სიბლანტის კოეფიციენტი არის სამუშაო სითხის ან გაზის ძირითადი პარამეტრი. ფიზიკური თვალსაზრისით, სიბლანტე შეიძლება განისაზღვროს, როგორც შიდა ხახუნი, რომელიც გამოწვეულია ნაწილაკების მოძრაობით, რომლებიც ქმნიან თხევადი (აიროვანი) საშუალო მასას, ან, უფრო მარტივად, მოძრაობისადმი წინააღმდეგობას.
რა არის სიბლანტე
უმარტივესი ემპირიული ექსპერიმენტი სიბლანტის დასადგენად: გლუვ დახრილ ზედაპირზე ერთდროულად ასხამენ იმავე რაოდენობის წყალს და ზეთს. წყალი უფრო სწრაფად იშლება ვიდრე ზეთი. ის უფრო სითხეა. მოძრავი ზეთი ხელს უშლის სწრაფ დრენაჟს მის მოლეკულებს შორის უფრო მაღალი ხახუნის გამო (შიდა წინააღმდეგობა - სიბლანტე). ამრიგად, სითხის სიბლანტე უკუპროპორციულია მის სითხესთან.
სიბლანტის თანაფარდობა: ფორმულა
გამარტივებული სახით, ბლანტი სითხის გადაადგილების პროცესი მილსადენში შეიძლება ჩაითვალოს ბრტყელი პარალელური ფენების სახით A და B იგივე ზედაპირის ფართობით S, რომელთა შორის მანძილი არის h.
ეს ორი ფენა (A და B) მოძრაობს სხვადასხვა სიჩქარით (V და V+ΔV). ფენა A, რომელსაც აქვს ყველაზე მაღალი სიჩქარე (V+ΔV), მოიცავს B ფენას, რომელიც მოძრაობს უფრო დაბალი სიჩქარით (V). ამავდროულად, B ფენა ანელებს A ფენის სიჩქარეს. სიბლანტის კოეფიციენტის ფიზიკური მნიშვნელობა არის ის, რომ მოლეკულების ხახუნი, რომლებიც წარმოადგენენ ნაკადის ფენების წინააღმდეგობას, ქმნის ძალას, რომელიც ისააკ ნიუტონმა აღწერა შემდეგი ფორმულა:
F=μ × S × (ΔV/სთ)
აქ:
- ΔV არის სხვაობა სითხის ნაკადის ფენების სიჩქარეებში;
- სთ – მანძილი სითხის ნაკადის ფენებს შორის;
- S - სითხის ნაკადის ფენის ზედაპირის ფართობი;
- Μ (mu) - კოეფიციენტი, რომელიც დამოკიდებულია სითხის თვისებებზე, რომელსაც ეწოდება აბსოლუტური დინამიური სიბლანტე.
SI ერთეულებში ფორმულა ასე გამოიყურება:
µ=(F × სთ) / (S × ΔV)=[Pa × s] (პასკალი × წამი)
აქ F არის სიმძიმის ძალა (წონა) სამუშაო სითხის ერთეული მოცულობის.
სიბლანტის მნიშვნელობა
უმეტეს შემთხვევაში, დინამიური სიბლანტის კოეფიციენტი იზომება ცენტიპოიზში (cP) ერთეულების CGS სისტემის შესაბამისად (სანტიმეტრი, გრამი, წამი). პრაქტიკაში, სიბლანტე დაკავშირებულია სითხის მასის თანაფარდობასთან მის მოცულობასთან, ანუ სითხის სიმკვრივესთან:
ρ=მ / V
აქ:
- ρ - სითხის სიმკვრივე;
- მ – სითხის მასა;
- V არის სითხის მოცულობა.
კავშირს დინამიურ სიბლანტესა (Μ) და სიმკვრივეს (ρ) შორის ეწოდება კინემატიკური სიბლანტე ν (ν – ბერძნულად –შიშველი):
ν=Μ / ρ=[მ2/წ]
სხვათა შორის, სიბლანტის კოეფიციენტის განსაზღვრის მეთოდები განსხვავებულია. მაგალითად, კინემატიკური სიბლანტე კვლავ იზომება CGS სისტემის შესაბამისად ცენტისტოკებში (cSt) და წილადურ ერთეულებში - სტოკებში (St):
- 1 st=10-4 m2/წ=1 სმ2/წმ;
- 1sSt=10-6 მ2/წ=1 მმ2/წმ.
წყლის სიბლანტის განსაზღვრა
წყლის სიბლანტე განისაზღვრება იმ დროის გაზომვით, რომელიც სჭირდება სითხის გადინებას კალიბრირებულ კაპილარულ მილში. ეს მოწყობილობა დაკალიბრებულია ცნობილი სიბლანტის სტანდარტული სითხით. კინემატიკური სიბლანტის დასადგენად, გაზომილი მმ2/წმ-ში, სითხის ნაკადის დრო, გაზომილი წამებში, მრავლდება მუდმივზე.
შედარების ერთეული არის გამოხდილი წყლის სიბლანტე, რომლის ღირებულებაც თითქმის მუდმივია ტემპერატურის ცვლილების დროსაც. სიბლანტის კოეფიციენტი არის დროის თანაფარდობა წამებში, როდესაც საჭიროა გამოხდილი წყლის ფიქსირებული მოცულობის გადინება კალიბრირებული ხვრელიდან გამოსაცდელ სითხის კოეფიციენტთან.
ვისკომეტრები
სიბლანტე იზომება გრადუსებში Engler (°E), Saybolt Universal Seconds ("SUS") ან გრადუსი Redwood (°RJ) გამოყენებული ვიზომეტრის ტიპის მიხედვით. სამი ტიპის ვიზომეტრი განსხვავდება მხოლოდ ოდენობით. სითხე მიედინება.
სიბლანტის გაზომვის ვისკომეტრი ევროპული ერთეულის ხარისხით Engler (°E), გამოთვლილი200 სმ3 გადინებული თხევადი საშუალება. სიბლანტის საზომი ვიზომეტრი Saybolt Universal Seconds-ში ("SUS" ან "SSU" გამოიყენება აშშ-ში) შეიცავს 60 სმ3 ტესტის სითხეს. ინგლისში, სადაც რედვუდის გრადუსები (°RJ) გამოიყენება, ვისკომეტრი ზომავს 50 სმ3 სითხის სიბლანტეს. მაგალითად, თუ გარკვეული ზეთის 200 სმ3 მიედინება ათჯერ ნელა, ვიდრე წყლის იგივე მოცულობა, მაშინ ენგლერის სიბლანტე არის 10°E.
რადგან ტემპერატურა არის მთავარი ფაქტორი სიბლანტის კოეფიციენტის შესაცვლელად, გაზომვები ჩვეულებრივ კეთდება ჯერ მუდმივ ტემპერატურაზე 20°C, შემდეგ კი უფრო მაღალ მნიშვნელობებზე. ამგვარად, შედეგი გამოიხატება შესაბამისი ტემპერატურის დამატებით, მაგალითად: 10°E/50°C ან 2,8°E/90°C. სითხის სიბლანტე 20°C ტემპერატურაზე უფრო მაღალია ვიდრე მისი სიბლანტე მაღალ ტემპერატურაზე. ჰიდრავლიკურ ზეთებს აქვთ შემდეგი სიბლანტე მათ შესაბამის ტემპერატურაზე:
190 cSt 20°C-ზე=45.4 cSt 50°C-ზე=11.3 cSt 100°C-ზე.
მნიშვნელობების გადათარგმნა
სიბლანტის კოეფიციენტის განსაზღვრა ხდება სხვადასხვა სისტემაში (ამერიკული, ინგლისური, GHS) და ამიტომ ხშირად საჭიროა მონაცემების გადატანა ერთი განზომილებიანი სისტემიდან მეორეზე. სითხის სიბლანტის მნიშვნელობების გადასაყვანად ენგლერის გრადუსებში ცენტისტოკებად (მმ2/წმ), გამოიყენეთ შემდეგი ემპირიული ფორმულა:
ν(cSt)=7,6 × °E × (1-1/°E3)
მაგალითად:
- 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.
ჰიდრავლიკური ზეთის სტანდარტული სიბლანტის სწრაფად დასადგენად, ფორმულა შეიძლება გამარტივდეს შემდეგნაირად:
ν(cSt)=7,6 × °E (მმ2/წ)
კინემატიკური სიბლანტის ν მმ2/წმ-ში ან cSt, შეგიძლიათ გადაიყვანოთ იგი დინამიური სიბლანტის კოეფიციენტად Μ შემდეგი ურთიერთობის გამოყენებით:
M=ν × ρ
მაგალითი. ენგლერის (°E), ცენტისტოკების (cSt) და ცენტიპოისის (cP) სხვადასხვა კონვერტაციის ფორმულების შეჯამებით, დავუშვათ, რომ ჰიდრავლიკურ ზეთს, რომლის სიმკვრივეა ρ=910 კგ/მ3 აქვს კინემატიკური სიბლანტე 12° E, რომელიც cSt ერთეულებში არის:
ν=7,6 × 12 × (1-1/123)=91,2 × (0,99)=90,3 მმ2/წმ.
რადგან 1cSt=10-6მ2/წმ და 1cP=10-3N×s/m2, მაშინ დინამიური სიბლანტე იქნება:
M=ν × ρ=90,3 × 10-6 910=0,082 N×s/m2=82 cP.
გაზის სიბლანტის კოეფიციენტი
იგი განისაზღვრება აირის შემადგენლობით (ქიმიური, მექანიკური), ტემპერატურის, წნევის ეფექტით და გამოიყენება გაზის დინამიურ გამოთვლებში, რომლებიც დაკავშირებულია გაზის მოძრაობასთან. პრაქტიკაში, გაზების სიბლანტე მხედველობაში მიიღება გაზის ველის განვითარების შემუშავებისას, სადაც კოეფიციენტის ცვლილებები გამოითვლება გაზის შემადგენლობის (განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია გაზის კონდენსატის საბადოებისთვის), ტემპერატურისა და წნევის ცვლილებების მიხედვით.
გამოთვალეთ ჰაერის სიბლანტე. პროცესები მსგავსი იქნებაზემოთ განხილული ორი ნაკადი. დავუშვათ, ორი გაზის ნაკადი U1 და U2 მოძრაობს პარალელურად, მაგრამ განსხვავებული სიჩქარით. ფენებს შორის მოხდება მოლეკულების კონვექცია (ურთიერთშეღწევა). შედეგად, უფრო სწრაფად მოძრავი ჰაერის ნაკადის იმპულსი შემცირდება და თავდაპირველად ნელა მოძრავი აჩქარდება.
ჰაერის სიბლანტის კოეფიციენტი, ნიუტონის კანონის მიხედვით, გამოიხატება შემდეგი ფორმულით:
F=-სთ × (dU/dZ) × S
აქ:
- dU/dZ არის სიჩქარის გრადიენტი;
- S – ძალის დარტყმის არე;
- კოეფიციენტი h - დინამიური სიბლანტე.
სიბლანტის ინდექსი
სიბლანტის ინდექსი (VI) არის პარამეტრი, რომელიც აკავშირებს სიბლანტისა და ტემპერატურის ცვლილებებს. კორელაცია არის სტატისტიკური ურთიერთობა, ამ შემთხვევაში ორი სიდიდე, რომელშიც ტემპერატურის ცვლილება თან ახლავს სიბლანტის სისტემატურ ცვლილებას. რაც უფრო მაღალია სიბლანტის ინდექსი, მით უფრო მცირეა ცვლილება ორ მნიშვნელობას შორის, ანუ სამუშაო სითხის სიბლანტე უფრო სტაბილურია ტემპერატურის ცვლილებებით.
ზეთის სიბლანტე
თანამედროვე ზეთების ფუძეებს აქვთ სიბლანტის ინდექსი 95-100 ერთეულზე დაბალი. ამრიგად, მანქანებისა და აღჭურვილობის ჰიდრავლიკურ სისტემებში შეიძლება გამოყენებულ იქნას საკმარისად სტაბილური სამუშაო სითხეები, რომლებიც ზღუდავენ სიბლანტის ფართო ცვლილებას კრიტიკული ტემპერატურის პირობებში.
"ხელსაყრელი" სიბლანტის კოეფიციენტი შეიძლება შენარჩუნდეს ზეთის დისტილაციის დროს მიღებული სპეციალური დანამატების (პოლიმერების) შეტანით. ისინი ზრდის ზეთების სიბლანტის ინდექსსამ მახასიათებლის ცვლილების დასაშვებ ინტერვალში შეზღუდვის ანგარიში. პრაქტიკაში, დანამატების საჭირო რაოდენობის შემოღებით, ბაზის ზეთის დაბალი სიბლანტის ინდექსი შეიძლება გაიზარდოს 100-105 ერთეულამდე. თუმცა, ამ გზით მიღებული ნარევი აუარესებს თავის თვისებებს მაღალი წნევისა და სითბოს დატვირთვისას, რითაც ამცირებს დანამატის ეფექტურობას.
მძლავრი ჰიდრავლიკური სისტემების დენის სქემებში გამოყენებული უნდა იყოს სამუშაო სითხეები სიბლანტის ინდექსით 100 ერთეული. სამუშაო სითხეები დანამატებით, რომლებიც ზრდის სიბლანტის ინდექსს, გამოიყენება ჰიდრავლიკური კონტროლის სქემებში და სხვა სისტემებში, რომლებიც მუშაობენ დაბალი / საშუალო წნევის დიაპაზონში, შეზღუდული ტემპერატურის დიაპაზონში, მცირე გაჟონვით და ჯგუფური მუშაობისას. წნევის მატებასთან ერთად, სიბლანტეც იზრდება, მაგრამ ეს პროცესი ხდება 30.0 მპა (300 ბარი) ზემოთ წნევით. პრაქტიკაში ეს ფაქტორი ხშირად უგულებელყოფილია.
გაზომვა და ინდექსირება
საერთაშორისო ISO სტანდარტების შესაბამისად, წყლის (და სხვა თხევადი საშუალებების) სიბლანტის კოეფიციენტი გამოიხატება ცენტისტოკებში: cSt (მმ2/წმ). დამუშავების ზეთების სიბლანტის გაზომვები უნდა განხორციელდეს 0°C, 40°C და 100°C ტემპერატურაზე. ნებისმიერ შემთხვევაში, ზეთის კლასის კოდში, სიბლანტე უნდა იყოს მითითებული ფიგურით 40 ° C ტემპერატურაზე. GOST-ში სიბლანტის მნიშვნელობა მოცემულია 50°C-ზე. საინჟინრო ჰიდრავლიკაში ყველაზე ხშირად გამოყენებული კლასები მერყეობს ISO VG 22-დან ISO VG 68-მდე.
ჰიდრავლიკურ ზეთებს VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 40 ° C ტემპერატურაზე აქვთ სიბლანტის მნიშვნელობები, რომლებიც შეესაბამება მათ მარკირებას: 22, 32, 46, 68 და 100 cSt. ოპტიმალურისამუშაო სითხის კინემატიკური სიბლანტე ჰიდრავლიკურ სისტემებში მერყეობს 16-დან 36 cSt-მდე.
ამერიკულმა ავტომობილების ინჟინერთა საზოგადოებამ (SAE) დაადგინა სიბლანტის დიაპაზონი კონკრეტულ ტემპერატურაზე და მიანიჭა მათ შესაბამისი კოდები. W-ის შემდეგ რიცხვი არის აბსოლუტური დინამიური სიბლანტე Μ 0°F (-17,7°C) და კინემატიკური სიბლანტე ν განისაზღვრა 212°F (100°C) ტემპერატურაზე. ეს ინდექსაცია ეხება ყველა სეზონის ზეთებს, რომლებიც გამოიყენება საავტომობილო ინდუსტრიაში (გადაცემათა კოლოფი, ძრავა და ა.შ.).
სიბლანტის ეფექტი ჰიდრავლიკაზე
თხევადი სიბლანტის კოეფიციენტის განსაზღვრა არა მხოლოდ სამეცნიერო და საგანმანათლებლო ინტერესს წარმოადგენს, არამედ მნიშვნელოვან პრაქტიკულ მნიშვნელობასაც ატარებს. ჰიდრავლიკურ სისტემებში მომუშავე სითხეები არა მხოლოდ ტუმბოდან ჰიდრავლიკურ ძრავებზე გადასცემს ენერგიას, არამედ ატენიანებენ კომპონენტების ყველა ნაწილს და აშორებენ ხახუნის წყვილებიდან წარმოქმნილ სითბოს. სამუშაო სითხის სიბლანტე, რომელიც არ არის შესაფერისი სამუშაო რეჟიმისთვის, შეიძლება სერიოზულად შეაფერხოს ყველა ჰიდრავლიკის ეფექტურობა.
სამუშაო სითხის მაღალი სიბლანტე (ძალიან მაღალი სიმკვრივის ზეთი) იწვევს შემდეგ უარყოფით მოვლენებს:
- ჰიდრავლიკური სითხის ნაკადისადმი გაზრდილი წინააღმდეგობა იწვევს ჰიდრავლიკურ სისტემაში წნევის გადაჭარბებულ ვარდნას.
- საკონტროლო სიჩქარის და ამძრავების მექანიკური მოძრაობის შენელება.
- კავიტაციის განვითარება ტუმბოში.
- ნულოვანი ან ძალიან დაბალი ჰაერის გამოშვება ჰიდრავლიკური ავზის ზეთიდან.
- შესანიშნავიაჰიდრავლიკის სიმძლავრის დაკარგვა (ეფექტურობის დაქვეითება) ენერგიის მაღალი ხარჯების გამო სითხის შიდა ხახუნის დასაძლევად.
- მანქანის ძირითადი ამოძრავების ბრუნვის გაზრდა გამოწვეული ტუმბოს გაზრდილი დატვირთვით.
- ჰიდრავლიკური სითხის ტემპერატურის მატება გაზრდილი ხახუნის გამო.
ამგვარად, სიბლანტის კოეფიციენტის ფიზიკური მნიშვნელობა მდგომარეობს მის გავლენას (დადებითი ან უარყოფითი) მანქანების, მანქანებისა და აღჭურვილობის კომპონენტებსა და მექანიზმებზე.
ჰიდრავლიკური ენერგიის დაკარგვა
სამუშაო სითხის დაბალი სიბლანტე (დაბალი სიმკვრივის ზეთი) იწვევს შემდეგ უარყოფით მოვლენებს:
- ტუმბოების მოცულობითი ეფექტურობის შემცირება შიდა გაჟონვის გაზრდის შედეგად.
- შიდა გაჟონვის გაზრდა მთელი ჰიდრავლიკური სისტემის ჰიდრავლიკურ კომპონენტებში - ტუმბოები, სარქველები, ჰიდრავლიკური დისტრიბუტორები, ჰიდრავლიკური ძრავები.
- სატუმბი დანადგარების გაზრდილი ცვეთა და ტუმბოების შეფერხება მუშა სითხის არასაკმარისი სიბლანტის გამო, რომელიც აუცილებელია ღვეზელი ნაწილების შეზეთვის უზრუნველსაყოფად.
შეკუმშვა
ნებისმიერი სითხე იკუმშება წნევის ქვეშ. რაც შეეხება ზეთებსა და გამაგრილებლებს, რომლებიც გამოიყენება მექანიკურ საინჟინრო ჰიდრავლიკაში, ემპირიულად დადგენილია, რომ შეკუმშვის პროცესი უკუპროპორციულია სითხის მასაზე თითო მოცულობაზე. შეკუმშვის კოეფიციენტი უფრო მაღალია მინერალური ზეთებისთვის, მნიშვნელოვნად დაბალია წყლისთვის და გაცილებით დაბალია სინთეზური სითხეებისთვის.
მარტივი დაბალი წნევის ჰიდრავლიკურ სისტემებში, სითხის შეკუმშვა უმნიშვნელოდ მოქმედებს საწყისი მოცულობის შემცირებაზე. მაგრამ ძლიერ მანქანებში მაღალი ჰიდრავლიკურიწნევა და დიდი ჰიდრავლიკური ცილინდრები, ეს პროცესი შესამჩნევად ვლინდება. ჰიდრავლიკური მინერალური ზეთებისთვის 10,0 მპა (100 ბარი) წნევით, მოცულობა მცირდება 0,7%-ით. ამავდროულად, შეკუმშვის მოცულობის ცვლილებაზე ოდნავ გავლენას ახდენს კინემატიკური სიბლანტე და ზეთის ტიპი.
დასკვნა
სიბლანტის კოეფიციენტის განსაზღვრა საშუალებას გაძლევთ იწინასწარმეტყველოთ აღჭურვილობისა და მექანიზმების მუშაობა სხვადასხვა პირობებში, სითხის ან აირის შემადგენლობის, წნევის, ტემპერატურის ცვლილებების გათვალისწინებით. ასევე, ამ მაჩვენებლების კონტროლი აქტუალურია ნავთობისა და გაზის სექტორში, კომუნალურ და სხვა ინდუსტრიებში.
