Решение различных технических проблем, связанных с вопросами движения жидкостей в открытых и закрытых руслах, а также с вопросами силового воздействия жидкости на стенки сосудов или обтекаемые жидкостью твердые тела привело к созданию обширной науки называемой гидромеханикой, которая делится на два раздела: техническая гидромеханика и теоретическая механика folyadék és a gáz (Fig.1.1).
Ábra. 1.1. Разделы гидромеханики
Hidraulika (technikai áramlástani) - alkalmazott hidromechanika része, amely bizonyos feltételezések gyakorlati problémák megoldására. Она обладает сравнительно простыми методиками расчета по сравнению с теоретической механикой жидкости, где применяется сложный математический аппарат. Однако гидравлика дает достаточную для технических приложений характеристику рассматриваемых явлений.
1.1. A Brief History of hidraulika
Történelmileg Hidraulika egyik legrégebbi tudomány a világon. Régészeti kutatások bizonyítják, hogy még 5000 évvel ie Kínában, majd más országokban az ókori világ talált a készülék leírása különböző hidraulikus szerkezetek, bemutatott formájában rajzok (első rajz). Естественно, что никаких расчетов этих сооружений не производилось, и все они были построены на основании практических навыков и правил.
Az első jelzések a tudományos megközelítés a problémák a hidraulikus kapcsolatos problémák az év 250 BC когда Архимедом был открыт закон о равновесии тела, погруженного в жидкость. Majd 1500 év jelentős változásokat hidraulikai nem kapott. Sci míg szinte nem fejlődött, kialakult egyfajta stagnálás. И только в XVI-XVII веках нашей эры в эпоху Возрождения, или как говорят историки Ренессанса, появились работы Галилея, Леонардо да Винчи, Паскаля, Ньютона, которые положили серьезное основание для дальнейшего совершенствования гидравлики как науки.
Однако только основополагающие работы академиков Петербургской академии наук Даниила Бернулли и Леонарда Эйлера живших в XVIII веке, создали прочный фундамент, на котором основывается современная гидравлика. A XIX-XX században jelentős mértékben hozzájárul a hidrodinamika, bevezette a „atyja orosz légi közlekedés” Nyikolaj Zsukovszkij.
Szerepe hidraulika a modern technika nem lehet túlbecsülni. Bármilyen autó, repülőgép, tengeri hajó nem nélkülözheti a hidraulikai rendszerek. Add ide a gátak építése, csövek, csatornák, gátak. На производстве просто не обойтись без гидравлических прессов, способных развивать колоссальные усилия. А вот интересный факт из истории строительства Эйфелевой башни. Mielőtt végleges megállapításához több tonnás acélszerkezet a torony a betonalap, ez adta szigorúan függőleges pozícióba négy hidraulikus prések, telepített a két szár között.
Гидравлика преследует человека повсюду: на работе, дома, на даче, в транспорте. Сама природа подсказала человеку устройство гидравлических систем. Szív - a szivattyú, a máj - a szűrő, a vese - biztonsági szelepek, a vérerek - csövek egy teljes hossza mintegy 100 000 km az emberi szervezetben. Наше сердце перекачивает за сутки 60 тонн крови (это целая железнодорожная цистерна!).
1.2. Жидкость и силы действующие на нее
Folyadék a hidraulikus rendszer az úgynevezett fizikai test képes változtatni az alakjukat, ha rájuk egy tetszőlegesen kis erők. Kétféle folyadék: folyékony cseppek és a cseppfolyós gáz (Fig.1.2). Csepegtető folyadékok, amelyek a szokásos, hagyományos értelemben vett (víz, olaj, kerozin, olaj, stb). Gáznemű folyadékok - gázok normál körülmények között gáz-halmazállapotú anyag (levegő, oxigén, nitrogén, propán, stb).
Ábra. 1.2. egyéb folyadék vagy
Ábra. 1.3. Сжатие жидкостей и газов
В гидравлике рассматриваются реальная и идеальная жидкости. Ideális folyadék ellentétben a tényleges folyadék nincs belső súrlódás, és a súrlódás a érfalakat és csővezetékek, amelyen keresztül mozog. Идеальная жидкость также обладает абсолютной несжимаемостью. Ez a folyadék nem létezik a valóságban, és született, hogy megkönnyítse és egyszerűbbé az elméleti megállapítások és a kutatás.
A folyadékot folyamatosan befolyásolja a külső erők, amelyek osztják tömeg és felszíni.
Felületre. miatt hatására a szomszédos térfogatú folyékony aktív térfogata vagy hatása más szervek.
Рассмотрим сосуд, наполненный жидкостью. Ha ezt választja végtelenül kis mennyiségű folyadékot, akkor ez az összeg lesz aktus hatályba részéről szomszédos azonos infinitezimális mennyiség (1.4 ábra). Кроме этого на свободную поверхность жидкости действует сила атмосферного давления Pатм и силы со стороны стенок сосуда.
Ábra. 1.4. Поверхностные силы
Если на жидкость действует какая-то внешняя сила, то говорят, что жидкость находится под давлением. Jellemzően, hogy meghatározza a folyadék nyomása által okozott hatása rá felületi erők alkalmazott képlet
ahol F - a ható erő a folyadék, N (newton);
S - szögletes, amely működik az erőt m² (négyzetméter).
Ha a nyomás a P mérjük az abszolút nulla, ez az úgynevezett abszolút nyomáson Manpower. Если давление отсчитывают от атмосферного, то оно называется избыточным Ризб . Légköri nyomás állandó Ra = 103 kPa (1.5 ábra).
Ábra. 1.5. Схема к определению давлений
1 Pa = 0,102 kg / m vagy 1 kgf / m = 9,81 Pa.
1.3. Механические характеристики и основные свойства жидкостей
Fajlagos tömege, egységnyi térfogatú folyadékot, amely képlet határozza meg:
A növekvő hőmérséklet, folyékony fajsúlya csökken.
Az alapvető fizikai tulajdonságok
1. Сжимаемость - свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Ez jellemzi a folyadék összenyomhatósági együtthatója térfogati összenyomódás, amely képlettel definiált
ahol V - a kezdeti térfogat folyékony,
? V a reciproka az ömlesztett rugalmassági modulusa a folyadék:
ömlesztett rugalmassági modulusa nem állandó, és függ a nyomás és a hőmérséklet. 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. A kompresszibilitási lehet az oka az önálló oszcilláció a hidraulikus rendszer, létrehoz egy késedelmes aktiválás hidraulikus gépek és hajtóművek.
Néha komprimáihatóságát folyadékok hasznos - ez használt hidraulikus lengéscsillapítók és rugók.
2. Hőtágulási - relatív változása a folyadék térfogatának, ha a hőmérséklet emelkedik 1 ° C-on P = const. Характеризуется коэффициентом температурного расширения
Mivel a folyadékok csöpögni hőtágulási együtthatója rendkívül kicsi, hogy nem veszik figyelembe a gyakorlati számításokban.
3. Szakítószilárdság. Особыми физическими опытами было показано, что покоящаяся жидкость (в частности вода, ртуть) иногда способна сопротивляться очень большим растягивающим усилиям. De normális körülmények között ez nem történik meg, és ezért úgy vélte, hogy a folyadék nem tud ellenállni a húzó erők.
Ábra. 1.6. Felületi feszültség
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. Úgy fog működni erők a szomszédos kötetek. В результате, если сложить вектора всех сил действующих на рассматриваемый объем, то суммарная составляющая сила будет направлена перпендикулярно внутрь рассматриваемого объема.
5. A folyadék viszkozitása - folyékony tulajdonság ellenállni csúszásgátló vagy műszak a rétegei. Ennek lényege abban áll, ami a belső súrlódási erőt a mozgó folyadék fázist, ami által meghatározott Newton formula
ahol S - területe a folyadék vagy falrétegeket, érintkezik a folyadékkal, m 2,
?- dinamikus viszkozitás vagy viszkózus erő súrlódás
d / dy - a sebességgradiens merőleges a nyírási felületet.
hol. - касательные напряжения жидкости. = T/S.
Amikor a viszkózus, folyékony mentén folyik egy szilárd fal áramlás gátlása miatt előfordul, hogy a viszkozitás (1.7 ábra). Az arány csökkenésével csökken y távolság a faltól. Ahol, ha y = 0, az arány csökken nullára, és a csúszás rétegek között előfordul, kíséri a megjelenése nyírófeszültségek.
Ábra. 1.7. A sebesség profil, amikor a viszkózus folyadék a fal mentén
A kölcsönös dinamikus viszkozitási együttható (1 /?) Van egy folyadék áramlását.
Kapcsolat dinamikus viszkozitási együttható a folyadék sűrűsége az úgynevezett kinematikai viszkozitás:
Mennyiség. (Kimondva "nude") egyenlő 1smІ / c nevezzük a Stokes (St), és 0,01 cm - 1 centistokes (cSt).
A folyamat viszkozitásának meghatározására nevű viszkoziméter, és eszközöket, amelyekkel eltökélt viszkozitásmérők. Amellett, hogy a viszkozitás becslés segítségével a dinamikus és a kinematikus viszkozitási együtthatót feltételes - fok Engler (E). Viszkozitás, fokokban Engler, az aránya lejárati idő 200 cm³ vizsgálati folyadékot a kapilláris d = 2,8 mm áramlási ideje azonos térfogatú víz t = 20 ° C
Egy ilyen készülék az úgynevezett Engler viszkoziméterrel. Történő átalakítás céljából Stokes Engler ásványolajhoz alkalmazandó képletű
Így, három érték lehet használni, hogy megbecsüljük a folyadék viszkozitása, amely kapcsolódik Mezhuyev
Ábra. 1.8. Értékelésének módszerei megtalálhatók a folyadék viszkozitása
Folyadék viszkozitása függ a hőmérséklettől és a nyomástól. Ahogy a hőmérséklet növekszik folyadék viszkozitás csökken, és fordítva. A gázok ott van a ellenkező jelenség: a hőmérséklet növekedésével, a viszkozitás hőmérséklet csökkenésével növekszik - csökken.
6. Hab. Izolálása levegővel egy munkaközeget egy nyomásesés habzást okoz. Az intenzitás a habzás befolyásolja a munkaközeg tartalmazott vízben: akkor is, ha elhanyagolható mennyiségű víz (kevesebb, mint 0,1 tömeg% a munkafolyadék) van egy stabil habot. A kialakítását és a hab stabilitása függ a típusától munkaközeg, a hőmérséklete és a buborékok mérete, az anyagok és bevonatok a hidraulikus berendezések. Különösen habzó fordul erősen szennyezett folyadékok és használt. Amikor a folyadék hőmérséklete meghaladja a 70 ° C, a gyors csökkenése hab.
7. A kémiai és mechanikai ellenállást. Jellemző folyadékretenció a kezdeti fizikai tulajdonságokkal rendelkező és a tárolás.
Az oxidációt kíséri folyadékveszteség azokból gyanták és szennyeződések, amelyek lerakódnak a felszínen a hidraulikus hajtás elemek formájában szilárd plakk. Csökkentett viszkozitás és a folyadék színe megváltozik. oxidációs termékek hatása a fémek korrózióját és csökkentik a megbízhatóságot a hidraulikus berendezés. A plakk okozza a mozgatható beékelődés vegyületek dugattyút, fojtás nyílások, megzavarása tömítések és nyomáscsökkentéssel a hidraulikus rendszer.
8. Kompatibilis. Kompatibilitás munkaközegek szerkezeti anyagok, és különösen a tömítő anyagok nagy jelentősége van. Munka olaj-alapú folyadékok kompatibilisek az összes felhasznált fémek gidromashinostroenii és rosszul kompatibilis tömítések szintetikus gumiból készül, és a bőr. Szintetikus folyadékokat együtt néhány rossz építési anyagok és nem kompatibilisek a tömítések készült olajálló gumi.
9. A volatilitás folyadék. Bepárlás jellemzője az összes cseppecske párolgási intenzitása, de változik a különböző folyadékok és függ a feltételeket, amelyek ez található, a hőmérsékletet az adott területen a párolgás, a nyomás, és a sebessége a gáznemű közeg feletti szabad folyadékfelszín (a szél).
10. A oldhatósága a gázok és folyadékok jellemzi térfogatban oldott gáz egységnyi térfogatú folyadék határozza meg Henry-törvény:
ahol Vr - térfogata oldott gáz; Vl - folyadék térfogata; k - oldhatósági hányadosa; P - nyomás; Pa - légköri nyomáson.
A k együtthatót az alábbi értékeket 20 ° C-on: víz 0,016 0,13 kerozin, ásványi olaj 0,08, folyadékot AMG-10-0,1. A nyomás csökkentésével szabadul oldható a cseppfolyós gáz. Ez a jelenség hátrányosan befolyásolja a működését a hidraulikus rendszerek.