Opće karakteristike tečnog stanja

Tečnost je jedno od agregatnih agregatnih stanja materije. Glavno svojstvo tekućine, koje je razlikuje od drugih agregatnih stanja, je sposobnost da neograničeno mijenja svoj oblik pod djelovanjem tangencijalnih mehaničkih naprezanja, čak i proizvoljno malih, uz praktično održavanje volumena.

Tečno stanje se obično smatra srednjim između čvrste supstance i gasa: gas ne zadržava ni zapreminu ni oblik, dok čvrsta materija zadržava oboje.

Oblik tekućih tijela može se u potpunosti ili djelomično odrediti činjenicom da se njihova površina ponaša kao elastična membrana. Dakle, voda se može sakupljati u kapima. Ali tečnost je sposobna da teče čak i ispod svoje nepokretne površine, a to znači i neočuvanje forme (unutrašnjih delova tečnog tela).

Molekuli tečnosti nemaju određen položaj, ali u isto vreme nemaju potpunu slobodu kretanja. Između njih postoji privlačnost, dovoljno jaka da ih drži blizu.

Tvar u tekućem stanju postoji u određenom temperaturnom rasponu, ispod kojeg prelazi u čvrsto stanje (dolazi do kristalizacije ili transformacije u čvrsto amorfno stanje - staklo), iznad - u plinovito stanje (dolazi do isparavanja). Granice ovog intervala zavise od pritiska.

Odrediti sliku procesa u pojavama kapilarnosti, vlaženja, viskoznosti, površinskog napona.

Kapilarnost, kapilarni efekat - fizički fenomen, koji se sastoji u sposobnosti tekućina da mijenjaju nivo u cijevima, uskim kanalima proizvoljnog oblika, poroznim tijelima. Do porasta tečnosti dolazi kada se kanali navlaže tekućinama, na primjer, vodom u staklenim cijevima, pijeskom, zemljom itd. Do smanjenja tekućine dolazi u cijevima i kanalima koji nisu navlaženi tekućinom, na primjer, živa u staklena cijev. Na osnovu kapilarnosti zasniva se vitalna aktivnost životinja i biljaka, hemijske tehnologije i svakodnevni fenomeni (na primjer, podizanje kerozina duž fitilja u kerozinskoj lampi, brisanje ruku ručnikom).

Vlaženje je površinski fenomen, koji se sastoji u interakciji tekućine s površinom čvrste ili druge tekućine. Vlaženje je dva tipa:

Uranjanje (cijela površina čvrstog tijela je u kontaktu s tekućinom)

Kontakt (sastoji se od tri faze - čvrsta, tečna, gasovita)

Vlaženje zavisi od odnosa između sila prianjanja molekula tečnosti sa molekulima (ili atomima) navlaženog tela (adhezija) i sila međusobnog prianjanja molekula tečnosti (kohezija).

Viskoznost (unutrašnje trenje) je jedan od fenomena prijenosa, svojstvo fluidnih tijela (tečnosti i plinova) da se odupru kretanju jednog svog dijela u odnosu na drugi. Mehanizam unutrašnjeg trenja u tekućinama i plinovima leži u činjenici da nasumično pokretne molekule prenose zamah s jednog sloja na drugi, što dovodi do izjednačavanja brzina - to se opisuje uvođenjem sile trenja. Viskoznost čvrstih materija ima niz specifičnih karakteristika i obično se razmatra odvojeno. Pravi se razlika između dinamičke viskoznosti (mjerne jedinice: poise, 0,1 Pa s) i kinematičke viskoznosti (mjerne jedinice: stoks, m²/s, vansistemska jedinica - stepen Engler). Kinematička viskoznost se može dobiti kao omjer dinamičke viskoznosti i gustine tvari, a svoje porijeklo duguje klasičnim metodama mjerenja viskoznosti, kao što je mjerenje vremena potrebnog datoj zapremini da prođe kroz kalibrirani otvor pod utjecajem gravitacije. .

Površinska napetost je termodinamička karakteristika međuprostora između dvije faze u ravnoteži, određena radom reverzibilnog izotermokinetičkog formiranja jedinične površine ovog interfejsa, pod uslovom da temperatura, zapremina sistema i hemijski potencijali svih komponenti u obje faze ostaju konstantne. Površinska napetost je dvostruka fizičko značenje- energija (termodinamička) i snaga (mehanička). Energetska (termodinamička) definicija: površinski napon je specifičan rad povećanja površine kada je istegnuta, pod uslovom da je temperatura konstantna. Definicija sile (mehaničke): Površinska napetost je sila koja djeluje po jedinici dužine linije koja ograničava površinu tekućine.

Kako objašnjavaju veliki toplotni kapacitet vode, veliku površinsku napetost i svojstvo kapilarnosti?

Sve ove karakteristike su povezane sa prisustvom vodoničnih veza. Zbog velike razlike u elektronegativnosti atoma vodika i kisika, elektronski oblaci su snažno pomaknuti prema kisiku. Zbog toga, kao i činjenice da vodikov jon (proton) nema unutrašnje elektronske slojeve i ima male dimenzije, može prodrijeti u elektronska školjka negativno polarizirani atom susjedne molekule. Zbog toga je svaki atom kisika privučen atomima vodika drugih molekula i obrnuto. Određenu ulogu igra interakcija protonske izmjene između i unutar molekula vode. Svaki molekul vode može sudjelovati u maksimalno četiri vodikove veze: 2 atoma vodika - svaki u jednom, i atom kisika - u dvije; u ovom stanju, molekuli su u kristalu leda. Kada se led otopi, neke od veza pucaju, što omogućava da se molekuli vode gušće pakuju; kada se voda zagrije, veze nastavljaju pucati, a gustoća se povećava, ali na temperaturama iznad 4 ° C, ovaj efekat postaje slabiji od toplinskog širenja. Isparavanje razbija sve preostale veze. Za raskidanje veza potrebno je mnogo energije, stoga visoka temperatura i specifična toplota topljenja i ključanja i veliki toplotni kapacitet. Viskoznost vode je zbog činjenice da vodikove veze sprečavaju molekule vode da se kreću različitim brzinama.

Kakav je značaj ovih karakteristika vode u divljini?

Visok specifični toplotni kapacitet.

U kombinaciji s visokom toplinskom provodljivošću, ovo čini vodeno okruženje dovoljno ugodnom za život živih organizama. Zbog visokog toplotnog kapaciteta i toplotne provodljivosti, vodena sredina je, za razliku od vazdušne, manje podložna temperaturnim promenama (dnevnim i sezonskim), što olakšava prilagođavanje životinja i biljaka ovom abiotskom faktoru.

Visoka površinska napetost i kohezija.

Zbog površinske napetosti, tekućina teži da poprimi takav oblik da je njena površina minimalna (idealno, oblik lopte). Od svih tekućina, voda ima najveću površinsku napetost. Značajna kohezija igra važnu ulogu u živim ćelijama, kao iu kretanju vode kroz sudove u biljkama. Mnogi mali organizmi imaju koristi od toga površinski napon: takvi organizmi čine ekološku skupinu neustona, koja se dijeli na epineuston (one koji se kreću po površini filma, poput vodoskoka) i hiponeuston, organizme koji se pričvršćuju za površinski film u vodi (larve nekih muva i komarci).

Kapilarne pojave igraju bitnu ulogu u vodosnabdijevanju biljaka, kretanju vlage u zemljištu i drugim poroznim medijima. Kapilarna impregnacija različitih materijala ima široku primjenu u različitim tehnološkim procesima. Podjednako važnu ulogu u formiranju nove faze imaju kapilarni fenomeni: kapi tečnosti tokom kondenzacije pare i mehurići pare tokom ključanja i kavitacije.

Kapilarni fenomeni igraju važnu ulogu u prirodi i tehnologiji. Podizanje hranljivog rastvora duž stabljike ili debla biljke je u velikoj meri posledica fenomena kapilarnosti: rastvor se diže kroz tanke kapilarne cevi koje formiraju zidovi biljnih ćelija. Kroz kapilare tla voda se diže iz dubokih u površinske slojeve tla. Naprotiv, rahljenjem površine tla i time stvaranjem diskontinuiteta u sistemu zemljišnih kapilara moguće je odgoditi dotok vode u zonu isparavanja i usporiti sušenje tla.

Kapilarne pojave igraju bitnu ulogu u vodosnabdijevanju biljaka i kretanju vlage u tlu. U suhom vremenu tlo se skuplja, a u njemu se stvaraju pukotine - kapilare. Kroz njih se voda diže iz temelja i isparava. Zbog toga se površina zemlje još više isušuje. Da bi se očuvala vlaga unutar zemlje, gornji sloj tla se rahli. U tom slučaju kapilare se uništavaju i voda ostaje u tlu.

Kratki poredak (fluidnost, nestišljivost, kvazikristalnost, potencijalna energija molekula).

površinski napon.

Pritisak ispod zakrivljene površine.

Vlaženje.

kapilarne pojave.

Površinski napon.

Potencijalna energija molekula unutar tečnosti je manja nego izvan tečnosti. Površinski sloj je u različitim uslovima. Da bi se molekuli prenijeli na površinu, mora se savladati određena potencijalna barijera.

r- radijus molekularnog djelovanja (sfera molekularnog djelovanja).

Rezultirajuća sila unutar tečnosti je 0. Na površini gasa - njeno djelovanje se može zanemariti. Rezultirajuća sila se smanjuje. Čitav sloj koji leži blizu površine tečnosti podleže silama koje su normalno usmerene u tečnost. Površinski sloj vrši pritisak na tečnost - molekularni pritisak.

Masa fluida, na koju ne djeluju vanjske sile, mora poprimiti sferni oblik. Od svega geometrijska tijela Sfera ima najmanju površinu za dati volumen. Površina tečnosti je poput rastegnutog filma. Za rastezanje filma, obično se mora primijeniti sila na njegovu granicu tangenta na površinu tečnosti, nazvana sila površinskog napona. Ove sile su veće, što je dužina granice filma duža:

- koeficijent površinskog napona. ODTi

. AtT

T Crete.

0 . Neka

- neka platforma.

- raditi na stvaranju njene snageF.

onda

Ovaj rad ide na povećanje energije filma:

Energija površinskog napona.

Energija - je deo unutrašnja energija film, koji se pretvara u rad tokom izotermnog procesa.

Besplatna energija

Površinska napetost objašnjava: formiranje kapljica:

za kap:

Pritisak ispod zakrivljene površine

Razmotrite površinu tečnosti na osnovu ravne konture.

Ako površina tečnosti nije ravna, onda će njena sklonost kontrahovanju dovesti do dodavanja pritiska u odnosu na ravnu tečnost.

U slučaju konveksne površine, ovaj pritisak je pozitivan, a u slučaju konkavne je negativan.

Compute

za sferičnu površinu tekućine.

Zbog površinske napetosti obje hemisfere se privlače.

Ove sile pritiskaju obe hemisfere na površinu i izazivaju dodatni pritisak:

Zakrivljenost površine:

U geometriji je dokazano da poluzbir recipročnih polumjera zakrivljenosti bilo kojeg para međusobno okomitih presjeka ima istu vrijednost H :

Za sferu: R 1 = R 2 = R :

Laplace je dokazao da formule vrijede za površinu bilo kojeg oblika, ako se pod H podrazumijeva prosječna zakrivljenost površine u tački u kojoj se određuje dodatni pritisak.

Prosječna zakrivljenost

Laplaceova formula

Dodatni pritisak menja nivo tečnosti u uskim cevima (kapilarama), što se ponekad naziva kapilarnim pritiskom.

Lebdenje malih tijela na površini objašnjava se Laplaceovim pritiskom.

vlaženje

Kada se razmatraju fenomeni na granici tekućina-čvrsto, potrebno je uzeti u obzir ukupnu površinsku energiju dvije tvari.

Ako se graniče tri supstance: tečnost, čvrsta i gasovita. Tada cijela konfiguracija odgovara minimalna ukupna energija (površina, u polju tečnosti).

Ugao, između površina čvrsto telo i tangenta na tečnost - ivični ugao.

Ako a manje od π/2 tečnost vlaži tijelo.

Ako a više od π/2 tečnost ne vlaži tijelo.

At nula totalnog vlaženja.

At

potpuno nekvašenje.

Nekvašenje može dovesti do neobičnih pojava: igla ne tone u masti. Slično, možete nositi vodu u situ ako sito nije nakvašeno vodom (pokrijte niti sita parafinom), ako nema puno vode.

Kapilarni fenomeni

Postojanje kontaktnog ugla dovodi do zakrivljenosti površine tečnosti u blizini zidova posude. U uskoj kapilarnoj cijevi površina se ispostavlja zakrivljenom.

Tečnost vlaži površinu:

Ako tečnost ne vlaži:

Ako je površina tekućine zakrivljena, tada sile površinske napetosti stvaraju dodatni pritisak na tekućinu:

Na ovaj način, ukupni pritisak jednako:

kapilarni, Laplasov pritisak.

Ako je kapilara jednim krajem uronjena u tečnost, onda kada je kapilara navlažena, nivo tečnosti će biti veći od nivoa u posudi, a kada nije navlažen biće niži.

Promjena visine u uskim cijevima - kapilarnost.

Ako su kapilari okrugli presjek, zatim:

Ako je kapilara mala, onda s potpunim vlaženjem

:

R = r

Tečnost - agregatno stanje materije, srednje između čvrstog i gasovitog. Tečnosti imaju svojstvo čvrstih materija - da zadržavaju svoj volumen, formiraju površinu, prozirnost, vlačnu čvrstoću. Gasovi: imaju oblik posude, neprekidno se pretvaraju u plin bez skoka.

Brojne osobine svojstvene samo njoj: Osobina - fluidnost. Tečnosti su gotovo nestišljive. Testiranje tečnosti sa x-zrake pokazao to unutrašnja struktura imaju mnogo zajedničkog sa strukturom čvrstih tela.

U rasporedu tečnih čestica postoji nalog kratkog dometa .

1. Tečno stanje materije i njena svojstva.

2.1 Bernulijev zakon.

2.2 Pascalov zakon.

2.3 Laminarni tok tečnosti.

2.4 Poiselov zakon.

2.5 Turbulentno strujanje tečnosti.

3.1 Mjerenje viskoziteta tečnosti.

3.2 Merenje zapremine i protoka tečnosti

1. Tečno stanje materije i njena svojstva.

Tečnosti zauzimaju srednju poziciju između gasovitih i čvrstih materija. Na temperaturama blizu tačkama ključanja, svojstva tečnosti se približavaju svojstvima gasova; na temperaturama blizu tačkama topljenja, svojstva tečnosti se približavaju osobinama čvrstih materija. Ako za čvrste materije karakterističan je strogi poredak čestica, koji se proteže na udaljenosti do stotina hiljada interatomskih ili intermolekularnih radijusa, tada u tečnoj tvari obično nema više od nekoliko desetina uređenih čestica - to se objašnjava činjenicom da poredak između čestice na različitim mestima tečna supstanca nastaje jednako brzo kao što se ponovo „razmazuje“ toplotnim oscilacijama čestica. Istovremeno, ukupna gustoća pakiranja čestica tekuće tvari malo se razlikuje od čvrste tvari - stoga je njihova gustoća bliska gustoći čvrstih tvari, a kompresibilnost je vrlo niska. Na primjer, da bi se za 1% smanjio volumen koji zauzima tečna voda, potrebno je primijeniti pritisak od ~ 200 atm, dok je za isto smanjenje volumena plinova potreban pritisak reda veličine 0,01 atm. Stoga je kompresibilnost tekućina približno 200:0,01 = 20.000 puta manja od kompresibilnosti plinova.

Gore je navedeno da tečnosti imaju određenu zapreminu i poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze; ova svojstva su mnogo bliža osobinama čvrste nego gasovite supstance. Velika blizina tečno stanje na solidnu potvrđuju i podaci o standardne entalpije isparavanje ∆N° upotreba i standardne entalpije fuzije ∆N° pl. Standardna entalpija isparavanja je količina topline potrebna da se 1 mol tekućine pretvori u paru na 1 atm (101,3 kPa). Ista količina toplote se oslobađa kada se 1 mol pare kondenzuje u tečnost na 1 atm. Količina toplote utrošena na transformaciju 1 mol čvrste supstance u tečnost pri 1 atm naziva se standardnom entalpijom fuzije (ista količina toplote se oslobađa kada se 1 mol tečnosti na 1 atm "zamrzne" ("učvrsti") ). Poznato je da je ∆N° pl mnogo manji od odgovarajućih vrijednosti ∆N° exp, što je lako razumjeti, budući da je prijelaz sa čvrsto stanje u tečnost je praćeno manjim kršenjem međumolekularne privlačnosti nego prijelazom iz tekućeg u plinovito stanje.

Brojna druga važna svojstva tečnosti više podsećaju na svojstva gasova. Dakle, kao i gasovi, tečnosti mogu teći - njihovo svojstvo se naziva fluidnost. Otpor protoku određuje viskozitet. Na fluidnost i viskoznost utiču sile privlačnosti između molekula tečnosti, njihova relativna molekulska težina i niz drugih faktora. Viskoznost tečnosti je ~100 puta veća od viskoznosti gasova. Baš kao i gasovi, tečnosti mogu da difunduju, iako mnogo sporije, jer su čestice tečnosti upakovane mnogo gušće od čestica gasa.

Jedno od najvažnijih svojstava tečnosti je njena površinska napetost (ovo svojstvo nije svojstveno ni gasovima ni čvrstim materijama). Molekul u tečnosti je podvrgnut jednolikim intermolekularnim silama sa svih strana. Međutim, na površini tekućine ravnoteža ovih sila je poremećena, a kao rezultat toga, "površinski" molekuli su pod djelovanjem određene rezultantne sile usmjerene unutar tekućine. Iz tog razloga, površina tečnosti je u stanju napetosti. Površinska napetost je minimalna sila koja ograničava kretanje čestica tečnosti u dubinu tečnosti i na taj način sprečava da se površina tečnosti skuplja. Površinska napetost objašnjava "kapljičasti" oblik čestica tečnosti koje slobodno padaju.

Zbog očuvanja volumena, tekućina može formirati slobodnu površinu. Takva površina je fazni interfejs date supstance: na jednoj strani je tečna faza, na drugoj - gasovita (para) i, eventualno, drugi gasovi, kao što je vazduh. Ako su tečna i plinovita faza iste tvari u kontaktu, nastaju sile koje teže smanjenju površine međupovršine - sile površinskog napona. Interfejs se ponaša kao elastična membrana koja ima tendenciju skupljanja.

Površinska napetost se može objasniti privlačenjem između tekućih molekula. Svaki molekul privlači druge molekule, nastoji se njima "okružiti" i stoga napustiti površinu. Shodno tome, površina ima tendenciju smanjenja. Stoga mjehurići sapuna i mjehurići tokom ključanja imaju tendenciju da poprime sferni oblik: za datu zapreminu lopta ima minimalnu površinu. Ako na tekućinu djeluju samo sile površinske napetosti, ona će nužno poprimiti sferni oblik - na primjer, voda pada u bestežinskom stanju.

Mali objekti čija je gustina veća od gustine tečnosti mogu da „lebde” na površini tečnosti, jer je sila gravitacije manja od sile koja sprečava povećanje površine.

Vlaženje je površinski fenomen koji se javlja kada tečnost dođe u kontakt sa čvrstom površinom u prisustvu pare, odnosno na granici tri faze. Vlaženje karakterizira "lijepljenje" tekućine na površinu i širenje po njoj (ili, obrnuto, odbijanje i neširenje). Postoje tri slučaja: nekvašenje, ograničeno vlaženje i potpuno vlaženje.

Miješljivost je sposobnost tečnosti da se otapaju jedna u drugoj. Primer tečnosti koje se mešaju: voda i etil alkohol, primer tečnosti koje se ne mešaju: voda i tečno ulje.

Kada se dvije tekućine koje se miješaju nađu u posudi, molekuli, kao rezultat termičkog kretanja, počinju postupno da prolaze kroz međupovršinu i tako se tečnosti postepeno miješaju. Ovaj fenomen se naziva difuzija (javlja se iu supstancama u drugim agregacijskim stanjima).

Tečnost se može zagrijati iznad tačke ključanja na način da ne dođe do ključanja. Za to je potrebno ravnomjerno zagrijavanje, bez značajnih temperaturnih razlika unutar zapremine i bez mehaničkih utjecaja poput vibracija. Ako u pregrijana tečnost baci nešto, odmah proključa. Pregrijanu vodu je lako dobiti u mikrovalnoj pećnici.

Pothlađivanje - hlađenje tečnosti ispod tačke smrzavanja bez prelaska u čvrsto agregatno stanje. Kao i kod pregrijavanja, za pothlađivanje je potrebno odsustvo vibracija i značajnih temperaturnih fluktuacija.

Ako se površina tekućine pomakne iz ravnotežnog položaja, tada se pod djelovanjem vraćajućih sila površina počinje vraćati u ravnotežni položaj. Ovo kretanje, međutim, ne prestaje, već se pretvara u oscilirajuće kretanje blizu ravnotežnog položaja i proteže se na druga područja. Ovo stvara talase na površini tečnosti.

Ako je obnavljajuća sila pretežno gravitacija, tada se takvi valovi nazivaju gravitacijskim valovima. Gravitacioni talasi na vodi mogu se videti svuda.

Ako je obnavljajuća sila pretežno sila površinske napetosti, tada se takvi valovi nazivaju kapilarni. Ako su ove sile uporedive, takvi valovi se nazivaju kapilarno-gravitacijskim valovima. Talasi na površini tekućine su prigušeni viskoznošću i drugim faktorima.

Formalno gledano, za ravnotežnu koegzistenciju tečne faze sa drugim fazama iste supstance – gasovitom ili kristalnom – potrebni su strogo definisani uslovi. Dakle, pri datom pritisku potrebna je strogo određena temperatura. Ipak, u prirodi i tehnologiji svuda tečnost koegzistira sa parom, ili takođe sa čvrstim stanje agregacije- na primjer, voda sa vodenom parom i često sa ledom (ako smatramo da je para kao zasebna faza prisutna uz vazduh). To je zbog sljedećih razloga.

Neuravnoteženo stanje. Potrebno je vrijeme da tečnost ispari, dok tečnost potpuno ne ispari, ona koegzistira sa parom. U prirodi voda neprestano isparava, kao i obrnuti proces - kondenzacija.

zatvoren volumen. Tečnost u zatvorenoj posudi počinje da isparava, ali pošto je zapremina ograničena, pritisak pare raste, postaje zasićen i pre nego što je tečnost potpuno isparila, ako je njena količina bila dovoljno velika. Kada se dostigne stanje zasićenja, količina isparene tečnosti jednaka je količini kondenzovane tečnosti, sistem dolazi u ravnotežu. Tako se u ograničenoj zapremini mogu uspostaviti uslovi neophodni za ravnotežnu koegzistenciju tečnosti i pare.

Prisustvo atmosfere u uslovima zemaljske gravitacije. Utiče na tečnost Atmosferski pritisak(vazduh i para), dok za paru, praktično samo njen parcijalni pritisak. Dakle, tečnost i para iznad njegove površine odgovaraju različite tačke na faznom dijagramu, u području postojanja tekuće faze i u području postojanja plinovite, respektivno. Ovo ne poništava isparavanje, ali za isparavanje je potrebno vrijeme tokom kojeg obje faze koegzistiraju. Bez ovog uslova, tečnosti bi ključale i isparile vrlo brzo.

2.1 Bernulijev zakon - je posljedica zakona održanja energije za stacionarni tok idealne (tj. bez unutrašnjeg trenja) nestišljivog fluida:

je gustina tečnosti, brzina strujanja, visina na kojoj se nalazi razmatrani element tečnosti, pritisak u tački u prostoru gde se nalazi centar mase razmatranog elementa tečnosti, je ubrzanje slobodnog pada.

Konstanta na desnoj strani se obično naziva pritisak, ili puni pritisak, a takođe Bernoulli integral. Dimenzija svih pojmova je jedinica energije po jedinici zapremine tečnosti.

Ovaj odnos, koji je izveo Daniel Bernoulli 1738. godine, dobio je ime po njemu. Bernoullijeva jednadžba. Za horizontalne cijevi h= 0 i Bernulijeva jednačina ima oblik:

Ovaj oblik Bernoullijeve jednačine može se dobiti integracijom Ojlerove jednačine za stacionarni jednodimenzionalni tok fluida, pri konstantnoj gustini ρ:

Prema Bernoullijevom zakonu, ukupni pritisak u stalnom toku fluida ostaje konstantan duž ovog toka.

Puni pritisak sastoji se od ponderisanog (ρ gh), statički (p) i dinamički (ρν 2 /2) pritisci.

Iz Bernoullijevog zakona proizilazi da smanjenjem poprečnog presjeka strujanja, zbog povećanja brzine, odnosno dinamičkog pritiska, statički pritisak opada. Ovo je glavni razlog za Magnusov efekat. Bernulijev zakon važi i za laminarne tokove gasa. Fenomen smanjenja tlaka s povećanjem protoka je u osnovi rada različitih tipova mjerača protoka (na primjer, Venturi cijev), vodenih i parnih mlaznih pumpi. A dosljedna primjena Bernoullijevog zakona dovela je do pojave tehničke hidromehaničke discipline - hidraulike.

Bernoullijev zakon vrijedi u svom čistom obliku samo za tekućine čiji je viskozitet nula, odnosno tekućine koje se ne lijepe za površinu cijevi. Zapravo, eksperimentalno je utvrđeno da je brzina tekućine na površini čvrstog tijela gotovo uvijek tačna nula (osim u slučajevima razdvajanja mlaza pod određenim rijetkim uvjetima).

2.2 Pascalov zakon je formulisan ovako:

Pritisak koji se vrši na tečnost (ili gas) na bilo kom mestu na njenoj granici, na primer, klipom, prenosi se bez promene na sve tačke tečnosti (ili gasa).

Osnovno svojstvo tečnosti i gasova- prenosni pritisak bez promene u svim pravcima - osnova je za projektovanje hidrauličnih i pneumatskih uređaja i mašina.

Koliko je puta površina jednog klipa veća od površine drugog, toliko puta hidraulična mašina daje dobitak u snazi.

2.3 Laminarni tok(lat. lamina- ploča, traka) - strujanje u kojem se tekućina ili plin kreće u slojevima bez miješanja i pulsiranja (odnosno, slučajnih brzih promjena brzine i pritiska).

Laminarni tok je moguć samo do određene kritične vrijednosti Reynoldsovog broja, nakon čega postaje turbulentan. Kritična vrijednost Reynoldsovog broja ovisi o specifičnoj vrsti strujanja (protok u okrugloj cijevi, strujanje oko lopte, itd.). Na primjer, za protok u okrugloj cijevi

Reynoldsov broj je određen sljedećom relacijom:

ρ je gustina medija, kg/m 3 ;

v- karakteristična brzina, m/s;

L- karakteristična veličina, m;

η - dinamička viskoznost medija, N*s/m 2 ;

ν - kinematička viskoznost medija, m 2 / s ();

Q- zapreminski protok;

A- površina presjeka cijevi.

Reynoldsov broj kao kriterij za prijelaz iz laminarnog u turbulentno strujanje i obrnuto radi relativno dobro za tokove pod pritiskom. Pri prelasku na slobodno strujanje povećava se prijelazna zona između laminarnog i turbulentnog režima, a korištenje Reynoldsovog broja kao kriterija nije uvijek opravdano. Na primjer, u rezervoarima su formalno izračunate vrijednosti Reynoldsovog broja vrlo visoke, iako se tamo opaža laminarni tok.

2.4 Jednačina ili Poiseuilleov zakon- zakon koji određuje brzinu protoka fluida u ustaljenom toku viskoznog nestišljivog fluida u tankoj cilindričnoj cijevi kružnog poprečnog presjeka.

Prema zakonu, drugi volumetrijski protok tečnosti je proporcionalan padu pritiska po jedinici dužine cevi (gradijent pritiska u cevi) i četvrtom stepenu radijusa (prečnika) cevi:

Q- protok fluida u cevovodu;
D- prečnik cjevovoda;
v- brzina fluida duž cjevovoda;
r- udaljenost od ose cjevovoda;
R- radijus cjevovoda;
str 1 − str 2 - razlika tlaka na ulazu i izlazu cijevi;
η je viskozitet tečnosti;
L- dužina cijevi.

Poiseuilleov zakon radi samo za laminarni tok i to pod uslovom da dužina cijevi prelazi takozvanu dužinu početnog dijela, što je neophodno za razvoj laminarnog toka u cijevi.

Poiseuilleov tok karakterizira parabolična raspodjela brzine duž polumjera cijevi. U svakom poprečnom presjeku cijevi prosječna brzina pola maksimalne brzine u ovoj dionici.

2.5 T urbulentan t(od latinskog turbulentus - turbulentan, haotičan), oblik strujanja tekućine ili plina, u kojem se njihovi elementi kreću neuredno, nestabilno duž složenih putanja, što dovodi do intenzivnog miješanja između slojeva pokretne tekućine ili plina (vidi Turbulencija) . T. t. u cijevima, kanalima, graničnim slojevima u blizini čvrstih tijela oko kojih teče tekućina ili plin, kao i tzv. slobodni T. t. - mlazovi, tragovi iza čvrstih tijela koja se kreću u odnosu na tekućinu ili plin, i zone miješanja između tokova različitih brzina koje nisu razdvojene c.-l. čvrstih zidova. T. t. razlikuju se od odgovarajućih laminarnih tokova kako po složenoj unutrašnjoj strukturi (slika 1), tako i po raspodjeli prosječne brzine po presjeku strujanja i integralnim karakteristikama - ovisnosti prosjeka po presjeku ili max. brzina, protok, kao i koeficijent. otpor od Reynoldsovog broja Re. Profil prosječne brzine termometra u cijevima ili kanalima razlikuje se od paraboličkog. profila odgovarajućeg laminarnog toka sa bržim porastom brzine u blizini zidova i manjom zakrivljenošću prema centru. delovi toka (slika 2). Sa izuzetkom tankog sloja u blizini zida, profil brzine je opisan logaritamskim zakonom (tj. brzina zavisi linearno od logaritma udaljenosti do zida). Koeficijent otpora:

- naprezanje trenjem o zid,
je gustina tečnosti,
- njegova brzina, prosječna po odsjeku protoka) je u odnosu na Re odnosom

Prosječni profil brzine: a - za laminarni tok, 6 - za turbulentno strujanje.

3.1 Mjerenje viskoznosti fluida .

Kinematički viskozitet je mjera protoka otporne tekućine pod utjecajem gravitacije. Kada se dvije tečnosti jednake zapremine stave u identične kapilarne viskozimetre i kreću se gravitacijom, viskoznoj tečnosti treba duže da prođe kroz kapilaru. Ako jednom fluidu treba 200 sekundi da iscuri, a drugom 400 sekundi, drugi fluid je dvostruko viskozniji od prvog na skali kinematičke viskoznosti.

Apsolutni viskozitet, koji se ponekad naziva dinamički ili jednostavan viskozitet, proizvod je kinematičkog viskoziteta i gustine fluida:
Apsolutni viskozitet = Kinematička viskoznost * Gustoća
Dimenzija kinematičke viskoznosti je L 2 /T, gdje je L dužina, a T vrijeme). SI UNIT kinematička viskoznost - 1 cSt (centiStokes)=mm 2 /s. Apsolutni viskozitet se izražava u centipoaz (cPoise). SI JEDINICA apsolutne viskoznosti - milipaskal sekunda 1 MPa * s = 1 cPas.

Uređaj za mjerenje viskoznosti naziva se viskozimetar. Viskozimetri se mogu podijeliti u tri glavna tipa:

ALI. Kapilarni viskozimetri mjere protok fiksne zapremine tečnosti kroz mali otvor na kontrolisanoj temperaturi. Brzina smicanja može se izmjeriti od oko nula do 106 s -1 promjenom prečnika kapilara i primijenjenog pritiska. Vrste kapilarnih viskozimetara i načini njihovog rada:
Stakleni kapilarni viskozimetar (ASTM D 445) - Tečnost prolazi kroz rupu određenog prečnika pod uticajem gravitacije. Brzina smicanja je manja od 10 s -1. Kinematički viskozitet svih automobilskih ulja mjeri se kapilarnim viskozimetrima.
Kapilarni viskozimetar visokog pritiska (ASTM D 4624 i D 5481) - Fiksna zapremina tečnosti se ekstrudira kroz staklenu kapilaru prečnika pod dejstvom primenjenog pritiska gasa. Brzina smicanja se može promijeniti do 106 s -1. Ova tehnika se obično koristi za modeliranje viskoziteta motornih ulja u radnim glavnim ležajevima. Ova viskoznost se naziva viskozitet at visoke temperature i visokog smicanja (HTHS) i mjeri se na 150°C i 106 s -1. HTHS viskoznost se takođe meri pomoću simulatora konusnog ležaja, ASTM D 4683 (vidi dole).

B. Rotacijski viskozimetri koriste obrtni moment na rotirajućoj osovini za mjerenje otpora fluida da teče. Rotacioni viskozimetri uključuju simulator hladnog pokretanja (CCS), mini rotacioni viskozimetar (MRV), Brookfield viskozimetar i simulator konusnog ležaja (TBS). Brzina smicanja se može promijeniti promjenom dimenzija rotora, razmaka između rotora i stijenke statora i brzine rotacije.
Simulator hladnog skrolovanja (ASTM D 5293) - CCS meri prividni viskozitet u opsegu od 500 do 200.000 cPas. Brzina smicanja je između 104 i 105 s -1. normalan opseg Radna temperatura- od 0 do -40°C. CCS je pokazao odličnu korelaciju sa startovanjem motora na niskim temperaturama. Klasifikacija viskoznosti SAE J300 definira performanse viskoznosti motornih ulja na niskim temperaturama prema CCS i MRV granicama.

Mini rotacioni viskozimetar (ASTM D 4684) - MRV test, koji se odnosi na mehanizam pumpanja ulja, je merenje pri niskoj brzini smicanja. glavna karakteristika metoda - spora brzina hlađenja uzorka. Uzorak je pripremljen da ima specifičnu termičku istoriju koja uključuje zagrijavanje, sporo hlađenje i cikluse impregnacije. MRV mjeri prividni preostali napon, koji, ako je veći od granične vrijednosti, ukazuje na potencijalni problem kvara pumpanja zbog prodora zraka. Iznad određenog viskoziteta (trenutno definiranog kao 60.000 centipoise SAE J 300), ulje može uzrokovati neuspjeh pumpanja kroz mehanizam koji se naziva "efekat ograničenog protoka". SAE 10W ulje, na primjer, treba imati maksimalan viskozitet od 60.000 cPas na -30°C bez zaostalog naprezanja. Ova metoda također mjeri prividnu viskoznost pri brzinama smicanja od 1 do 50 s -1.
Brookfield viskozimetar - određuje viskozitet u širokom rasponu (od 1 do 105 Poise) pri malim brzinama smicanja (do 102 s -1).
ASTM D 2983 se prvenstveno koristi za određivanje niskotemperaturnog viskoziteta ulja za automobilske mjenjače, ulja za automatske mjenjače, hidrauličkih ulja i traktorskih ulja. Temperatura - ispitivanje se kreće od -5 do -40°C.
ASTM D 5133, Brookfield Scan metoda, mjeri Brukfildovu viskoznost uzorka kada se ohladi konstantnom brzinom od 1°C/sat. Kao i MRV, ASTM D 5133 metoda je dizajnirana da odredi sposobnost pumpanja ulja na niskim temperaturama. Ovaj test određuje tačku nukleacije, definisanu kao temperaturu na kojoj uzorak dostiže viskozitet od 30.000 cPas. Indeks nukleacije je također definiran kao najveća stopa povećanja viskoznosti od -5°C do najniže ispitne temperature. Ova metoda nalazi primenu u motornim uljima i zahteva je ILSAC GF-2. Simulator konusnog ležaja (ASTM D 4683) - Ova tehnika također mjeri viskozitet motornih ulja na visokoj temperaturi i velikom smicanju (pogledajte kapilarni viskozimetar visokog pritiska). Vrlo visoke brzine smicanja se postižu zbog izuzetno malog razmaka između rotora i stijenke statora.

Indeks viskoznosti (VI) je empirijski broj koji pokazuje stepen promjene viskoziteta ulja unutar datog temperaturnog raspona. Visok VI znači relativno malu promjenu viskoziteta s temperaturom, a nizak VI znači veliku promjenu viskoziteta s temperaturom. Većina mineralnih baznih ulja ima VI između 0 i 110, ali polimerno ulje (multigraž) VI često prelazi 110.
Za određivanje indeksa viskoznosti potrebno je odrediti kinematičku viskoznost na 40°C i 100°C. Nakon toga, IV se određuje iz tabela prema ASTM D 2270 ili ASTM D 39B. Pošto se VI određuje iz viskoziteta na 40°C i 100°C, on nije povezan sa niskom temperaturom ili HTHS viskozitetom. Ove vrijednosti su dobivene korištenjem CCS, MRV, Brookfield viskozimetra niske temperature i viskozimetra visokog smicanja.
SAE ne koristi IV za klasifikaciju motornih ulja od 1967. jer je termin tehnički zastario. Međutim, metoda API 1509 Američkog instituta za naftu opisuje sistem klasifikacije baznih ulja koristeći VI kao jedan od nekoliko parametara kako bi se osigurali principi zamjenjivosti ulja i univerzalnost skale viskoziteta.

3.2 Mjerenje zapremine i protoka tečnosti.

Za mjerenje protoka tekućina koriste se mjerači protoka zasnovani na različitim principima rada: mjerači protoka varijabilne i konstantne razlike tlaka, promjenjivi nivo, elektromagnetni, ultrazvučni, vrtložni, termalni i turbinski.

Za mjerenje količine tvari koriste se mjerači protoka sa integratorima ili brojačima. Integrator kontinuirano zbraja očitanja uređaja, a količina supstance određuje se razlikom u očitanjima u potrebnom vremenskom periodu.

Merenje protoka i količine je složen zadatak, jer fizička svojstva merenih protoka utiču na očitavanja instrumenata: gustina, viskoznost, odnos faza u protoku itd. Fizička svojstva izmjereni protoci, pak, zavise od radnih uslova, uglavnom od temperature i pritiska.

Ako se radni uvjeti mjerača protoka razlikuju od uvjeta pod kojima je kalibriran, tada greška u očitanjima uređaja može značajno premašiti dopuštenu vrijednost. Stoga su za uređaje masovne proizvodnje utvrđena ograničenja za obim njihove primjene: prema svojstvima mjerenog protoka, maksimalna temperatura i pritisak, sadržaj čvrstih čestica ili gasova u tečnosti itd.

Merači protoka sa promenljivim pritiskom

Rad ovih mjerača protoka zasniva se na nastanku pada tlaka preko uređaja za sužavanje u cjevovodu kada kroz njega prolazi protok tekućine ili plina. Kada se promeni brzina protoka Q, menja se i vrednost ovog pada pritiska?p.

Za neke uređaje za sužavanje kao pretvarače protoka u diferencijalni tlak, koeficijent prijenosa se određuje eksperimentalno i njegove vrijednosti su sumirane u posebnim tabelama. Takvi uređaji za sužavanje nazivaju se standardnim.

Najjednostavniji i najčešći uređaj za stezanje je dijafragma.Standardna dijafragma je tanak disk sa okruglom rupom u sredini. Koeficijent transmisije dijafragme bitno zavisi od otpora membrane, a posebno ulaznog ruba otvora. Stoga se dijafragme izrađuju od materijala koji su hemijski otporni na mjerni medij i otporni na mehaničko habanje. Osim membrane, kao standardni uređaji za sužavanje koriste se i Venturi mlaznica i Venturi cijev, koji stvaraju manji hidraulički otpor u cjevovodu.

Otvor merača diferencijalnog protoka promenljivog pritiska je primarni pretvarač u kome se brzina protoka pretvara u diferencijalni pritisak.

Diferencijalni manometri služe kao srednji pretvarači za mjerače protoka promjenjivog tlaka. Manometri diferencijalnog pritiska su impulsnim cevima povezani sa uređajem za sužavanje i postavljeni su u njegovoj neposrednoj blizini. Stoga, mjerači protoka s promjenjivim tlakom obično koriste diferencijalne mjerače tlaka opremljene srednjim pretvaračem za prijenos rezultata mjerenja na štit operatera (na primjer, membranski diferencijalni manometri DM).

Kao i kod mjerenja tlaka i nivoa, separacijske posude i membranski separatori koriste se za zaštitu mjerača diferencijalnog tlaka od agresivnog djelovanja medija koji se mjeri.

Karakteristika primarnih pretvarača mjerača varijabilnog pada tlaka je kvadratna ovisnost pada tlaka od brzine protoka. Da bi očitavanja mjernog uređaja mjerača protoka linearno ovisila o protoku, linearizirajući pretvarač se uvodi u mjerni krug mjerača protoka s promjenjivim pritiskom. Takav pretvarač je, na primjer, linearizacijski blok u srednjem pretvaraču NP-PZ. S direktnim povezivanjem diferencijalnog manometra s mjernim uređajem (na primjer, KSD), linearizacija se izvodi u samom uređaju pomoću uzorka s kvadratnom karakteristikom.

Merači protoka konstantnog diferencijalnog pritiska

Brzina protoka tečnosti ili gasa se takođe može meriti pri konstantnom diferencijalnom pritisku. Za održavanje konstantnog pada tlaka kada se brzina protoka kroz otvor promijeni, potrebno je automatski promijeniti površinu njegovog protočnog dijela. Najlakši način je da automatski promijenite područje protoka u rotametru.

Rotametar je vertikalna konična cijev koja sadrži plovak. Izmjereni protok Q, prolazeći kroz rotametar odozdo prema gore, stvara razliku tlaka prije i poslije plovka. Ova razlika pritiska, zauzvrat, stvara silu podizanja koja uravnotežuje težinu plovka.

Ako se protok kroz rotametar promijeni, tada će se promijeniti i pad tlaka. To će dovesti do promjene podizanja i, posljedično, do neravnoteže u plutanju. Plovak će početi da se meša. A budući da je cijev rotametra konusna, površina prolaznog dijela u razmaku između plovka i cijevi će se promijeniti, kao rezultat toga, pad tlaka će se promijeniti, a time i sila podizanja. Kada razlika pritisaka i sila dizanjaće se ponovo vratiti na prethodne vrijednosti, plovak će se uravnotežiti i zaustaviti.

Dakle, svaka vrijednost protoka kroz rotametar Q odgovara određenoj poziciji plovka. Budući da je za konusnu cijev površina prstenastog razmaka između nje i plovka proporcionalna visini njenog uspona, skala rotametra je ujednačena.

Industrija proizvodi rotametre sa staklenim i metalnim cijevima. Za rotametre sa staklenom cijevi, skala je otisnuta direktno na površini cijevi. Za daljinsko mjerenje položaja plovka u metalnoj cijevi koriste se srednji linearni pretvarači pomaka u jedinstveni električni ili pneumatski signal.

U rotametrima s električnim izlaznim signalom, klip pretvarača diferencijalnog transformatora pomiče se s plovkom. Mjerači protoka s pneumatskim izlaznim signalom koriste magnetnu spojnicu za prijenos plivajućeg položaja na predajnik. Sastoji se od dva trajni magneti. Jedna - dvostruka - kreće se zajedno sa plovkom, druga, postavljena na polugu pretvarača pomaka u komprimovani vazduh, kreće se zajedno sa polugom nakon prvog magneta.

Rotametri su također dostupni za mjerenje protoka visoko agresivnih medija. Rotametri se isporučuju sa plaštom za parno grijanje. Dizajnirani su za mjerenje protoka medija za kristalizaciju.

Mjerači protoka varijabilnog nivoa

Iz hidraulike je poznato da ako tečnost slobodno teče kroz rupu na dnu rezervoara, tada su njen protok Q i nivo u rezervoaru H međusobno povezani. Stoga se po nivou u rezervoaru može suditi o protoku iz njega.

Ovaj princip je osnova za rad mjerača protoka varijabilnog nivoa. Očigledno je da ulogu primarnog pretvarača ovdje igra sam rezervoar s rupom na dnu. Izlazni signal takvog pretvarača je nivo u rezervoaru. Stoga, bilo koji od razmatranih mjerača nivoa može poslužiti kao srednji pretvarač mjernog kruga mjerača protoka promjenjivog nivoa.

Mjerači varijabilnog nivoa se obično koriste za mjerenje protoka agresivnih i kontaminiranih tečnosti kada se ispuštaju u rezervoare pod atmosferskim pritiskom.

Elektromagnetski mjerači protoka

Rad elektromagnetnih mjerača protoka je zasnovan na zakonu elektromagnetna indukcija, prema kojem će e biti indukovano u provodniku koji se kreće u magnetskom polju. d.s., proporcionalno brzini provodnika. U elektromagnetnim mjeračima protoka ulogu provodnika obavlja električno provodljiva tekućina koja teče kroz cjevovod 1 i prelazi magnetsko polje 3 elektromagneta 2. U tom slučaju će se u tekućini inducirati e. d.s. U, proporcionalno brzini njegovog kretanja, odnosno brzini protoka tečnosti.

Izlazni signal takvog primarnog pretvarača preuzimaju dvije izolirane elektrode 4 i 6 ugrađene u zid cjevovoda. Dio cjevovoda sa obje strane elektroda je prekriven električnom izolacijom 7 kako bi se spriječilo ranžiranje induciranog e. d.s. kroz tečnost i zid cevovoda.

Stepen agresivnosti mjerenog medija za elektromagnetne mjerače protoka određen je izolacijskim materijalom cijevi i elektrodama primarnog pretvarača. U mjeračima protoka u tu svrhu koriste se guma, emajl otporan na kiseline i fluoroplastika. Najotporniji na agresivne medije je mjerač protoka s fluoroplastičnim izolacijskim premazom i grafitiziranim fluoroplastnim elektrodama.

Tokom rada mjerača protoka, nulu i kalibraciju uređaja treba periodično provjeravati, najmanje jednom sedmično. Za provjeru primarni pretvarač je napunjen izmjerenom tekućinom. Nakon toga, prekidač režima rada na prednjoj ploči mjerne jedinice se pomjera u položaj „Mjerenje“ i pokazivač mjernog uređaja se potenciometrom „Nulta“ postavlja na nulu. Kada se prekidač pomeri u položaj "Kalibracija", strelica uređaja treba da se zaustavi na 100%. U suprotnom, strelicu do ove oznake dovodi potenciometar "Kalibracija".

Posebnost elektromagnetnih mjerača protoka je odsustvo dodatnih gubitaka tlaka u tom području. mjerenja. To je zbog odsustva dijelova koji strše u cijev. Posebno vrijedno svojstvo ovakvih mjerača protoka, za razliku od drugih tipova mjerača protoka, je sposobnost mjerenja brzine protoka agresivnih, abrazivnih i viskoznih tekućina i kaša.

Ultrazvučni mjerači protoka

Rad ovih mjerača protoka zasniva se na dodavanju brzine širenja ultrazvuka u tekućini i brzine samog toka tekućine. Emiter i prijemnik ultrazvučnih impulsa mjerača protoka nalaze se na krajevima mjernog dijela cjevovoda. Elektronska jedinica sadrži generator impulsa i mjerač vremena za impuls da pređe udaljenost između emitera i prijemnika.

Prije početka rada, mjerač protoka se puni tekućinom čiji će se protok mjeriti i određuje se vrijeme potrebno pulsu da pređe ovu udaljenost u ustajalom mediju. Kada se protok kreće, njegova brzina će se zbrajati sa brzinom ultrazvuka, što će dovesti do smanjenja vremena putovanja pulsa. Ovo vrijeme, pretvoreno u bloku u objedinjeni strujni signal, bit će to manje, što je veći protok, odnosno veća njegova potrošnja Q.

Ultrazvučni mjerači protoka imaju iste prednosti kao i elektromagnetni mjerači protoka, a osim toga, mogu mjeriti protok neprovodnih tekućina.

Vrtložni merači

Rad takvih mjerača protoka zasniva se na pojavljivanju vrtloga kada se protok susreće sa nestručnim tijelom. Tokom rada mjerača protoka, vrtlozi se naizmjenično odvajaju sa suprotnih strana tijela koje se nalazi preko puta. Frekvencija odvajanja vrtloga je direktno proporcionalna brzini protoka, tj. njegovom volumetrijskom protoku Q. Na mjestu vrtloga, brzina protoka raste, a pritisak opada. Stoga se frekvencija formiranja vrtloga može mjeriti, na primjer, pomoću manometra, čiji se električni izlaz dovodi u frekvencijski mjerač.

Termalni mjerači protoka

Termalni mjerač protoka se sastoji od grijača 1 i dva temperaturna senzora 2 i 3, koji su postavljeni izvan cijevi 4 s mjerenim protokom. At konstantna snaga grijač, količina topline koju od njega uzima protok također će biti konstantna. Stoga, s povećanjem brzine protoka Q, zagrijavanje protoka će se smanjiti, što je određeno temperaturnom razlikom mjerenom temperaturnim senzorima 3 i 2. Za mjerenje velikih brzina protoka ne mjeri se cijeli protok Q, već samo njegov dio Q1, koji se provlači kroz cijev 4. Ova cijev shuntuje dionicu cjevovoda 5, opremljenu prigušnicom 6. Protočna površina prigušnice određuje gornju granicu raspona mjerenih brzina protoka: što je veći ovaj dio, to je veći brzina protoka se može mjeriti (pri istoj snazi grijača).

Turbinska brojila

U takvim mjeračima protoka, izmjereni protok pokreće impeler koji se rotira u ležajevima. Brzina rotacije radnog kola je proporcionalna brzini protoka, odnosno protoku Q. Za merenje brzine rotacije radnog kola, njegovo kućište je napravljeno od nemagnetnog materijala. Diferencijalni transformatorski pretvarač je ugrađen izvan kućišta, a ivica je izrađena od feromagnetnog materijala na jednoj od lopatica turbine. Kada ova lopatica prođe pored pretvarača, njegova induktivna reaktansa se mijenja i, s frekvencijom proporcionalnom brzini protoka Q, mijenja se napon na sekundarnim namotajima U out. Merni instrument Takav mjerač protoka je mjerač frekvencije koji mjeri frekvenciju promjena napona.

Brojači brzine

Ovi mjerači su po dizajnu slični turbinskim mjeračima protoka. Razlika između njih leži u činjenici da se brzina rotacije turbine mjeri u mjeračima protoka, a broj njenih okretaja se mjeri u metrima, koji se zatim pretvara u količinu tekućine koja je prošla kroz mjerač za vremenski interval koji nas zanima, na primjer, po mjesecu.

1. Tečno stanje materije i njena svojstva.

2.1 Bernulijev zakon.

2.2 Pascalov zakon.

2.3 Laminarni tok tečnosti.

2.4 Poiselov zakon.

2.5 Turbulentno strujanje tečnosti.

3.1 Mjerenje viskoziteta tečnosti.

3.2 Merenje zapremine i protoka tečnosti

1. Tečno stanje materije i njena svojstva.

Tečnosti zauzimaju srednju poziciju između gasovitih i čvrstih materija. Na temperaturama blizu tačkama ključanja, svojstva tečnosti se približavaju svojstvima gasova; na temperaturama blizu tačkama topljenja, svojstva tečnosti se približavaju osobinama čvrstih materija. Ako čvrste tvari karakterizira strogi poredak čestica, koji se proteže na udaljenosti do stotina tisuća interatomskih ili intermolekularnih radijusa, tada u tekućoj tvari obično nema više od nekoliko desetina uređenih čestica - to se objašnjava činjenica da se brzo javlja i poredak između čestica na različitim mestima tečne supstance., kao i opet "razmazanih" toplotnom vibracijom čestica. Istovremeno, ukupna gustoća pakiranja čestica tekuće tvari malo se razlikuje od čvrste tvari - stoga je njihova gustoća bliska gustoći čvrstih tvari, a kompresibilnost je vrlo niska. Na primjer, da bi se za 1% smanjio volumen koji zauzima tečna voda, potrebno je primijeniti pritisak od ~ 200 atm, dok je za isto smanjenje volumena plinova potreban pritisak reda veličine 0,01 atm. Stoga je kompresibilnost tekućina približno 200:0,01 = 20.000 puta manja od kompresibilnosti plinova.

Gore je navedeno da tečnosti imaju određenu zapreminu i poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze; ova svojstva su mnogo bliža osobinama čvrste nego gasovite supstance. Neposrednu blizinu tekućeg i čvrstog stanja potvrđuju i podaci o standardnim entalpijama isparavanja ∆N° testa i standardnim entalpijama topljenja ∆N° pl. Standardna entalpija isparavanja je količina topline potrebna da se 1 mol tekućine pretvori u paru na 1 atm (101,3 kPa). Ista količina toplote se oslobađa kada se 1 mol pare kondenzuje u tečnost na 1 atm. Količina toplote utrošena na transformaciju 1 mol čvrste supstance u tečnost pri 1 atm naziva se standardnom entalpijom fuzije (ista količina toplote se oslobađa kada se 1 mol tečnosti na 1 atm "zamrzne" ("učvrsti") ). Poznato je da je ∆N° pl mnogo manji od odgovarajućih vrijednosti ∆N° exp, što je lako razumjeti, budući da je prijelaz iz čvrstog u tekuće stanje praćen manjim kršenjem međumolekularne privlačnosti od prelazak iz tečnog u gasovito stanje.

Mali objekti čija je gustina veća od gustine tečnosti mogu da „lebde” na površini tečnosti, jer je sila gravitacije manja od sile koja sprečava povećanje površine.

Miješljivost je sposobnost tečnosti da se otapaju jedna u drugoj. Primer tečnosti koje se mešaju: voda i etil alkohol, primer tečnosti koje se ne mešaju: voda i tečno ulje.

Tečnost se može zagrijati iznad tačke ključanja na način da ne dođe do ključanja. Za to je potrebno ravnomjerno zagrijavanje, bez značajnih temperaturnih razlika unutar zapremine i bez mehaničkih utjecaja poput vibracija. Ako se nešto baci u pregrijanu tečnost, odmah proključa. Pregrijanu vodu je lako dobiti u mikrovalnoj pećnici.

Ako se površina tekućine pomakne iz ravnotežnog položaja, tada se pod djelovanjem vraćajućih sila površina počinje vraćati u ravnotežni položaj. To kretanje, međutim, ne prestaje, već se pretvara u oscilatorno kretanje oko ravnotežnog položaja i širi se na druga područja. Ovo stvara talase na površini tečnosti.

Ako je obnavljajuća sila pretežno gravitacija, tada se takvi valovi nazivaju gravitacijskim valovima. Gravitacioni talasi na vodi mogu se videti svuda.

Formalno gledano, za ravnotežnu koegzistenciju tečne faze sa drugim fazama iste supstance – gasovitom ili kristalnom – potrebni su strogo definisani uslovi. Dakle, pri datom pritisku potrebna je strogo određena temperatura. Ipak, u prirodi i tehnologiji svuda tečnost koegzistira sa parom, ili i sa čvrstim agregatnim stanjem - na primer, voda sa vodenom parom i često sa ledom (ako paru posmatramo kao zasebnu fazu koja je prisutna uz vazduh). To je zbog sljedećih razloga.

Neuravnoteženo stanje. Potrebno je vrijeme da tečnost ispari, dok tečnost potpuno ne ispari, ona koegzistira sa parom. U prirodi voda neprestano isparava, kao i obrnuti proces - kondenzacija.

Prisustvo atmosfere u uslovima zemaljske gravitacije. Atmosferski pritisak deluje na tečnost (vazduh i para), dok kod pare treba uzeti u obzir praktično samo njen parcijalni pritisak. Dakle, tečnost i para iznad njene površine odgovaraju različitim tačkama na faznom dijagramu, u oblasti postojanja tečne faze, odnosno u oblasti postojanja gasovite. Ovo ne poništava isparavanje, ali za isparavanje je potrebno vrijeme tokom kojeg obje faze koegzistiraju. Bez ovog uslova, tečnosti bi ključale i isparile vrlo brzo.

2.1 Bernulijev zakon - je posljedica zakona održanja energije za stacionarni tok idealne (tj. bez unutrašnjeg trenja) nestišljivog fluida:

gustina tečnosti,

protok,

Visina na kojoj se nalazi fluidni element koji se razmatra,

Pritisak u tački u prostoru u kojoj se nalazi centar mase fluidnog elementa koji se razmatra,

Ubrzanje gravitacije.

Konstanta na desnoj strani se obično naziva pritisak, ili puni pritisak, a takođe Bernoulli integral. Dimenzija svih pojmova je jedinica energije po jedinici zapremine tečnosti.

Ovaj odnos, koji je izveo Daniel Bernoulli 1738. godine, dobio je ime po njemu. Bernoullijeva jednadžba. Za horizontalne cijevi h= 0 i Bernulijeva jednačina ima oblik:

Ovaj oblik Bernoullijeve jednačine može se dobiti integracijom Ojlerove jednačine za stacionarni jednodimenzionalni tok fluida, pri konstantnoj gustini ρ:

Prema Bernoullijevom zakonu, ukupni pritisak u stalnom toku fluida ostaje konstantan duž ovog toka.

Puni pritisak sastoji se od ponderisanog (ρ gh), statički (p) i dinamički (ρν 2 /2) pritisci.

2.2 Pascalov zakonje formulisan ovako:

D Pritisak koji se vrši na tečnost (ili gas) na bilo kom mestu na njenoj granici, na primer, klipom, prenosi se bez promene na sve tačke tečnosti (ili gasa).

Osnovno svojstvo tečnosti i gasova- prenosni pritisak bez promene u svim pravcima - osnova je za projektovanje hidrauličnih i pneumatskih uređaja i mašina.

Opće karakteristike tečnog stanja

povezani članci