Մածուցիկության գործակիցը աշխատող հեղուկի կամ գազի հիմնական պարամետրն է: Ֆիզիկական առումով մածուցիկությունը կարող է սահմանվել որպես հեղուկ (գազային) միջավայրի զանգվածը կազմող մասնիկների շարժման հետևանքով առաջացած ներքին շփում, կամ, ավելի պարզ, շարժման դիմադրություն:
Ինչ է մածուցիկությունը
Մածուցիկության որոշման ամենապարզ էմպիրիկ փորձը. նույն քանակությամբ ջուր և յուղ միաժամանակ լցվում են հարթ թեք մակերեսի վրա: Ջուրն ավելի արագ է հոսում, քան նավթը: Նա ավելի հեղուկ է: Շարժվող յուղը թույլ չի տալիս արագ արտահոսել իր մոլեկուլների միջև ավելի մեծ շփման պատճառով (ներքին դիմադրություն - մածուցիկություն): Այսպիսով, հեղուկի մածուցիկությունը հակադարձ համեմատական է նրա հեղուկությանը:
Մածուցիկության հարաբերակցություն. բանաձև
Պարզեցված ձևով խողովակաշարում մածուցիկ հեղուկի շարժման գործընթացը կարելի է դիտարկել նույն S մակերեսով հարթ զուգահեռ շերտերի տեսքով A և B, որոնց միջև հեռավորությունը h է:
Այս երկու շերտերը (A և B) շարժվում են տարբեր արագություններով (V և V+ΔV): Շերտը A, որն ունի ամենաբարձր արագությունը (V+ΔV), ներառում է B շերտը, որը շարժվում է ավելի ցածր արագությամբ (V): Միևնույն ժամանակ, B շերտը հակված է դանդաղեցնելու A շերտի արագությունը: Մածուցիկության գործակցի ֆիզիկական իմաստն այն է, որ մոլեկուլների շփումը, որոնք հանդիսանում են հոսքի շերտերի դիմադրությունը, ձևավորում է ուժ, որը նկարագրել է Իսահակ Նյուտոնը: հետևյալ բանաձևը՝
F=μ × S × (ΔV/ժ)
Այստեղ՝
- ΔV-ն հեղուկի հոսքի շերտերի արագությունների տարբերությունն է;
- ժ – հեռավորություն հեղուկի հոսքի շերտերի միջև;
- S - հեղուկ հոսքի շերտի մակերեսը;
- Μ (mu) - գործակից, որը կախված է հեղուկի հատկությունից, որը կոչվում է բացարձակ դինամիկ մածուցիկություն:
SI միավորներում բանաձևն ունի հետևյալ տեսքը՝
µ=(F × h) / (S × ΔV)=[Pa × s] (Պասկալ × վայրկյան)
Այստեղ F-ն աշխատանքային հեղուկի միավոր ծավալի ծանրության ուժն է (քաշը):
Մածուցիկության արժեք
Շատ դեպքերում դինամիկ մածուցիկության գործակիցը չափվում է ցենտիպոիզով (cP)՝ համաձայն CGS միավորների համակարգի (սանտիմետր, գրամ, վայրկյան): Գործնականում մածուցիկությունը կապված է հեղուկի զանգվածի և դրա ծավալի հարաբերակցության հետ, այսինքն՝ հեղուկի խտությանը:
ρ=m / V
Այստեղ՝
- ρ – հեղուկի խտություն;
- մ – հեղուկի զանգված;
- V-ը հեղուկի ծավալն է։
Դինամիկ մածուցիկության (Μ) և խտության (ρ) միջև կապը կոչվում է կինեմատիկական մածուցիկություն ν (ν – հունարեն –մերկ):
ն=Մ / ρ=[m2/վ]
Ի դեպ, մածուցիկության գործակիցը որոշելու մեթոդները տարբեր են. Օրինակ, կինեմատիկական մածուցիկությունը դեռևս չափվում է CGS համակարգի համաձայն՝ ցենտիստոկներով (cSt) և կոտորակային միավորներով՝ ստոյքերով (St):
- 1St=10-4 m2/վ=1 սմ2/վ;
- 1sSt=10-6 m2/վ=1 մմ2/վ.
Ջրի մածուցիկության որոշում
Ջրի մածուցիկությունը որոշվում է չափավորվող մազանոթ խողովակով հեղուկի հոսքի համար պահանջվող ժամանակը չափելով: Այս սարքը տրամաչափված է հայտնի մածուցիկության ստանդարտ հեղուկով: Կինեմատիկական մածուցիկությունը որոշելու համար, որը չափվում է մմ2/վ, հեղուկի հոսքի ժամանակը, որը չափվում է վայրկյաններով, բազմապատկվում է հաստատունով:
Համեմատության միավորը թորած ջրի մածուցիկությունն է, որի արժեքը գրեթե հաստատուն է նույնիսկ ջերմաստիճանի փոփոխության ժամանակ։ Մածուցիկության գործակիցն այն ժամանակի հարաբերակցությունն է վայրկյաններով, երբ թորած ջրի ֆիքսված ծավալը հոսում է չափաբերված բացվածքից և փորձարկվող հեղուկին:
Վիսկոմետրեր
Մածուցիկությունը չափվում է Engler (°E), Saybolt ունիվերսալ վայրկյաններով ("SUS") կամ աստիճաններով Redwood (°RJ)՝ կախված օգտագործվող մածուցիկաչափի տեսակից: Մածուցիկության երեք տեսակները տարբերվում են միայն չափով: հեղուկը դուրս է հոսում։
Վիսկոմետր, որը չափում է մածուցիկությունը եվրոպական միավորի Engler աստիճանով (°E), հաշվարկված200սմ3 արտահոսող հեղուկ միջավայր: Մածուցիկությունը չափող մածուցիկությունը Saybolt ունիվերսալ վայրկյաններով («SUS» կամ «SSU» օգտագործվում է ԱՄՆ-ում) պարունակում է 60 սմ3 փորձարկման հեղուկ: Անգլիայում, որտեղ օգտագործվում են Redwood աստիճաններ (°RJ), մածուցիկաչափը չափում է 50 սմ3 հեղուկի մածուցիկությունը: Օրինակ, եթե որոշակի յուղի 200 սմ3 հոսում է տասը անգամ ավելի դանդաղ, քան ջրի նույն ծավալը, ապա Էնգլերի մածուցիկությունը 10°E է:
Քանի որ ջերմաստիճանը մածուցիկության գործակիցը փոխելու հիմնական գործոնն է, չափումները սովորաբար կատարվում են սկզբում 20°C մշտական ջերմաստիճանում, իսկ հետո ավելի բարձր արժեքներով: Արդյունքն այսպիսով արտահայտվում է՝ ավելացնելով համապատասխան ջերմաստիճանը, օրինակ՝ 10°E/50°C կամ 2,8°E/90°C: Հեղուկի մածուցիկությունը 20°C-ում ավելի բարձր է, քան նրա մածուցիկությունը բարձր ջերմաստիճաններում: Հիդրավլիկ յուղերն իրենց համապատասխան ջերմաստիճաններում ունեն հետևյալ մածուցիկությունը՝
190 cSt 20°C-ում=45,4 cSt 50°C-ում=11,3 cSt 100°C-ում:
Թարգմանական արժեքներ
Մածուցիկության գործակիցի որոշումը տեղի է ունենում տարբեր համակարգերում (ամերիկյան, անգլերեն, GHS), և, հետևաբար, հաճախ անհրաժեշտ է տվյալներ փոխանցել մի ծավալային համակարգից մյուսը: Էնգլերի աստիճաններով արտահայտված հեղուկի մածուցիկության արժեքները ցենտիստոկերի (մմ2/վ) փոխակերպելու համար օգտագործեք հետևյալ էմպիրիկ բանաձևը՝
ν(cSt)=7,6 × °E × (1-1/°E3)
Օրինակ՝
- 2°E=7,6 × 2 × (1-1/23)=15,2 × (0,875)=13,3 cSt;
- 9°E=7,6 × 9 × (1-1/93)=68,4 × (0,9986)=68,3 cSt.
Հիդրավլիկ յուղի ստանդարտ մածուցիկությունը արագ որոշելու համար բանաձևը կարելի է պարզեցնել հետևյալ կերպ.
ν(cSt)=7,6 × °E (մմ2/վ)
Ունենալով կինեմատիկական մածուցիկություն ν մմ2/վ կամ cSt-ով, դուք կարող եք այն վերածել դինամիկ մածուցիկության գործակցի Μ՝ օգտագործելով հետևյալ հարաբերությունը՝
M=ν × ρ
Օրինակ. Ամփոփելով Engler (°E), centistokes (cSt) և centipoise (cP) աստիճանների փոխակերպման բանաձևերը, ենթադրենք, որ ρ=910 կգ/մ խտությամբ հիդրավլիկ յուղը 3 ունի 12° E կինեմատիկական մածուցիկություն, որը cSt-ի միավորներով կազմում է`
ն=7,6 × 12 × (1-1/123)=91,2 × (0,99)=90,3 մմ2/վ.
Որովհետև 1cSt=10-6m2/վրկ և 1cP=10-3N×s/m2, ապա դինամիկ մածուցիկությունը կլինի՝
M=ն × ρ=90,3 × 10-6 910=0,082 N×s/m2=82 cP.
Գազի մածուցիկության գործակից
Որոշվում է գազի բաղադրությամբ (քիմիական, մեխանիկական), ջերմաստիճանի, ճնշման ազդեցությամբ, օգտագործվում է գազի շարժման հետ կապված գազադինամիկ հաշվարկներում։ Գործնականում գազերի մածուցիկությունը հաշվի է առնվում գազադաշտի զարգացումները նախագծելիս, որտեղ գործակիցների փոփոխությունները հաշվարկվում են՝ կախված գազի բաղադրության փոփոխություններից (հատկապես կարևոր է գազի կոնդենսատային դաշտերի համար), ջերմաստիճանից և ճնշումից:
Հաշվե՛ք օդի մածուցիկությունը: Գործընթացները նման կլինենվերը քննարկված երկու հոսքերը: Ենթադրենք, գազի երկու հոսք U1 և U2 շարժվում են զուգահեռ, բայց տարբեր արագություններով: Շերտերի միջև տեղի կունենա մոլեկուլների կոնվեկցիա (փոխադարձ ներթափանցում): Արդյունքում, ավելի արագ շարժվող օդային հոսքի իմպուլսը կնվազի, իսկ սկզբում ավելի դանդաղ շարժվողը կարագանա։
Օդի մածուցիկության գործակիցը, ըստ Նյուտոնի օրենքի, արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով՝
F=-ժ × (dU/dZ) × S
Այստեղ՝
- dU/dZ արագության գրադիենտ է;
- S – ուժի ազդեցության տարածք;
- գործակից h - դինամիկ մածուցիկություն:
Մածուցիկության ինդեքս
Մածուցիկության ինդեքսը (VI) պարամետր է, որը փոխկապակցում է մածուցիկության և ջերմաստիճանի փոփոխությունները: Հարաբերակցությունը վիճակագրական հարաբերություն է, այս դեպքում երկու մեծություն, որոնցում ջերմաստիճանի փոփոխությունը ուղեկցում է մածուցիկության համակարգված փոփոխությանը: Որքան բարձր է մածուցիկության ինդեքսը, այնքան փոքր է փոփոխությունը երկու արժեքների միջև, այսինքն՝ աշխատանքային հեղուկի մածուցիկությունը ավելի կայուն է ջերմաստիճանի փոփոխություններով։
Յուղի մածուցիկություն
Ժամանակակից յուղերի հիմքերը մածուցիկության ինդեքս ունեն 95-100 միավորից ցածր: Հետևաբար, մեքենաների և սարքավորումների հիդրավլիկ համակարգերում կարող են օգտագործվել բավականաչափ կայուն աշխատանքային հեղուկներ, որոնք սահմանափակում են մածուցիկության լայն փոփոխությունը կրիտիկական ջերմաստիճանների պայմաններում։
«բարենպաստ» մածուցիկության գործակիցը կարելի է պահպանել՝ նավթի մեջ ներդնելով հատուկ հավելումներ (պոլիմերներ), որոնք ստացվում են յուղի թորման ժամանակ։ Նրանք բարձրացնում են յուղերի մածուցիկության ինդեքսըայս բնութագրի փոփոխությունը թույլատրելի միջակայքում սահմանափակելու հաշվին: Գործնականում, անհրաժեշտ քանակությամբ հավելումների ներդրմամբ, բազային յուղի ցածր մածուցիկության ինդեքսը կարող է ավելացվել մինչև 100-105 միավոր: Այնուամենայնիվ, այս եղանակով ստացված խառնուրդը վատթարանում է իր հատկությունները բարձր ճնշման և ջերմային բեռնվածության դեպքում՝ դրանով իսկ նվազեցնելով հավելանյութի արդյունավետությունը։
Հզոր հիդրավլիկ համակարգերի ուժային սխեմաներում պետք է օգտագործվեն 100 միավոր մածուցիկության ինդեքսով աշխատող հեղուկներ։ Մածուցիկության ինդեքսը բարձրացնող հավելումներով աշխատանքային հեղուկները օգտագործվում են հիդրավլիկ կառավարման սխեմաներում և ցածր / միջին ճնշման տիրույթում գործող այլ համակարգերում, սահմանափակ ջերմաստիճանի միջակայքում, փոքր արտահոսքերով և խմբաքանակի շահագործման մեջ: Ճնշման աճով, մածուցիկությունը նույնպես մեծանում է, բայց այս գործընթացը տեղի է ունենում 30,0 ՄՊա (300 բար) բարձր ճնշման դեպքում: Գործնականում այս գործոնը հաճախ անտեսվում է:
Չափում և ինդեքսավորում
Միջազգային ISO ստանդարտների համաձայն՝ ջրի (և այլ հեղուկ միջավայրի) մածուցիկության գործակիցը արտահայտված է ցենտիստոկներով՝ cSt (մմ2/վ): Գործընթացային յուղերի մածուցիկության չափումները պետք է իրականացվեն 0°C, 40°C և 100°C ջերմաստիճաններում: Ամեն դեպքում, նավթի դասակարգման ծածկագրում մածուցիկությունը պետք է նշվի 40 ° C ջերմաստիճանի ցուցանիշով: ԳՕՍՏ-ում մածուցիկության արժեքը տրվում է 50 ° C: Ինժեներական հիդրավլիկայում առավել հաճախ օգտագործվող դասակարգերը տատանվում են ISO VG 22-ից մինչև ISO VG 68:
Հիդրավլիկ յուղերը VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 40 ° C ջերմաստիճանում ունեն մածուցիկության արժեքներ, որոնք համապատասխանում են իրենց նշագրմանը. 22, 32, 46, 68 և 100 cSt: ՕպտիմալՀիդրավլիկ համակարգերում աշխատող հեղուկի կինեմատիկական մածուցիկությունը տատանվում է 16-ից մինչև 36 cSt.
Ավտոմոբիլային ինժեներների ամերիկյան միությունը (SAE) սահմանել է մածուցիկության միջակայքերը հատուկ ջերմաստիճաններում և նրանց հատկացրել համապատասխան ծածկագրեր: W-ին հաջորդող թիվը Մ բացարձակ դինամիկ մածուցիկությունն է 0°F (-17,7°C) ջերմաստիճանում, իսկ կինեմատիկական մածուցիկությունը ν որոշվել է 212°F (100°C) ջերմաստիճանում: Այս ինդեքսավորումը վերաբերում է ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ օգտագործվող բոլոր սեզոնային յուղերին (փոխանցման տուփ, շարժիչ և այլն):
Մածուցիկության ազդեցությունը հիդրավլիկայի վրա
Հեղուկի մածուցիկության գործակիցի որոշումը ոչ միայն գիտական և կրթական հետաքրքրություն է ներկայացնում, այլև կրում է կարևոր գործնական արժեք։ Հիդրավլիկ համակարգերում աշխատող հեղուկները ոչ միայն էներգիա են փոխանցում պոմպից դեպի հիդրավլիկ շարժիչներ, այլև յուղում են բաղադրիչների բոլոր մասերը և հեռացնում շփման զույգերից առաջացած ջերմությունը: Աշխատանքային հեղուկի մածուցիկությունը, որը չի համապատասխանում աշխատանքային ռեժիմին, կարող է լրջորեն խաթարել բոլոր հիդրոտեխնիկայի արդյունավետությունը:
Աշխատող հեղուկի (շատ բարձր խտության յուղի) բարձր մածուցիկությունը հանգեցնում է հետևյալ բացասական երևույթների՝
- Հիդրավլիկ հեղուկի հոսքի նկատմամբ դիմադրության բարձրացումն առաջացնում է հիդրավլիկ համակարգում ճնշման չափազանց մեծ անկում:
- Հսկիչ արագության դանդաղեցում և շարժիչների մեխանիկական շարժումներ։
- Կավիտացիայի զարգացում պոմպում։
- Զրո կամ չափազանց ցածր օդի արտանետում հիդրավլիկ բաքի յուղից:
- Նշված էՀիդրոտեխնիկայի հզորության կորուստ (արդյունավետության նվազում)՝ հեղուկի ներքին շփումը հաղթահարելու համար էներգիայի բարձր ծախսերի պատճառով:
- Մեքենայի հիմնական շարժիչի պտտման մեծացում՝ պայմանավորված պոմպի ծանրաբեռնվածության ավելացմամբ:
- Հիդրավլիկ հեղուկի ջերմաստիճանի բարձրացում՝ շփման ավելացման պատճառով։
Այսպիսով, մածուցիկության գործակիցի ֆիզիկական նշանակությունը կայանում է նրանում, որ դրա ազդեցությունը (դրական կամ բացասական) տրանսպորտային միջոցների, մեքենաների և սարքավորումների բաղադրիչների և մեխանիզմների վրա է:
Հիդրավլիկ հզորության կորուստ
Աշխատող հեղուկի ցածր մածուցիկությունը (ցածր խտության յուղ) հանգեցնում է հետևյալ բացասական երևույթների՝
- Պոմպերի ծավալային արդյունավետության նվազում՝ ներքին արտահոսքի ավելացման արդյունքում։
- Աճել ներքին արտահոսքերը ամբողջ հիդրավլիկ համակարգի հիդրավլիկ բաղադրիչներում՝ պոմպեր, փականներ, հիդրավլիկ դիստրիբյուտորներ, հիդրավլիկ շարժիչներ:
- Պոմպային ագրեգատների մաշվածության ավելացում և պոմպերի խցանում՝ աշխատանքային հեղուկի անբավարար մածուցիկության պատճառով, որն անհրաժեշտ է քսվող մասերի քսում ապահովելու համար:
սեղմելիություն
Ցանկացած հեղուկ սեղմվում է ճնշման տակ: Ինչ վերաբերում է մեքենաշինության հիդրոտեխնիկայում օգտագործվող յուղերին և հովացուցիչ նյութերին, ապա էմպիրիկորեն հաստատվել է, որ սեղմման գործընթացը հակադարձ համեմատական է հեղուկի զանգվածին մեկ ծավալով: Սեղմման գործակիցը հանքային յուղերի համար ավելի բարձր է, ջրի համար՝ զգալիորեն ցածր, իսկ սինթետիկ հեղուկների համար՝ շատ ավելի ցածր։
Պարզ ցածր ճնշման հիդրավլիկ համակարգերում հեղուկի սեղմելիությունը աննշան ազդեցություն ունի սկզբնական ծավալի կրճատման վրա: Բայց բարձր հիդրավլիկ հզոր մեքենաներումճնշումը և մեծ հիդրավլիկ բալոնները, այս գործընթացը նկատելիորեն դրսևորվում է: Հիդրավլիկ հանքային յուղերի համար 10,0 ՄՊա (100 բար) ճնշման դեպքում ծավալը նվազում է 0,7% -ով: Միևնույն ժամանակ, սեղմման ծավալի փոփոխության վրա փոքր-ինչ ազդում է կինեմատիկական մածուցիկությունը և յուղի տեսակը:
Եզրակացություն
Մածուցիկության գործակիցի որոշումը թույլ է տալիս կանխատեսել սարքավորումների և մեխանիզմների աշխատանքը տարբեր պայմաններում՝ հաշվի առնելով հեղուկի կամ գազի բաղադրության փոփոխությունները, ճնշումը, ջերմաստիճանը: Բացի այդ, այս ցուցանիշների վերահսկումը տեղին է նավթի և գազի ոլորտում, կոմունալ ծառայությունների և այլ ոլորտներում:
