщается жидкости лопастями рабочего колеса насоса и с помощью турбинного колеса превращается в механическую энергию. Этот тип передач иногда называют турбопередачами.
Гидродинам и ческая передача только с двумя колёсами — насосным и турбинным, имеет равные на обоих валах крутящие моменты и называют гидродинамической муфтой (гидромуфтой). В номинальном режиме частота вращения турбинного вала гидромуфты на 1,5—4% меньше частоты вращения вала насоса; кпд гидромуфты составляет 95—98%.
Гидротрансформаторы имеют три лопаточных колеса (насосное, направляющего аппарата и турбинное) или более. Они бывают с одно- или многоступенчатой турбиной. В последнем случае удаётся расширить область изменения частоты вращения вторичного вала и получить большее увеличение крутящего момента на турбинном колесе по отношению к моменту на валу насоса в режиме страгивания, т. е. когда турбинный вал полностью остановлен (у трёхступенчатых турбин до 12:1). Г. п. допускают регулирование крутящего момента за счёт изменения заполнения их рабочей полости. Этот способ широко применяется для регулирования гидромуфт. Чтобы уменьшить падение кпд в гидротрансформаторах, регулирование ведут поворотом лопастей рабочих колёс.
В некоторых конструкциях гидротрансформаторов предусматривается отключение направляющего аппарата, что обращает механизм в гидромуфту — это т. н. комплексная передача. Гидродинам и ческие передачи строятся с передаточным отношением от 0,6 до 6 и кпд 0,86—0,92. Раздельная гидродинам и ческая передача , т. е. отдельно расположенные насос и турбина, соединённые трубами, позволяет произвольно размещать турбину относительно двигателя, дробить мощность двигателя между несколькими потребителями и, наоборот, суммировать мощность нескольких двигателей для привода одной машины. Несмотря на то, что кпд раздельных гидродинам и ческих передач составляет 65—70%, они находят всё большее применение в тех случаях, когда приводимая машина должна размещаться в месте, где невозможно или затруднено обслуживание: приводы буровых установок, насосы топливных систем летательных аппаратов, насосы химических установок и др.
Наибольшее применение гидродинам и ческие передачи , как автоматически действующие бесступенчатые передачи, нашли в трансмиссиях автомобилей, на тепловозах, в судовых силовых установках, приводах питательных насосов и дымососов ТЭЦ.
Классификация гидродинамических систем.
При выборе гидротрансформатора для установки на автомобиль исходят из типа применяемого двигателя, назначения машины, требуемых запасов мощности и общего диапазона регулирования. На автомобилях чаще всего находят применение прозрачные гидротрансформаторы. Непрозрачные гидротрансформаторы, независимо от типа двигателя, устанавливаются на машинах, которые по своему назначению требуют получения высокого коэффициента использования мощности, например на автобусах, сельскохозяйственных тракторах, тепловозах и дорожных машинах, где решающее значение придается достижению высокой производительности.
В табл. 1 приведены основные группы гидротрансформаторов, их параметры и общая характеристика.
Одноступенчатые блокируемые непрозрачные гидротрансформаторы I группы имеют три колеса с короткими лопатками у турбины, расположенными на значительном расстоянии от оси вращения. При малых нагрузках для обеспечения высокого к. п. д. гидротрансформатор блокируется (выключается).
У гидротрансформаторов II группы реактор установлен на муфте свободного хода. При определенном числе оборотов турбины реактор выключается и работа гидротрансформатора переводится на режим гидромуфты. Реактор может выполняться расчлененным, и выключение ступеней реактора осуществляется последовательно. Это позволяет расширить область высоких к. п. д. гидротрансформатора. Лопатки насоса и турбины такого гидротрансформатора расположены симметрично друг другу и имеют значительную длину. Выходной диаметр турбины расположен на малом расстоянии от оси вращения. Вследствие этой особенности ограничивается эффективность преобразующих свойств гидротрансформатора. Способность удовлетворительно работать в качестве гидромуфт присуща лишь одноступенчатым гидротрансформаторам, у которых турбина и насос расположены зеркально, а лопатки этих колес имеют значительную длину в радиальном направлении.
Гидротрансформаторы III группы по компоновке аналогичны гидротрансформаторам II группы, но отличаются от последних конфигурацией лопаток колес (сильно изогнутая форма лопаток у турбины, утолщение входных
Широкое применение гидравлики
Развитию гидромеханики (гидравлики) как самостоятельной науки в значительной степени способствовали труды русских учёных Даниила Бернулли (1700 - 1782), Леонарда Эйлера (1707 - 1783), М.В. Ломоносова (1711 - 1765). Работы этих великих русских учёных обеспечили настоящий прорыв в области изучения жидких тел: ими впервые были опубликованы дифференциальные уравнения равновесия и движения жидкости Эйлера, закон сохранения энергии Ломоносова, уравнение запаса удельной энергии в идеальной жидкости Бернулли. Развитию гидравлики как прикладной науки и сближению методов изучения теоретических и практических вопросов используемых гидравликой и гидромеханикой способствовали работы французских учёных Дарси, Буссинэ и др., а также работы Н.Е. Жуковского. Благодаря трудам этих учёных, а также более поздним работам Шези, Вейсбаха, Прандля удалось объединить теоретические исследования гидромеханики с практическими и экспериментальными работами, выполненными в гидравлике. Работы Базена, Пуазейля, Рейнольдса, Фруда, Стокса и др. развили учение о динамике реальной (вязкой жидкости). Дифференциальное уравнение Навье - Стокса позволило описать движение реальной жидкости как функцию параметров этой жидкости в зависимости от внешних условий.
Методы исследования
Дальнейшие работы в области теоретической и прикладной гидромеханики были направлены на развитие методов решения практических задач, развитие новых методов исследования, новых направлений: теория фильтрации, газо- и аэродинамика и др. При решении практических вопросов гидравлика оперирует всеми известными методами исследований: методом анализа бесконечно малых величин, методом средних величин, методом анализа размерностей, методом аналогий, экспериментальным методом.
· Метод анализа бесконечно малых величин - наиболее удобный из всех методов для количественного описания процессов равновесия и движения жидкостей и газов. Этот метод наиболее эффективен в тех случаях, когда приходится рассматривать движение объектов на атомно-молекулярном уровне, т.е. в тех случаях, когда для вывода уравнений движения приходится рассматривать жидкость (или газ) с молекулярно-кинетической теории строения вещества. Основной недостаток метода - довольно высокий уровень абстракции, что требует от читателя обширных знаний в области теоретической физики и умение пользоваться различными методами математического анализа, включая векторный анализ.
· Метод аналогий - используется в тех случаях, кода имеются в наличии детально изученные процессы, относящиеся к тому же типу взаимодействия вещества, что и изучаемый процесс.
· Экспериментальный метод является основным методом изучения, если другие методы по каким- либо причинам не могут быть применены. Этот метод также часто используется как критерий для подтверждения правильности результатов полученных другими методами.
В конечном счёте, метод изучения движения жидкости, а также уровень изучения (макро или микро) выбирается из условий практической постановки задач и соотношения характерных размеров. Основным мерилом для этих характерных размеров может быть длина свободного пробега молекул. Так для изучения движения жидкости на макро уровне необходимо, чтобы характерные размеры: L (некоторая длина) и d (ширина) по отношению к длине свободного пробега молекул А, находились в соответствии:
Жидкость как физическое тело
Изучение реальных жидкостей и газов
Изучение реальных жидкостей и газов связано со значительными трудностями, т.к. физические свойства реальных жидкостей зависят от их состава, от различных компонентов, которые могут образовывать с жидкостью различные смеси как гомогенные (растворы) так и гетерогенные (эмульсии, суспензии и др.) По этой причине для вывода основных уравнений движения жидкости приходится пользоваться некоторыми абстрактными моделями жидкостей и газов, которые наделяются свойствами неприсущими природным жидкостям и газам. Идеальная жидкость - модель природной жидкости, характеризующаяся изотропностью всех физических свойств и, кроме того, характеризуется абсолютной несжимаемостью, абсолютной текучестью (отсутствие сил внутреннего трения), отсутствием процессов теплопроводности и теплопереноса.
Реальная жидкость - модель природной жидкости, характеризующаяся изотропностью всех физических свойств, но в отличие от идеальной модели, обладает внутренним трением при движении. Идеальный газ - модель, характеризующаяся изотропностью всех физических свойств и абсолютной сжимаемостью. Реальный газ - модель, при которой на сжимаемость газа при условиях, близких к нормальным условиям существенно влияют силы взаимодействия между молекулами. При изучении движения жидкостей и газов теоретическая гидравлика (гидромеханика) широко пользуется представлением о жидкости как о сплошной среде. Такое допущение вполне оправдано, если учесть, что размеры пространства занимаемого жидкостью, во много раз превосходят межмолекулярные расстояния (исключением можно считать лишь разряженный газ). При изучении движения жидкостей и газов последние часто рассматриваются как жидкости с присущими им некоторыми особыми свойствами. Всвязи с этим принято различать две категории жидкостей: капельные жидкости (практически несжимаемые тела, или собственно жидкости) и сжимаемые жидкости (газы).
Основные физические свойства жидкостей
К основным физическим свойствам жидкостей следует отнести те её свойства, которые определяют особенности поведения жидкости при её движении. Такими являются свойства, характеризующие концентрацию жидкости в пространстве, свойства, определяющие процессы деформации жидкости, определяющие величину внутреннего трения в жидкости при её движении, поверхностные эффекты. Важнейшим физическим свойством жидкости, определяющим её концентрацию в пространстве, является плотность жидкости. Под плотностью жидкости понимается масса единицы объёма жидкости:
где: М - масса жидкости,
W - объём, занимаемый жидкостью.
В международной системе единиц СИ масса вещества измеряется в кг, объём жидкого тела в м 3 , тогда размерность плотности жидкости в системе единиц СИ - кг/м 3 . В системе единиц СГС плотность жидкости измеряется в г/см 3 . Величины плотности реальных капельных жидкостей в стандартных условиях изменяются в системе единиц СИ в широких пределах от 700 кг/м 3 до 1800 кг/м 3 , а плотность ртути достигает 13550 кг/м , плотность чистой воды составляет 998 кг/м 3 . В системе единиц СГС пределы изменения плотности жидкости от 0,7 г/см до 1,8 г/см 3 , плотность чистой воды 0,998 г/см . Величины плотности газов меньше плотности капельных жидкостей приблизительно на три порядка, т.е. в системе единиц СИ плотности газов при атмосферном давлении и температуре О °С изменяются в пределах от 0,09 кг/м 3 до 3,74 кг/м, плотность воздуха составляет 1,293 кг/м 3 .
Плотность капельных жидкостей и газов зависит от температуры и давления. Зависимость величины плотности жидкости и газа при температуре отличной от 20 °С определяется по формуле Д.И. Менделеева:
где: р и р20 - плотности жидкости (газа) при температурах соответственно
ГиГо=20°С, вi- коэффициент температурного расширения. Исключительными особенностями обладает вода, максимальная плотность которой отмечается при 4 °С. Плотность капельных жидкостей в зависимости от давления может быть определена в соответствии с уравнением состояния упругой жидкости:
* где: - плотность капельной жидкости при атмосферном давлении рат , - коэффициент объёмного сжатия капельной жидкости.
Плотность идеальных газов при давлениях отличных от атмосферного можно определить по известному закону газового состояния Менделеева-Клайперона:
Где задействовано давление, удельный объём газа, универсальная газовая постоянная, температура газа.
Кроме абсолютной величины плотности капельной жидкости, на практике пользуются и величиной её относительной плотности, которая представляет собой отношение величины абсолютной плотности жидкости к плотности чистой воды при температуре 4 °С:
Относительная плотность жидкости - величина безразмерная.
Имеется аналогичная характеристика и для газов. Под относительной плотностью газа (по воздуху) понимается отношение величины абсолютной плотности газа к плотности воздуха при стандартных условиях.
Плотность жидкости
О плотности жидкости косвенно можно судить по весовому показателю, - удельному весу жидкости. Под удельным весом жидкости (газа) понимается вес единицы объёма жидкости (газа):
G вес жидкости (газа),
где: W объем, занимаемый жидкостью (газом).
Связь между плотностью и удельным весом жидкости такая же как и между массой тела и её весом:
Размерность удельного веса жидкости в системе единиц СИ н/м 3 , удельный вес чистой воды составляет 9810 н/м 3 . Аналогично вводится понятие об относительном удельном весе жидкости,
На практике величина плотности жидкости определяется с помощью простейшего прибора - ареометра. По глубине погружения прибора в жидкость судят о её плотности.
Упругость
Об упругости можно сказать тоже, так как капельные жидкости относятся к категории плохо сжимаемых тел. Причины незначительных изменений объёма жидкости при увеличении давления очевидны, т.к. межмолекулярные расстояния в капельной жидкости малы и при деформации жидкости приходится преодолевать значительные силы отталкивания, действующие между молекулами, и даже испытывать влияние сил, действующих внутри атома. Тем не менее, сжимаемость жидкостей в 5 - 10 раз выше, чем сжимаемость твёрдых тел, т.е. можно считать, что все капельные жидкости обладают упругими свойствами. Оценка упругих свойств жидкостей может осуществляться по ряду специальных параметров, коэффициент объёмного сжатия жидкости представляет собой относительное изменение объёма жидкости при изменении давления на единицу. По существу это известный закон Гука для модели объёмного сжатия:
Формула включает начальный объём жидкости, (при начальном давлении), и коэффициент объёмного (упругого) сжатия жидкости. Считается, что коэффициент объёмного сжатия жидкости зависит с достаточно большой точностью только от свойств самой жидкости и не зависит от внешних условий. Коэффициент объёмного сжатия жидкости имеет размерность обратную размерности давления, т.е. м/н. адиабатический модуль упругости жидкости К, зависящий от термодинамического состояния жидкости (величина обратная коэффициенту объёмного сжатия жидкости):
Величина модуля упругости жидкости имеет размерность напряжения, т.е. н/м. Об упругих свойствах капельной жидкости можно судить по скорости распространения продольных волн в жидкой среде, которая равна скорости звука в покоящейся жидкости:
С упругими свойствами капельных жидкостей также связаны представления о сопротивлении жидкостей растяжению. Теоретически в чистых жидкостях могут быть достигнуты довольно значительные напряжения. Однако, в реальных жидкостях при наличии в них даже весьма незначительных примесей (твёрдые частицы, газ) уменьшает величину сопротивления жидкости растяжению практически до 0. По этой причине можно считать, что в капельных жидкостях напряжения растяжению невозможны. Об упругих свойствах газов можно судить исходя из классического уравнения Пуассона:
где: п - показатель адиабаты равный отношению теплоёмкости газа при постоянном давлении к величине теплоёмкости газа при постоянном объёме.
Для оценки упругих свойств движущегося газа пользуются не абсолютной величиной скорости звука сзв, а отношением скорости потока газа v к скорости звука в газе. Этот показатель носит название числа Маха:
Вязкость
И немного о вязкости. При движении реальных (вязких) жидкостей в них возникают внутренние напряжения, обусловленные силами внутреннего трения жидкости. Природа этих сил довольно сложна; возникающие в жидкости напряжения связаны с процессом переноса импульса (вектора массовой скорости движения жидкости). При этом возникающие в жидкости напряжения обусловлены двумя факторами: напряжениями, возникающими при деформации сдвига и напряжениями, возникающими при деформации объёмного сжатия. Наличие сил вязкостного трения в движущейся жидкости подтверждается простым и наглядным опытом. Если в цилиндрическую ёмкость, заполненную жидкостью опустить вращающийся цилиндр, то вскоре придёт в движение (начнёт вращаться вокруг своей оси в том же направлении, что и вращающийся цилиндр) и сама ёмкость с жидкостью. Этот факт свидетельствует о том, что вращательный момент от вращающегося цилиндра был передан через вязкую жидкость самой ёмкости, заполненной жидкостью. Напряжения, возникающие при деформации сдвига согласно гипотезе Ньютона пропорциональны градиенту скорости в движущихся слоях жидкости, а сила трения между слоями движущейся жидкости будет пропорциональна площади поверхности движущихся слоев жидкости:
T - сила трения между слоями движущейся жидкости,
S- площадь поверхности слоев движущейся жидкости,
- касательные напряжения, возникающие в жидкости при деформации сдвига,
коэффициент динамической вязкости жидкости.
Величина коэффициента динамической вязкости жидкости при постоянной температуре и постоянном давлении зависит от внутренних (химических) свойств самой жидкости. Размерность коэффициента динамической вязкости в системе единиц СИ: н с/м 2 , в системе СГС - д-с/см . Последняя размерность носит название пуаза (пз). Таким образом, пз =1 д-с/см ,
а соотношение между единицами вязкости. 1да=0,1 н с/м 2 . Помимо коэффициента динамической вязкости жидкости широко используется коэффициент кинематической вязкости жидкости v, представляющий собой отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости:
В системе единиц СИ коэффициент кинематической вязкости измеряется в м/с, в системе единиц СГС единицей измерения коэффициента кинематической вязкости жидкости является стоке (cm), т.е. 1 cm = 1 см /с.
Коэффициент динамической вязкости чистой воды составляет 1-10~ 3 н-с/м (или 0,01 пз), коэффициент кинематической вязкости чистой воды составляет МО" м /с (или 0,01 cm). Коэффициенты вязкости жидкостей варьируют в весьма широких пределах от 0,0003 до 0,139 н-с/л/ 2 .
Вязкость жидкости в значительной степени зависит от температуры и давления. При увеличении температуры капельной жидкости коэффициенты её вязкости (как динамический, так и кинематический) резко снижается в десятки и сотни раз, что обусловлено увеличением внутренней энергии молекул жидкости по сравнению с энергией межмолекулярной связи в жидкости. Зависимость вязкости капельной жидкости от температуры может быть выражена в виде экспоненциальной зависимости:
Q - 20 °С,
- экспериментальный температурный коэффициент. Зависимость вязкости жидкости от авления в широком диапазоне давлений остаётся практически линейной:
где: - вязкость жидкости при атмосферном давлении, ар - экспериментальный коэффициент пропорциональности. Газы обладают несравнимо более низкими коэффициентами вязкости от 0,0000084 до 0,0000192 н-с/м 2 , и в отличие от капельных жидкостей вязкость газов увеличивается при увеличении температуры, т.к. с увеличением температуры газа возрастают скорости теплового движения молекул и, соответственно, увеличивается число соударений молекул газа, что делает газ более вязким. Зависимость вязкости газа от давления ничем не отличается от аналогичной зависимости для капельных жидкостей. Измерение вязкости жидкостей осуществляется с помощью вискозиметров, работающих на принципе истечения жидкости через малое калиброванное отверстие; вязкость вычисляется по скорости истечения.
Кроме деформации сдвига внутреннее сопротивление в жидкости возникает и при объёмном сжатии жидкости, т.е. сжимаемая жидкость стремится восстановить состояние первоначального равновесия. Этот процесс, в некоторой степени, аналогичен проявлению сил сопротивления при деформации сдвига, хотя сам процесс и отличается по своей сути. По этой причине говорят, что в жидкости проявляется так называемая вторая вязкость Ј, обусловленная деформацией объёмного сжатия жидкости.
Читайте также: