Sıvı halin genel özellikleri

Sıvı, maddenin toplam hallerinden biridir. Bir sıvının, onu diğer kümelenme durumlarından ayıran ana özelliği, pratik olarak hacmi korurken, keyfi olarak küçük bile olsa, teğetsel mekanik streslerin etkisi altında şeklini süresiz olarak değiştirme yeteneğidir.

Sıvı hal genellikle bir katı ile bir gaz arasında bir ara madde olarak kabul edilir: bir gaz ne hacmi ne de şekli korurken, bir katı her ikisini de korur.

Sıvı cisimlerin şekli, yüzeylerinin elastik bir zar gibi davranması gerçeğiyle tamamen veya kısmen belirlenebilir. Böylece su damlalar halinde toplanabilir. Ancak sıvı, hareketsiz yüzeyinin altında bile akabilir ve bu aynı zamanda (sıvı gövdesinin iç kısımlarının) formunun korunmaması anlamına gelir.

Bir sıvının molekülleri belirli bir konuma sahip değildir, ancak aynı zamanda tam hareket serbestliğine de sahip değildirler. Aralarında, onları yakın tutacak kadar güçlü bir çekim vardır.

Sıvı haldeki bir madde, belirli bir sıcaklık aralığında bulunur, bunun altında katı bir duruma geçer (kristalleşme meydana gelir veya katı bir amorf duruma - cama dönüşür), yukarıda - gaz halinde bir duruma (buharlaşma meydana gelir). Bu aralığın sınırları basınca bağlıdır.

Kılcallık, ıslanma, viskozite, yüzey gerilimi fenomenlerindeki süreçlerin resmini belirleyin.

Kılcallık, kılcal etki - fiziksel fenomen sıvıların tüplerdeki seviyeyi değiştirme yeteneğinden, keyfi şekilli dar kanallar, gözenekli gövdelerden oluşan . Sıvının yükselmesi, kanalların sıvılarla, örneğin cam tüplerdeki su, kum, toprak vb. ile ıslandığında meydana gelir. cam tüp. Kılcallık temelinde, hayvanların ve bitkilerin hayati aktivitesi, kimyasal teknolojiler ve günlük fenomenler (örneğin, bir gaz lambasında fitil boyunca yükselen gazyağı, elleri bir havluyla silerek) temel alır.

ıslatma yüzey fenomeni bir sıvının bir katı veya başka bir sıvının yüzeyi ile etkileşiminden oluşan. Islatma iki çeşittir:

Daldırma (katı bir cismin tüm yüzeyi bir sıvı ile temas halindedir)

Temas (üç fazdan oluşur - katı, sıvı, gaz)

Islanma, sıvı moleküllerin ıslanan cismin molekülleri (veya atomları) ile yapışma kuvvetleri (yapışma) ile sıvı moleküllerin karşılıklı yapışma kuvvetleri (kohezyon) arasındaki orana bağlıdır.

Viskozite (iç sürtünme), akışkan cisimlerinin (sıvılar ve gazlar) bir parçasının diğerine göre hareketine direnme özelliği olan transfer fenomenlerinden biridir. Sıvılarda ve gazlarda iç sürtünme mekanizması, rastgele hareket eden moleküllerin momentumu bir katmandan diğerine aktarması ve bu da hızların eşitlenmesine yol açması gerçeğinde yatmaktadır - bu, bir sürtünme kuvvetinin eklenmesiyle açıklanmaktadır. Katıların viskozitesi bir takım spesifik özelliklere sahiptir ve genellikle ayrı olarak değerlendirilir. Dinamik viskozite (ölçüm birimleri: denge, 0.1 Pa s) ve kinematik viskozite (ölçüm birimleri: stokes, m²/s, sistem dışı birim - Engler derecesi) arasında bir ayrım yapılır. Kinematik viskozite, dinamik viskozitenin bir maddenin yoğunluğuna oranı olarak elde edilebilir ve kökenini, belirli bir hacmin yerçekimi etkisi altında kalibre edilmiş bir delikten akmak için geçen süreyi ölçmek gibi klasik viskozite ölçme yöntemlerine borçludur. .

Yüzey gerilimi, dengedeki iki faz arasındaki arayüzün termodinamik bir özelliğidir, bu arayüzün birim alanının tersinir izotermokinetik oluşumunun çalışmasıyla belirlenir, ancak sistemin sıcaklığı, hacmi ve kimyasal potansiyeller her iki fazdaki tüm bileşenlerin sayısı sabit kalır. Yüzey gerilimi çift fiziksel anlam- enerji (termodinamik) ve güç (mekanik). Enerji (termodinamik) tanımı: yüzey gerilimi, sıcaklığın sabit olması koşuluyla, gerildiğinde yüzeyi artırmanın özel işidir. Kuvvet (mekanik) tanımı: Yüzey gerilimi, bir sıvının yüzeyini sınırlayan bir çizginin birim uzunluğu başına etki eden kuvvettir.

Suyun büyük ısı kapasitesini, büyük yüzey gerilimini ve kılcallık özelliğini nasıl açıklıyorlar?

Tüm bu özellikler, hidrojen bağlarının varlığı ile ilişkilidir. Hidrojen ve oksijen atomlarının elektronegatifliğindeki büyük fark nedeniyle, elektron bulutları güçlü bir şekilde oksijene doğru kayar. Bu nedenle hidrojen iyonunun (proton) iç elektron katmanları olmaması ve boyutlarının küçük olması nedeniyle, hidrojen iyonunun (proton) içine nüfuz edebilir. elektron kabuğu komşu molekülün negatif polarize atomu. Bu nedenle, her oksijen atomu diğer moleküllerin hidrojen atomlarına çekilir ve bunun tersi de geçerlidir. Su molekülleri arasındaki ve içindeki proton değişim etkileşimi belirli bir rol oynar. Her su molekülü en fazla dört hidrojen bağına katılabilir: 2 hidrojen atomu - her biri bir ve bir oksijen atomu - iki; bu durumda moleküller bir buz kristali içindedir. Buz eridiğinde, bazı bağlar kopar ve bu da su moleküllerinin daha yoğun bir şekilde paketlenmesini sağlar; su ısıtıldığında bağlar kopmaya devam eder ve yoğunluğu artar, ancak 4 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda bu etki termal genleşmeden daha zayıf hale gelir. Buharlaşma, kalan tüm bağları koparır. Bağları kırmak çok fazla enerji gerektirir, bu nedenle yüksek sıcaklık ve erime ve kaynama özgül ısısı ve yüksek ısı kapasitesi. Suyun viskozitesi, hidrojen bağlarının su moleküllerinin farklı hızlarda hareket etmesini engellemesinden kaynaklanmaktadır.

Suyun bu özelliklerinin vahşi yaşamdaki önemi nedir?

Yüksek özgül ısı kapasitesi.

Yüksek ısı iletkenliği ile birlikte bu, su ortamını canlı organizmaların yaşaması için yeterince konforlu hale getirir. Yüksek ısı kapasitesi ve termal iletkenliği nedeniyle su ortamı, hava ortamından farklı olarak sıcaklık değişimlerine (hem günlük hem de mevsimsel) daha az duyarlıdır, bu da hayvanların ve bitkilerin bu abiyotik faktöre uyumunu kolaylaştırır.

Yüksek yüzey gerilimi ve kohezyon.

Yüzey gerilimi nedeniyle sıvı, yüzey alanı minimum olacak şekilde (ideal olarak bir top şekli) bir şekil alma eğilimindedir. Tüm sıvılar arasında su en yüksek yüzey gerilimine sahiptir. Önemli kohezyon canlı hücrelerde ve ayrıca bitkilerde suyun damarlardan hareketinde önemli bir rol oynar. Birçok küçük organizma yararlanır yüzey gerilimi: bu tür organizmalar, epineuston (bir su geyiği gibi filmin yüzeyinde hareket edenler) ve hiponeuston, sudaki yüzey filmine bağlanan organizmalar (bazı sineklerin larvaları ve larvaları) olarak ayrılan neuston ekolojik grubunu oluşturur. sivrisinekler).

Kapiler fenomen, bitkilerin su temininde, topraktaki nemin hareketinde ve diğer gözenekli ortamlarda önemli bir rol oynar. Çeşitli malzemelerin kapiler emprenye edilmesi, çeşitli teknolojik işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kılcal fenomen, yeni bir fazın oluşumunda eşit derecede önemli bir rol oynar: buhar yoğunlaşması sırasında sıvı damlaları ve kaynama ve kavitasyon sırasında buhar kabarcıkları.

Kapiler olaylar doğada ve teknolojide önemli bir rol oynar. Bir bitkinin gövdesi veya gövdesi boyunca besin çözeltisinin yükselmesi, büyük ölçüde kılcallık olgusundan kaynaklanır: çözelti, bitki hücrelerinin duvarları tarafından oluşturulan ince kılcal borulardan yükselir. Toprağın kılcal damarlarından su, toprağın derinliklerinden yüzey katmanlarına yükselir. Aksine, toprak yüzeyini gevşeterek ve böylece toprak kılcal damar sisteminde süreksizlikler yaratarak, suyun buharlaşma bölgesine akışını geciktirmek ve toprağın kurumasını yavaşlatmak mümkündür.

Kapiler fenomen, bitkilerin su temininde ve topraktaki nemin hareketinde önemli bir rol oynar. Kuru havalarda toprak büzülür ve içinde çatlaklar oluşur - kılcal damarlar. Onlar sayesinde su yerden yükselir ve buharlaşır. Bu nedenle, dünyanın yüzeyi daha da kurur. Toprak içindeki nemi korumak için üst toprak gevşetilir. Bu durumda kılcal damarlar tahrip olur ve toprakta su kalır.

Kısa menzilli düzen (akışkanlık, sıkıştırılamazlık, yarı kristallik, moleküllerin potansiyel enerjisi).

yüzey gerilimi.

Kavisli bir yüzeyin altındaki basınç.

ıslatma.

kılcal fenomen.

Yüzey gerilimi.

Bir sıvının içindeki bir molekülün potansiyel enerjisi, sıvının dışındakinden daha azdır. Yüzey tabakası farklı koşullardadır. Molekülleri yüzeye aktarmak için belirli bir potansiyel engelin aşılması gerekir.

r- moleküler etki yarıçapı (moleküler etki alanı).

Sıvının içinde ortaya çıkan kuvvet 0'dır. Gazın yüzeyinde - etkisi ihmal edilebilir. Ortaya çıkan kuvvet azalır. Sıvının yüzeyine yakın bulunan tüm katman, normal olarak sıvıya yönlendirilen kuvvetlere maruz kalır. Yüzey tabakası sıvı - moleküler basınca basınç uygular.

Dış kuvvetlerin etki etmediği sıvı kütlesi küresel bir şekil almalıdır. Tümünden geometrik cisimler Küre, belirli bir hacim için en küçük yüzey alanına sahiptir. Bir sıvının yüzeyi gerilmiş bir film gibidir. Bir filmi germek için normal olarak sınırına bir kuvvet uygulanmalıdır. Yüzey gerilimi kuvveti olarak adlandırılan sıvının yüzeyine teğet. Bu kuvvetler ne kadar büyükse, film sınırının uzunluğu o kadar uzun olur:

- yüzey gerilimi katsayısı. İTİBARENTve

. saatT

T Girit.

0 . İzin vermek

- bir platform.

- gücünü yaratmak için çalışmakF.

sonra

Bu çalışma filmin enerjisini artırmaya gidiyor:

Yüzey gerilimi enerjisi.

Enerji - bir parçasıdır içsel enerji izotermal bir işlem sırasında işe dönüştürülen film.

Bedava enerji

Yüzey gerilimi şunları açıklar: damlacık oluşumu:

Bir damla için:

Kavisli yüzey altındaki basınç

Düz bir kontura dayalı olarak sıvının yüzeyini düşünün.

Sıvının yüzeyi düz değilse, büzülme eğilimi, düz sıvıya göre basıncın eklenmesine yol açacaktır.

Dışbükey bir yüzey durumunda bu basınç pozitif, içbükey bir yüzey durumunda negatiftir.

hesaplama

küresel bir sıvı yüzey için.

Yüzey gerilimi nedeniyle, her iki yarım küre de çekilir.

Bu kuvvetler yüzeyde her iki yarım küreyi de bastırır ve ek basınca neden olur:

Yüzey eğriliği:

Geometride, herhangi bir karşılıklı dik kesit çiftinin karşılıklı eğrilik yarıçaplarının yarım toplamının aynı değere sahip olduğu kanıtlanmıştır. H :

Küre için: R 1 = R 2 = R :

Laplace, formüllerin, H ile ilave basıncın belirlendiği noktadaki yüzeyin ortalama eğriliği kastediliyorsa, herhangi bir şekle sahip bir yüzey için geçerli olduğunu kanıtladı.

Ortalama eğrilik

Laplace formülü

Ek basınç, bazen kılcal basınç olarak adlandırılan dar tüplerdeki (kılcal damarlar) sıvı seviyesini değiştirir.

Küçük cisimlerin yüzeyde yüzmesi Laplace basıncı ile açıklanır.

ıslatma

Sıvı-katı sınırındaki olayları ele alırken, iki maddenin toplam yüzey enerjisini dikkate almak gerekir.

Üç madde sınır ise: sıvı, katı ve gaz. Sonra tüm yapılandırma karşılık gelir minimum toplam enerji (yüzey, sıvı alanda).

Açı, yüzey arasındaki sağlam vücut ve sıvıya teğet - kenar açısı.

Eğer bir π/2'den daha az sıvı vücudu ıslatır.

Eğer bir π/2'den fazla sıvı vücudu ıslatmaz.

saat sıfır toplam ıslatma.

saat

tam ıslanmama.

Islanmama, meraklı fenomenlere yol açabilir: bir iğne yağa batmaz. Aynı şekilde elek su ile ıslanmıyorsa (elek iplerini parafinle kaplayın), çok su yoksa elek içinde su taşıyabilirsiniz.

kılcal fenomen

Temas açısının varlığı, kabın duvarlarına yakın sıvı yüzeyinin eğriliğine yol açar. Dar bir kılcal boruda, yüzey kavisli hale gelir.

Sıvı yüzeyi ıslatır:

Sıvı ıslanmazsa:

Sıvının yüzeyi eğri ise, yüzey gerilimi kuvvetleri sıvı üzerinde ek basınç oluşturur:

Böylece, toplam basınç eşittir:

kapiler, Laplacian basıncı.

Kılcal bir ucu bir sıvıya daldırılırsa, kılcal ıslandığında sıvı seviyesi kaptaki seviyeden daha yüksek, ıslanmadığında ise daha düşük olacaktır.

Dar borularda seviye yüksekliği değişimi - kılcallık.

kılcal damarlar ise yuvarlak bölüm, sonra:

Kılcal küçükse, tam ıslanma ile

:

R = r

Sıvı - katı ve gaz arasındaki ara maddenin toplanma durumu. Sıvılar, katıların doğal özelliklerine sahiptir - hacimlerini korumak, bir yüzey oluşturmak, şeffaflık, gerilme mukavemeti. Gazlar: Damar şeklini alır, sıçramadan sürekli gaza dönüşür.

Sadece ona özgü bir takım özellikler: Özellik - akışkanlık. Sıvılar neredeyse sıkıştırılamaz. ile sıvı testi röntgen gösterdi iç yapı katıların yapısıyla çok ortak noktaları vardır.

Sıvı parçacıkların dizilişinde, kısa menzilli sipariş .

1. Maddenin sıvı hali ve özellikleri.

2.1 Bernoulli yasası.

2.2 Pascal yasası.

2.3 Laminer sıvı akışı.

2.4 Poisel yasası.

2.5 Türbülanslı sıvı akışı.

3.1 Bir sıvının viskozitesinin ölçülmesi.

3.2 Sıvı hacmi ve akış ölçümü

1. Maddenin sıvı hali ve özellikleri.

Sıvılar, gaz halindeki ve katı maddeler arasında bir ara pozisyonda bulunur. Kaynama noktalarına yakın sıcaklıklarda sıvıların özellikleri gazların özelliklerine yaklaşır; erime noktalarına yakın sıcaklıklarda sıvıların özellikleri katıların özelliklerine yaklaşır. eğer için katılar parçacıkların katı sıralaması karakteristiktir, yüzbinlerce atomlar arası veya moleküller arası yarıçapa kadar uzanan mesafeler boyunca uzanır, daha sonra sıvı bir maddede genellikle birkaç düzineden fazla düzenli parçacık yoktur - bu, arasındaki sıralamanın gerçeğiyle açıklanır. farklı yerlerde parçacıklar sıvı madde parçacıkların termal salınımları tarafından tekrar “sürüldüğü” kadar hızlı bir şekilde ortaya çıkar. Aynı zamanda, sıvı bir maddenin parçacıklarının toplam paketleme yoğunluğu katı bir maddeninkinden çok az farklıdır - bu nedenle yoğunlukları katıların yoğunluğuna yakındır ve sıkıştırılabilirlik çok düşüktür. Örneğin, sıvı suyun kapladığı hacmi %1 azaltmak için ~ 200 atm'lik bir basınç uygulamak gerekirken, gazların hacmindeki aynı azalma 0,01 atm düzeyinde bir basınç gerektirir. Bu nedenle sıvıların sıkıştırılabilirliği, gazların sıkıştırılabilirliğinden yaklaşık 200:0.01 = 20.000 kat daha azdır.

Sıvıların kendilerine ait belirli bir hacme sahip oldukları ve bulundukları kabın şeklini aldıkları yukarıda belirtilmişti; bu özellikler gaz halindeki bir maddeden çok bir katı maddenin özelliklerine daha yakındır. Büyük yakınlık sıvı hal katı için ayrıca verilerle onaylanır standart entalpiler buharlaşma ∆Н° kullanımı ve standart füzyon entalpileri ∆Н° pl. Standart buharlaşma entalpisi, 1 mol sıvıyı 1 atm'de (101,3 kPa) buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarıdır. 1 mol buhar 1 atm'de bir sıvıya yoğunlaştığında aynı miktarda ısı açığa çıkar. 1 mol katının 1 atm'de sıvıya dönüştürülmesi için harcanan ısı miktarına standart füzyon entalpisi denir (1 atm'de 1 mol sıvı "donduğunda" ("katılaşır") aynı miktarda ısı açığa çıkar. ). ∆Н° pl'nin, ∆Н° exp'nin karşılık gelen değerlerinden çok daha az olduğu bilinmektedir; bu, geçişten beri anlaşılması kolaydır. katı hal sıvıya, sıvıdan gaz haline geçişten daha az moleküller arası çekim ihlali eşlik eder.

Sıvıların diğer bazı önemli özellikleri, gazların özelliklerini daha çok andırır. Bu nedenle, gazlar gibi sıvılar da akabilir - özelliklerine akışkanlık denir. Akışa karşı direnç viskozite tarafından belirlenir. Akışkanlık ve viskozite, sıvı moleküller arasındaki çekici kuvvetlerden, bunların bağıl moleküler ağırlıklarından ve bir dizi başka faktörden etkilenir. Sıvıların viskozitesi, gazlarınkinden ~100 kat daha fazladır. Tıpkı gazlar gibi, sıvılar da çok daha yavaş da olsa yayılabilir, çünkü sıvı parçacıklar gaz parçacıklarından çok daha yoğun bir şekilde paketlenir.

Bir sıvının en önemli özelliklerinden biri yüzey gerilimidir (bu özellik gazlarda veya katılarda bulunmaz). Bir sıvıdaki bir molekül, her taraftan düzgün moleküller arası kuvvetlere maruz kalır. Ancak sıvının yüzeyinde bu kuvvetlerin dengesi bozulur ve bunun sonucunda “yüzey” molekülleri sıvının içine yöneltilen belli bir bileşke kuvvetin etkisi altındadır. Bu nedenle sıvının yüzeyi gerilim halindedir. Yüzey gerilimi, sıvı parçacıklarının sıvının derinliğine hareketini kısıtlayan ve böylece sıvının yüzeyinin büzülmesini engelleyen minimum kuvvettir. Serbest düşen sıvı parçacıklarının "gözyaşı" şeklini açıklayan yüzey gerilimidir.

Hacim korunumu nedeniyle sıvı serbest bir yüzey oluşturabilir. Böyle bir yüzey, belirli bir maddenin faz arayüzüdür: bir tarafta sıvı faz, diğer tarafta gaz halinde (buhar) ve muhtemelen hava gibi diğer gazlar vardır. Aynı maddenin sıvı ve gaz fazları temas halindeyse, arayüz alanını azaltma eğiliminde olan kuvvetler ortaya çıkar - yüzey gerilimi kuvvetleri. Arayüz, büzülme eğiliminde olan elastik bir zar gibi davranır.

Yüzey gerilimi, sıvı moleküller arasındaki çekim ile açıklanabilir. Her molekül diğer molekülleri kendine çeker, kendilerini onlarla "çevrelemeye" ve dolayısıyla yüzeyden ayrılmaya çalışır. Buna göre, yüzey azalma eğilimindedir. Bu nedenle, kaynatma sırasında sabun köpüğü ve kabarcıkları küresel bir şekil alma eğilimindedir: belirli bir hacim için bir topun minimum bir yüzeyi vardır. Bir sıvıya yalnızca yüzey gerilimi kuvvetleri etki ederse, sıvı mutlaka küresel bir şekil alacaktır - örneğin, ağırlıksız su damlaları.

Yoğunluğu bir sıvının yoğunluğundan daha büyük olan küçük nesneler, sıvının yüzeyinde "yüzebilir", çünkü yerçekimi kuvveti, yüzey alanındaki artışı önleyen kuvvetten daha azdır.

Islanma, bir sıvının buhar varlığında katı bir yüzeyle, yani üç fazın ara yüzeyinde temas etmesiyle oluşan bir yüzey olgusudur. Islanma, bir sıvının yüzeye "yapışmasını" ve üzerine yayılmasını (veya tersine itme ve yayılmama) karakterize eder. Üç durum vardır: ıslanmama, sınırlı ıslanma ve tam ıslanma.

Karışabilirlik, sıvıların birbiri içinde çözünme yeteneğidir. Karışabilir sıvılara bir örnek: su ve etil alkol, karışmayan sıvılara bir örnek: su ve sıvı yağ.

İki karışabilir sıvı bir kapta olduğunda, termal hareketin bir sonucu olarak, moleküller yavaş yavaş ara yüzeyden geçmeye başlar ve böylece sıvılar yavaş yavaş karışır. Bu fenomene difüzyon denir (diğer kümelenme durumlarındaki maddelerde de görülür).

Bir sıvı, kaynama olmayacak şekilde kaynama noktasının üzerinde ısıtılabilir. Bu, hacim içinde önemli sıcaklık farkları olmaksızın ve titreşim gibi mekanik etkiler olmaksızın homojen ısıtma gerektirir. eğer aşırı ısıtılmış sıvı bir şey fırlat, anında kaynar. Aşırı ısıtılmış su mikrodalgaya girmek kolaydır.

Aşırı soğutma - bir sıvının katı bir agregasyon durumuna dönüşmeden donma noktasının altına soğutulması. Aşırı ısınmada olduğu gibi, aşırı soğutma da titreşim ve önemli sıcaklık dalgalanmalarının olmamasını gerektirir.

Sıvının yüzeyi denge konumundan çıkarılırsa, geri yükleme kuvvetlerinin etkisi altında yüzey denge konumuna geri dönmeye başlar. Ancak bu hareket durmaz, tersine dönüşür. salınım hareketi denge konumuna yakın ve diğer alanlara uzanır. Bu, bir sıvının yüzeyinde dalgalar oluşturur.

Geri getirme kuvveti ağırlıklı olarak yerçekimi ise, bu tür dalgalara yerçekimi dalgaları denir. Sudaki yerçekimi dalgaları her yerde görülebilir.

Geri getirme kuvveti ağırlıklı olarak bir yüzey gerilimi kuvveti ise, bu tür dalgalara kapiler denir. Bu kuvvetler karşılaştırılabilir ise, bu tür dalgalara kapiler-yerçekimi dalgaları denir. Bir sıvının yüzeyindeki dalgalar, viskozite ve diğer faktörler tarafından zayıflatılır.

Resmi olarak konuşursak, bir sıvı fazın aynı maddenin diğer fazları ile - gaz veya kristal - dengede bir arada bulunması için kesin olarak tanımlanmış koşullara ihtiyaç vardır. Bu nedenle, belirli bir basınçta kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklığa ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, doğada ve teknolojide her yerde sıvı, buhar veya katı ile birlikte bulunur. toplama durumu- örneğin, su buharlı ve genellikle buzlu su (buharı hava ile birlikte ayrı bir faz olarak kabul edersek). Bu, aşağıdaki nedenlerden kaynaklanmaktadır.

Dengesiz durum. Sıvının buharlaşması zaman alır, sıvı tamamen buharlaşana kadar buharla birlikte bulunur. Doğada, su sürekli olarak buharlaşır, ayrıca ters işlem - yoğuşma.

kapalı hacim. Kapalı bir kaptaki sıvı buharlaşmaya başlar, ancak hacim sınırlı olduğu için buhar basıncı yükselir, miktarı yeterince büyükse sıvı tamamen buharlaşmadan önce bile doymuş hale gelir. Doyma durumuna ulaşıldığında, buharlaşan sıvı miktarı yoğunlaşan sıvı miktarına eşit olur, sistem dengeye gelir. Böylece, sınırlı bir hacimde, sıvı ve buharın dengede bir arada bulunması için gerekli koşullar oluşturulabilir.

Karasal yerçekimi koşullarında atmosferin varlığı. Sıvıyı etkiler atmosfer basıncı(hava ve buhar), buhar için ise, pratik olarak sadece kısmi basıncı. Bu nedenle, yüzeyinin üzerindeki sıvı ve buhar, farklı noktalar faz diyagramında, sırasıyla sıvı fazın bulunduğu alanda ve gazın bulunduğu alanda. Bu, buharlaşmayı iptal etmez, ancak buharlaşma, her iki fazın bir arada var olduğu zaman alır. Bu koşul olmadan sıvılar çok çabuk kaynar ve buharlaşırdı.

2.1 Bernoulli yasası - ideal (yani, iç sürtünme olmadan) sıkıştırılamaz bir akışkanın durağan akışı için enerjinin korunumu yasasının bir sonucudur:

sıvının yoğunluğudur, akış hızıdır, sıvının söz konusu elemanının bulunduğu yüksekliktir, uzayda, sıvının söz konusu elemanının kütle merkezinin bulunduğu noktadaki basınçtır, serbest düşüşün hızlanması.

Sağ taraftaki sabit genellikle denir baskı yapmak, veya tam basınç ve ayrıca Bernoulli integrali. Tüm terimlerin boyutu, birim sıvı hacmi başına bir enerji birimidir.

Daniel Bernoulli tarafından 1738'de türetilen bu oran, onun adını almıştır. Bernoulli denklemi. Yatay boru için h= 0 ve Bernoulli denklemi şu şekli alır:

Bernoulli denkleminin bu formu, sabit bir yoğunlukta ρ sabit tek boyutlu bir sıvı akışı için Euler denkleminin entegre edilmesiyle elde edilebilir:

Bernoulli yasasına göre, sabit bir akışkan akışındaki toplam basınç, bu akış boyunca sabit kalır.

Tam basınç ağırlıklı (ρ gh), statik (p) ve dinamik (ρν 2/2) basınçlar.

Bernoulli yasasından, hızdaki, yani dinamik basınçtaki bir artış nedeniyle akış kesiti azaldıkça statik basıncın azaldığı sonucu çıkar. Magnus etkisinin ana nedeni budur. Bernoulli yasası laminer gaz akışları için de geçerlidir. Akış hızındaki artışla birlikte basınçta azalma olgusu, çeşitli akış ölçer türlerinin (örneğin, bir Venturi borusu), su ve buhar jet pompalarının çalışmasının temelini oluşturur. Ve Bernoulli yasasının tutarlı bir şekilde uygulanması, teknik bir hidromekanik disiplinin ortaya çıkmasına neden oldu - hidrolik.

Bernoulli yasası saf haliyle sadece viskozitesi sıfır olan sıvılar, yani borunun yüzeyine yapışmayan sıvılar için geçerlidir. Aslında, katı bir cismin yüzeyindeki bir sıvının hızının neredeyse her zaman tam olarak sıfır olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir (bazı nadir koşullar altında jet ayrımı durumları hariç).

2.2 Pascal Yasası şu şekilde formüle edilir:

Bir sıvıya (veya gaza) sınırındaki herhangi bir yerde, örneğin bir piston tarafından uygulanan basınç, değişmeden sıvının (veya gazın) tüm noktalarına iletilir.

Sıvıların ve gazların temel özellikleri- her yönde değişmeden transfer basıncı - hidrolik ve pnömatik cihazların ve makinelerin tasarımının temelidir.

Bir pistonun alanı diğerinin alanından kaç kez daha büyükse, hidrolik makine aynı sayıda güç kazancı sağlar.

2.3 Laminer akış(lat. tabaka- plaka, şerit) - bir sıvı veya gazın karışmadan ve titreşimsiz (yani hız ve basınçta rastgele hızlı değişiklikler) katmanlar halinde hareket ettiği bir akış.

Laminer akış, yalnızca Reynolds sayısının belirli bir kritik değerine kadar mümkündür ve sonrasında türbülanslı hale gelir. Reynolds sayısının kritik değeri, belirli akış tipine bağlıdır (yuvarlak bir borudaki akış, bir topun etrafındaki akış, vb.). Örneğin, yuvarlak bir borudaki akış için

Reynolds sayısı aşağıdaki ilişki ile belirlenir:

ρ ortamın yoğunluğudur, kg/m3 ;

v- karakteristik hız, m/s;

L- karakteristik boyut, m;

η - ortamın dinamik viskozitesi, N*s/m2 ;

ν - ortamın kinematik viskozitesi, m 2 / s ();

Q- hacimsel akış hızı;

A- borunun kesit alanı.

Laminer akıştan türbülanslı akışa geçiş için bir kriter olarak Reynolds sayısı ve bunun tersi de basınç akışları için nispeten iyi çalışır. Serbest akışlı akışlara geçerken, laminer ve türbülanslı rejimler arasındaki geçiş bölgesi artar ve Reynolds sayısının bir kriter olarak kullanılması her zaman doğrulanmaz. Örneğin, rezervuarlarda, Reynolds sayısının resmi olarak hesaplanan değerleri, orada laminer akış gözlemlenmesine rağmen çok yüksektir.

2.4 Denklem veya Poiseuille yasası- dairesel kesitli ince silindirik bir boruda viskoz sıkıştırılamaz bir akışkanın sabit akışında bir akışkanın akış hızını belirleyen yasa.

Kanuna göre, bir sıvının ikinci hacimsel akış hızı, borunun birim uzunluğu başına basınç düşüşü (borudaki basınç gradyanı) ve borunun yarıçapının (çapının) dördüncü kuvveti ile orantılıdır:

Q- boru hattındaki sıvı akışı;
D- boru hattı çapı;
v- boru hattı boyunca sıvı hızı;
r- boru hattının ekseninden uzaklık;
R- boru hattı yarıçapı;
p 1 − p 2 - borunun giriş ve çıkışındaki basınç farkı;
η sıvının viskozitesidir;
L- boru uzunluğu.

Poiseuille yasası sadece laminer akış için çalışır ve borunun uzunluğunun, boruda laminer akışın gelişmesi için gerekli olan ilk bölümün sözde uzunluğunu aşması şartıyla.

Poiseuille akışı, boru yarıçapı boyunca bir parabolik hız dağılımı ile karakterize edilir. Tüpün her kesitinde ortalama sürat bu bölümdeki maksimum hızın yarısı.

2.5 Tşiddetli t(Latince türbülans - çalkantılı, kaotik), elemanlarının karmaşık yörüngeler boyunca düzensiz, kararsız hareketler yaptığı, hareketli sıvı veya gaz katmanları arasında yoğun bir karışıma yol açan bir sıvı veya gaz akışının biçimi (bkz. Türbülans) . T. t. borularda, kanallarda, sınır tabakalarında katıların yanında sıvı veya gaz ile aktığı gibi sözde. serbest T. t. - jetler, bir sıvı veya gaza göre hareket eden katıların arkasındaki izler ve c.-l ile ayrılmayan farklı hızlardaki akışlar arasındaki karışım bölgeleri. sağlam duvarlar. T. t. hem karmaşık iç yapılarında (Şekil 1) hem de akış bölümü üzerindeki ortalama hızın dağılımında ve integral özelliklerinde karşılık gelen laminer akışlardan farklıdır - ortalamanın bölüme veya maks. hız, akış ve katsayı. Reynolds sayısı Re'den direnç. Borularda veya kanallarda bir termometrenin ortalama hızının profili parabolikten farklıdır. duvarlara yakın hızda daha hızlı bir artış ve merkeze doğru daha az eğrilik ile karşılık gelen laminer akışın profili. akışın parçaları (Şekil 2). Duvara yakın ince bir tabaka dışında, hız profili logaritmik bir yasa ile tanımlanır (yani hız, duvara olan mesafenin logaritmasına doğrusal olarak bağlıdır). Sürükleme katsayısı:

- duvardaki sürtünme gerilimi,
sıvının yoğunluğu,
- hızı, akış bölümü üzerindeki ortalaması) Re ile orantılıdır

Ortalama hız profili: a - laminer akış için, 6 - türbülanslı akış için.

3.1 Akışkan Viskozite Ölçümü .

Kinematik viskozite, yerçekimi etkisi altında dirençli bir sıvının akışının bir ölçüsüdür. Eşit hacimli iki sıvı aynı kılcal viskozimetrelere yerleştirildiğinde ve yerçekimi ile hareket ettiğinde, viskoz sıvının kılcal damardan akması daha uzun sürer. Bir akışkanın dışarı akması 200 saniye ve diğerinin 400 saniye sürmesi durumunda, ikinci akışkan kinematik viskozite ölçeğinde birinci akışkanın iki katı kadar viskozdur.

Bazen dinamik veya basit viskozite olarak da adlandırılan mutlak viskozite, kinematik viskozite ve sıvı yoğunluğunun ürünüdür:
Mutlak Viskozite = Kinematik Viskozite * Yoğunluk
Kinematik viskozitenin boyutu L2/T'dir, burada L uzunluk ve T zamandır). SI BİRİM kinematik viskozite - 1 cSt (santiStokes)=mm 2 /s. Mutlak viskozite, santipoise (cPoise) cinsinden ifade edilir. Mutlak viskozitenin SI BİRİMİ - milipaskal saniye 1 MPa * s = 1 cPas.

Viskoziteyi ölçmek için bir cihaza viskozimetre denir. Viskozimetreler üç ana tipte sınıflandırılabilir:

ANCAK. Kılcal viskozimetreler, kontrollü bir sıcaklıkta küçük bir delikten sabit hacimdeki sıvının akışını ölçer. Kesme hızı, kılcal çapı ve uygulanan basıncı değiştirerek yaklaşık sıfırdan 106 s -1'e kadar ölçülebilir. Kılcal viskozimetre çeşitleri ve çalışma şekilleri:
Cam kılcal viskozimetre (ASTM D 445) - Sıvı, yerçekiminin etkisi altında belirli bir çaptaki bir delikten geçer. Kayma hızı 10 s -1'den azdır. Tüm otomotiv yağlarının kinematik viskozitesi, kılcal viskozimetrelerle ölçülür.
Yüksek Basınçlı Kılcal Viskozimetre (ASTM D 4624 ve D 5481) - Sabit bir sıvı hacmi, uygulanan bir gaz basıncının etkisi altında bir çaplı cam kılcal damardan ekstrüde edilir. Kesme hızı 106 s -1'e kadar değiştirilebilir. Bu teknik, çalışan ana yataklardaki motor yağlarının viskozitesini modellemek için yaygın olarak kullanılır. Bu viskoziteye viskozite denir. Yüksek sıcaklık ve yüksek kesme (HTHS) ve 150°C'de ve 106 s -1'de ölçülür. HTHS viskozitesi ayrıca ASTM D 4683 konik yatak simülatörü ile ölçülür (aşağıya bakın).

B. Rotasyonel viskozimetreler, bir sıvının akmaya karşı direncini ölçmek için dönen bir şaft üzerinde tork kullanır. Rotasyonel viskozimetreler arasında soğuk marş simülatörü (CCS), mini rotasyonel viskozimetre (MRV), Brookfield viskozimetresi ve konik yatak simülatörü (TBS) bulunur. Rotorun boyutları, rotor ile stator duvarı arasındaki boşluk ve dönme hızı değiştirilerek kesme hızı değiştirilebilir.
Cold Scroll Simulator (ASTM D 5293) - CCS, görünür viskoziteyi 500 ila 200.000 cPas aralığında ölçer. Kesme hızı 104 ile 105 s-1 arasındadır. Normal alan Çalışma sıcaklığı- 0 ila -40°C arası. CCS, düşük sıcaklıklarda motor çalıştırma ile mükemmel bir korelasyon gösterdi. SAE J300 viskozite sınıflandırması, motor yağlarının düşük sıcaklık viskozite performansını CCS ve MRV sınırlarına göre tanımlar.

Mini Döner Viskozimetre (ASTM D 4684) - Yağ pompalanabilirlik mekanizması ile ilgili olan MRV testi, düşük kesme hızında bir ölçümdür. ana özellik yöntem - yavaş numune soğutma hızı. Numune, ısıtma, yavaş soğutma ve emprenye döngülerini içeren belirli bir termal geçmişe sahip olacak şekilde hazırlanır. MRV, bir eşik değerinden büyükse, hava girişi nedeniyle olası bir pompalama arızası sorununu gösteren görünen artık gerilimi ölçer. Belirli bir viskozitenin üzerinde (şu anda 60.000 centipoise SAE J 300 olarak tanımlanmaktadır), yağ "sınırlı akış etkisi" adı verilen bir mekanizma yoluyla pompalanabilirlik arızasına neden olabilir. Örneğin bir SAE 10W yağı, artık gerilim olmadan -30°C'de maksimum 60.000 cPas viskoziteye sahip olmalıdır. Bu yöntem ayrıca 1 ila 50 s-1 arasındaki kesme hızlarında görünen viskoziteyi de ölçer.
Brookfield viskozimetresi - düşük kesme hızlarında (102 s -1'e kadar) geniş bir aralıkta (1'den 105 Poise'a kadar) viskoziteyi belirler.
ASTM D 2983, öncelikle otomotiv dişli yağlarının, otomatik şanzıman yağlarının, hidrolik yağların ve traktör yağlarının düşük sıcaklık viskozitesini belirlemek için kullanılır. Sıcaklık - test aralığı -5 ila -40°C arasındadır.
ASTM D 5133, Brookfield Scan yöntemi, 1°C/saat sabit bir hızda soğutulduğunda bir numunenin Brookfield viskozitesini ölçer. MRV gibi, ASTM D 5133 yöntemi de bir yağın düşük sıcaklıklarda pompalanabilirliğini belirlemek için tasarlanmıştır. Bu test, numunenin 30.000 cPas viskoziteye ulaştığı sıcaklık olarak tanımlanan çekirdeklenme noktasını belirler. Çekirdeklenme indeksi ayrıca -5°C'den en düşük test sıcaklığına kadar viskozitedeki en yüksek artış oranı olarak tanımlanır. Bu yöntem, motor yağlarında uygulama bulur ve ILSAC GF-2 tarafından gereklidir. Konik Rulman Simülatörü (ASTM D 4683) - Bu teknik aynı zamanda yüksek sıcaklık ve yüksek kesmede motor yağlarının viskozitesini de ölçer (bkz. Yüksek Basınçlı Kılcal Viskozimetre). Rotor ve stator duvarı arasındaki son derece küçük boşluk nedeniyle çok yüksek kesme hızları elde edilir.

Viskozite İndeksi (VI), belirli bir sıcaklık aralığında bir yağın viskozitesindeki değişimin derecesini gösteren ampirik bir sayıdır. Yüksek bir VI, viskozitede sıcaklıkla nispeten küçük bir değişiklik anlamına gelir ve düşük bir VI, viskozitede sıcaklıkla büyük bir değişiklik anlamına gelir. Çoğu mineral baz yağın VI değeri 0 ile 110 arasındadır, ancak polimer yağı (multigrage) VI genellikle 110'u aşar.
Viskozite indeksini belirlemek için 40°C ve 100°C'de kinematik viskoziteyi belirlemek gerekir. Bundan sonra IV, ASTM D 2270 veya ASTM D 39B'ye göre tablolardan belirlenir. VI, 40°C ve 100°C'deki viskoziteden belirlendiğinden, düşük sıcaklık veya HTHS viskozitesi ile ilgili değildir. Bu değerler CCS, MRV, düşük sıcaklık Brookfield viskozimetre ve yüksek kesme viskozimetreleri kullanılarak elde edilir.
SAE, 1967'den beri motor yağlarını sınıflandırmak için IV'ü kullanmamıştır, çünkü terim teknik olarak eskidir. Bununla birlikte, Amerikan Petrol Enstitüsü API 1509 yöntemi, yağın değiştirilebilirliği ilkelerini ve viskozite ölçeğinin evrenselliğini sağlamak için çeşitli parametrelerden biri olarak VI'yı kullanan bir baz yağ sınıflandırma sistemini açıklar.

3.2 Sıvının hacminin ve akışının ölçülmesi.

Sıvıların akışını ölçmek için çeşitli çalışma prensiplerine dayanan akış ölçerler kullanılır: değişken ve sabit basınç farkı, değişken seviye, elektromanyetik, ultrasonik, girdap, termal ve türbin akış ölçerleri.

Bir maddenin miktarını ölçmek için entegratörlü veya sayaçlı akış ölçerler kullanılır. Entegratör, cihazın okumalarını sürekli olarak toplar ve maddenin miktarı, gerekli süre boyunca okumalarındaki farka göre belirlenir.

Akış ve miktarın ölçülmesi karmaşık bir iştir, çünkü ölçülen akışların fiziksel özellikleri cihazların okumalarını etkiler: yoğunluk, viskozite, akıştaki faz oranı, vb. Fiziksel özelliklerölçülen akışlar ise, esas olarak sıcaklık ve basınç olmak üzere, çalışma koşullarına bağlıdır.

Debimetrenin çalışma koşulları, kalibre edildiği koşullardan farklıysa, cihazın okumalarındaki hata izin verilen değeri önemli ölçüde aşabilir. Bu nedenle, seri üretilen cihazlar için, uygulama kapsamı için sınırlamalar oluşturulmuştur: ölçülen akışın özelliklerine göre, Maksimum sıcaklık ve basınç, sıvıdaki katı parçacıkların veya gazların içeriği vb.

Değişken basınç debimetreleri

Bu akış ölçerlerin çalışması, içinden bir sıvı veya gaz akışı geçtiğinde boru hattındaki daraltma cihazı boyunca bir basınç düşüşünün meydana gelmesine dayanır. Debi Q değiştiğinde, bu basınç düşüşünün p değeri de değişir.

Diferansiyel basınca akış dönüştürücü olarak bazı daraltma cihazları için transfer katsayısı deneysel olarak belirlenir ve değerleri özel tablolarda özetlenir. Bu tür daraltma cihazlarına standart denir.

En basit ve en yaygın daraltma cihazı diyaframdır.Standart diyafram, ortasında yuvarlak bir delik bulunan ince bir disktir. Diyaframın iletim katsayısı esasen diyaframın direncine ve özellikle deliğin giriş kenarına bağlıdır. Bu nedenle diyaframlar, ölçülen ortama kimyasal olarak dayanıklı ve mekanik aşınmaya dayanıklı malzemelerden yapılır. Diyaframın yanı sıra, boru hattında daha az hidrolik direnç oluşturan standart daraltma cihazları olarak bir Venturi nozulu ve bir Venturi borusu da kullanılır.

Değişken basınçlı diferansiyel akış ölçerin ağzı, akış hızının bir diferansiyel basınca dönüştürüldüğü bir birincil dönüştürücüdür.

Diferansiyel basınç göstergeleri, değişken basınçlı debimetreler için ara dönüştürücüler olarak hizmet eder. Diferansiyel basınç göstergeleri, darbe tüpleri ile daraltma cihazına bağlanır ve ona yakın bir yere kurulur. Bu nedenle, değişken basınçlı debimetreler genellikle ölçüm sonuçlarını operatör kalkanına iletmek için bir ara dönüştürücü ile donatılmış fark basınç göstergelerini kullanır (örneğin, diyaframlı diferansiyel basınç göstergeleri DM).

Basınç ve seviye ölçümünde olduğu gibi, diferansiyel basınç göstergelerini ölçülen ortamın agresif etkilerinden korumak için ayırma kapları ve membranlı ayırıcılar kullanılır.

Değişken basınç düşüşü sayaçlarının birincil dönüştürücülerinin bir özelliği, basınç düşüşünün akış hızına ikinci dereceden bağımlılığıdır. Akış ölçerin ölçüm cihazının okumalarının akış hızına doğrusal olarak bağlı olması için, değişken basınçlı akış ölçerlerin ölçüm devresine bir doğrusallaştırma dönüştürücüsü yerleştirilir. Böyle bir dönüştürücü, örneğin, ara dönüştürücü NP-PZ'deki bir doğrusallaştırma bloğudur. Bir diferansiyel basınç göstergesinin bir ölçüm cihazıyla (örneğin, KSD) doğrudan bağlantısıyla, ikinci dereceden karakteristikli bir model kullanılarak cihazın kendisinde doğrusallaştırma gerçekleştirilir.

Sabit Fark Basınç Debimetreleri

Bir sıvının veya gazın akış hızı, sabit bir fark basıncında da ölçülebilir. Delikten geçen akış hızı değiştiğinde sabit bir basınç düşüşünü korumak için akış bölümünün alanını otomatik olarak değiştirmek gerekir. En kolay yol, rotametredeki akış alanını otomatik olarak değiştirmektir.

Rotametre, bir şamandıra içeren dikey bir konik tüptür. Rotametreden aşağıdan yukarıya doğru geçen ölçülen akış Q, şamandıradan önce ve sonra bir basınç farkı yaratır. Bu basınç farkı, şamandıranın ağırlığını dengeleyen bir kaldırma kuvveti yaratır.

Rotametreden geçen akış değişirse, basınç düşüşü de değişecektir. Bu, kaldırmada bir değişikliğe ve sonuç olarak şamandırada bir dengesizliğe yol açacaktır. Şamandıra karıştırmaya başlayacaktır. Ve rotametrenin borusu konik olduğundan, şamandıra ile boru arasındaki boşluktaki geçiş bölümünün alanı değişecek, sonuç olarak basınç düşüşü ve dolayısıyla kaldırma kuvveti değişecektir. Basınç farkı olduğunda ve kaldırma kuvveti tekrar önceki değerlere dönecek, şamandıra dengelenecek ve duracaktır.

Böylece, Q rotametresinden geçen akışın her değeri, şamandıranın belirli bir konumuna karşılık gelir. Konik bir boru için, onunla şamandıra arasındaki halka şeklindeki boşluğun alanı, yükselişinin yüksekliğiyle orantılı olduğundan, rotametre ölçeği tekdüzedir.

Endüstri, cam ve metal borulu rotametreler üretmektedir. Cam tüplü rotametrelerde ölçek doğrudan tüpün yüzeyine basılır. Metal bir borudaki bir şamandıranın konumunun uzaktan ölçümü için, birleşik bir elektrik veya pnömatik sinyalde ara doğrusal yer değiştirme dönüştürücüler kullanılır.

Elektrik çıkış sinyali olan rotametrelerde, diferansiyel transformatör transdüserinin pistonu şamandıra ile birlikte hareket eder. Pnömatik çıkış sinyaline sahip akış ölçerler, şamandıra konumunu vericiye iletmek için manyetik bir bağlantı kullanır. iki oluşur kalıcı mıknatıslar. Biri - çift - şamandıra ile birlikte hareket eder, diğeri, basınçlı hava basınç dönüştürücüsüne yer değiştirme koluna monte edilmiş, ilk mıknatıstan sonra kol ile birlikte hareket eder.

Son derece agresif ortamların akışını ölçmek için rotametreler de mevcuttur. Rotametreler, buharlı ısıtma için bir ceket ile birlikte verilir. Kristalleşen ortamın akışını ölçmek için tasarlanmıştır.

Değişken Seviyeli Debimetreler

Hidrolikten, sıvı tankın altındaki delikten serbestçe akıyorsa, akış hızı Q ile tanktaki H seviyesinin birbirine bağlı olduğu bilinmektedir. Bu nedenle, tanktaki seviyeye göre, ondan gelen akışı değerlendirebilirsiniz.

Bu ilke, değişken seviyeli debimetrelerin çalışmasının temelidir. Buradaki birincil dönüştürücünün rolünün, tankın kendisi tarafından altta bir delik olduğu açıktır. Böyle bir dönüştürücünün çıkış sinyali, tanktaki seviyedir. Bu nedenle, dikkate alınan seviye göstergelerinden herhangi biri, değişken seviyeli akış ölçerin ölçüm devresinin bir ara dönüştürücüsü olarak hizmet edebilir.

Değişken seviye ölçerler, atmosfer basıncında tanklara boşaltıldıklarında agresif ve kirli sıvıların akışını ölçmek için yaygın olarak kullanılır.

Elektromanyetik akış ölçerler

Elektromanyetik akış ölçerlerin çalışması yasaya dayanmaktadır. elektromanyetik indüksiyon, buna göre bir manyetik alanda hareket eden bir iletkende e indüklenecektir. d.s., iletkenin hızıyla orantılıdır. Elektromanyetik akış ölçerlerde, bir iletkenin rolü, boru hattı 1 içinden akan ve bir elektromıknatısın 2 manyetik alanını 3 geçen elektriksel olarak iletken bir sıvı tarafından gerçekleştirilir. Bu durumda, sıvıda bir e indüklenecektir. d.s. U, hareketinin hızıyla orantılıdır, yani sıvının akış hızı.

Böyle bir birincil dönüştürücünün çıkış sinyali, boru hattı duvarına yerleştirilmiş iki yalıtılmış elektrot 4 ve 6 tarafından alınır. Elektrotların her iki tarafındaki boru hattı bölümü, indüklenen e'nin şöntlenmesini önlemek için elektrik yalıtımı 7 ile kaplanmıştır. d.s. sıvı ve boru hattı duvarından.

Elektromanyetik akış ölçerler için ölçülen ortamın agresiflik derecesi, borunun yalıtım malzemesi ve birincil dönüştürücünün elektrotları tarafından belirlenir. Akış ölçerlerde bu amaçla kauçuk, aside dayanıklı emaye ve floroplastik kullanılmaktadır. Agresif ortamlara karşı en dirençli olanı, floroplastik yalıtım kaplaması ve grafitleştirilmiş floroplast elektrotları olan bir akış ölçerdir.

Debimetrelerin çalışması sırasında cihazın sıfır ve kalibrasyonu en az haftada bir olmak üzere periyodik olarak kontrol edilmelidir. Birincil dönüştürücüyü kontrol etmek için ölçülen sıvı ile doldurulur. Daha sonra ölçüm ünitesinin ön panelinde bulunan çalışma modu anahtarı "Ölçüm" konumuna getirilir ve "Sıfır" potansiyometresi ile ölçüm cihazının ibresi sıfıra ayarlanır. Anahtar "Kalibrasyon" konumuna getirildiğinde, cihazın oku %100'de durmalıdır. Aksi takdirde ok, "Kalibrasyon" potansiyometresi tarafından bu işarete getirilir.

Elektromanyetik akış ölçerlerin ayırt edici bir özelliği, bölgede ek basınç kayıplarının olmamasıdır. ölçümler. Bunun nedeni, boruya çıkıntı yapan parçaların olmamasıdır. Bu tür akış ölçerlerin özellikle değerli bir özelliği, diğer akış ölçer türlerinin aksine, agresif, aşındırıcı ve viskoz sıvıların ve bulamaçların akış hızını ölçme yeteneğidir.

Ultrasonik akış ölçerler

Bu akış ölçerlerin çalışması, sıvı içinde ultrasonun yayılma hızının ve sıvı akışının kendisinin hızının eklenmesine dayanır. Akış ölçerin ultrasonik darbelerinin vericisi ve alıcısı, boru hattının ölçüm bölümünün uçlarında bulunur. Elektronik ünite, bir darbe üreteci ve darbenin verici ile alıcı arasındaki mesafeyi kat etmesi için bir zaman ölçer içerir.

Çalışmaya başlamadan önce debimetre, debisi ölçülecek olan sıvı ile doldurulur ve darbenin durgun bir ortamda bu mesafeyi kat etmesi için geçen süre belirlenir. Akış hareket ettiğinde, hızı ultrason hızıyla artacak ve bu da nabız seyahat süresinde bir azalmaya yol açacaktır. Blokta birleşik bir akım sinyaline dönüştürülen bu sefer, akış hızı ne kadar küçükse, yani Q tüketimi o kadar büyük olacaktır.

Ultrasonik akış ölçerler, elektromanyetik akış ölçerlerle aynı avantajlara sahiptir ve ayrıca iletken olmayan sıvıların akışını da ölçebilirler.

girdap metre

Bu tür akış ölçerlerin çalışması, bir akış aerodinamik olmayan bir gövdeyle karşılaştığında girdapların oluşmasına dayanır. Akış ölçerin çalışması sırasında girdaplar, akış boyunca yer alan gövdenin karşıt taraflarından dönüşümlü olarak ayrılır. Girdap ayırma frekansı, akış hızıyla, yani hacimsel akış hızı Q ile doğru orantılıdır. Girdap bölgesinde akış hızı artar ve basınç düşer. Bu nedenle, girdapların oluşum frekansı, örneğin elektrik çıkışı bir frekans ölçere beslenen bir basınç göstergesi ile ölçülebilir.

Termal akış ölçerler

Termal akış ölçer, ölçülen akışla birlikte borunun 4 dışına monte edilen bir ısıtıcı 1 ve iki sıcaklık sensöründen 2 ve 3 oluşur. saat sabit güçısıtıcı, akış tarafından ondan alınan ısı miktarı da sabit olacaktır. Bu nedenle, Q akış hızındaki bir artışla, sıcaklık sensörleri 3 ve 2 tarafından ölçülen sıcaklık farkı ile belirlenen akışın ısınması azalacaktır. 4. borudan geçirilen kısım Q1. Bu boru, bir boğucu 6 ile donatılmış boru hattının 5. bölümünü şönt eder akış hızı ölçülebilir (aynı ısıtıcı gücünde).

Türbin metre

Bu tür akış ölçerlerde ölçülen akış, yataklarda dönen bir çarkı çalıştırır. Çarkın dönüş hızı, akış hızı, yani akış hızı Q ile orantılıdır. Çarkın dönüş hızını ölçmek için, muhafazası manyetik olmayan bir malzemeden yapılmıştır. Muhafazanın dışına bir diferansiyel transformatör konvertörü monte edilmiştir ve türbin kanatlarından birinde bir ferromanyetik malzemeden bir kenar yapılmıştır. Bu kanat dönüştürücünün yanından geçtiğinde, endüktif reaktansı değişir ve Q akış hızıyla orantılı bir frekansla, sekonder sargılardaki U out gerilimi değişir. Ölçüm aleti Böyle bir akış ölçer, voltaj değişimlerinin frekansını ölçen bir frekans ölçerdir.

Hız sayaçları

Bu sayaçlar tasarım olarak türbin debimetrelerine benzer. Aralarındaki fark, türbinin dönüş hızının akış ölçerlerde ölçülmesi ve devir sayısının metre cinsinden ölçülmesi ve daha sonra metreden geçen sıvı miktarına dönüştürülmesidir. bizi ilgilendiren zaman aralığı, örneğin, aylık.

1. Maddenin sıvı hali ve özellikleri.

2.1 Bernoulli yasası.

2.2 Pascal yasası.

2.3 Laminer sıvı akışı.

2.4 Poisel yasası.

2.5 Türbülanslı sıvı akışı.

3.1 Bir sıvının viskozitesinin ölçülmesi.

3.2 Sıvı hacmi ve akış ölçümü

1. Maddenin sıvı hali ve özellikleri.

Sıvılar, gaz halindeki ve katı maddeler arasında bir ara pozisyonda bulunur. Kaynama noktalarına yakın sıcaklıklarda sıvıların özellikleri gazların özelliklerine yaklaşır; erime noktalarına yakın sıcaklıklarda sıvıların özellikleri katıların özelliklerine yaklaşır. Katı maddeler, yüzbinlerce atomlar arası veya moleküller arası yarıçaplara kadar uzanan katı bir parçacık sıralaması ile karakterize edilirse, sıvı bir maddede genellikle birkaç düzineden fazla düzenli parçacık yoktur - bu şu şekilde açıklanır: bir sıvı maddenin farklı yerlerindeki parçacıklar arasındaki sıralamanın da hızlı bir şekilde ortaya çıkması. , parçacıkların termal titreşimiyle yine "bulaşmış". Aynı zamanda, sıvı bir maddenin parçacıklarının toplam paketleme yoğunluğu katı bir maddeninkinden çok az farklıdır - bu nedenle yoğunlukları katıların yoğunluğuna yakındır ve sıkıştırılabilirlik çok düşüktür. Örneğin, sıvı suyun kapladığı hacmi %1 azaltmak için ~ 200 atm'lik bir basınç uygulamak gerekirken, gazların hacmindeki aynı azalma 0,01 atm düzeyinde bir basınç gerektirir. Bu nedenle sıvıların sıkıştırılabilirliği, gazların sıkıştırılabilirliğinden yaklaşık 200:0.01 = 20.000 kat daha azdır.

Sıvıların kendilerine ait belirli bir hacme sahip oldukları ve bulundukları kabın şeklini aldıkları yukarıda belirtilmişti; bu özellikler gaz halindeki bir maddeden çok bir katı maddenin özelliklerine daha yakındır. Sıvı halin katı hale yakınlığı, standart buharlaşma entalpileri ∆Н° exp ve standart erime entalpileri ∆Н° pl hakkındaki verilerle de doğrulanır. Standart buharlaşma entalpisi, 1 mol sıvıyı 1 atm'de (101,3 kPa) buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarıdır. 1 mol buhar 1 atm'de bir sıvıya yoğunlaştığında aynı miktarda ısı açığa çıkar. 1 mol katının 1 atm'de sıvıya dönüştürülmesi için harcanan ısı miktarına standart füzyon entalpisi denir (1 atm'de 1 mol sıvı "donduğunda" ("katılaşır") aynı miktarda ısı açığa çıkar. ). ∆Н° pl'nin, anlaşılması kolay olan ∆Н° exp'nin karşılık gelen değerlerinden çok daha az olduğu bilinmektedir, çünkü katıdan sıvı duruma geçişe, moleküller arası çekimin bir katıdan daha küçük bir ihlali eşlik eder. sıvı halden gaz hale geçiş.

Karışabilirlik, sıvıların birbiri içinde çözünme yeteneğidir. Karışabilir sıvılara bir örnek: su ve etil alkol, karışmayan sıvılara bir örnek: su ve sıvı yağ.

Bir sıvı, kaynama olmayacak şekilde kaynama noktasının üzerinde ısıtılabilir. Bu, hacim içinde önemli sıcaklık farkları olmaksızın ve titreşim gibi mekanik etkiler olmaksızın homojen ısıtma gerektirir. Kızgın bir sıvının içine bir şey atılırsa anında kaynar. Aşırı ısıtılmış su mikrodalgaya girmek kolaydır.

Sıvının yüzeyi denge konumundan çıkarılırsa, geri yükleme kuvvetlerinin etkisi altında yüzey denge konumuna geri dönmeye başlar. Ancak bu hareket durmaz, denge konumuna yakın bir yerde salınımlı bir harekete dönüşür ve diğer alanlara yayılır. Bu, bir sıvının yüzeyinde dalgalar oluşturur.

Geri getirme kuvveti ağırlıklı olarak yerçekimi ise, bu tür dalgalara yerçekimi dalgaları denir. Sudaki yerçekimi dalgaları her yerde görülebilir.

Resmi olarak konuşursak, bir sıvı fazın aynı maddenin diğer fazları ile - gaz veya kristal - dengede bir arada bulunması için kesin olarak tanımlanmış koşullara ihtiyaç vardır. Bu nedenle, belirli bir basınçta kesin olarak tanımlanmış bir sıcaklığa ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, doğada ve teknolojide, her yerde sıvı, buharla veya katı bir agregasyon durumuyla bir arada bulunur - örneğin, su buharlı ve genellikle buzlu su (buharı hava ile birlikte ayrı bir faz olarak kabul edersek). Bu, aşağıdaki nedenlerden kaynaklanmaktadır.

Dengesiz durum. Sıvının buharlaşması zaman alır, sıvı tamamen buharlaşana kadar buharla birlikte bulunur. Doğada, su sürekli olarak buharlaşır, ayrıca ters işlem - yoğuşma.

Karasal yerçekimi koşullarında atmosferin varlığı. Atmosferik basınç bir sıvıya (hava ve buhar) etki ederken, buhar için pratik olarak sadece kısmi basıncı dikkate alınmalıdır. Bu nedenle, sıvı ve yüzeyinin üzerindeki buhar, sırasıyla sıvı fazın bulunduğu bölgede ve gazın bulunduğu bölgede, faz diyagramında farklı noktalara karşılık gelir. Bu, buharlaşmayı iptal etmez, ancak buharlaşma, her iki fazın bir arada var olduğu zaman alır. Bu koşul olmadan sıvılar çok çabuk kaynar ve buharlaşırdı.

2.1 Bernoulli yasası - ideal (yani, iç sürtünme olmadan) sıkıştırılamaz bir akışkanın durağan akışı için enerjinin korunumu yasasının bir sonucudur:

sıvı yoğunluğu,

akış hızı,

Söz konusu akışkan elemanın bulunduğu yükseklik,

Söz konusu akışkan elemanın kütle merkezinin uzayda bulunduğu noktadaki basınç,

Yerçekimi ivmesi.

Sağ taraftaki sabit genellikle denir baskı yapmak, veya tam basınç ve ayrıca Bernoulli integrali. Tüm terimlerin boyutu, birim sıvı hacmi başına bir enerji birimidir.

Daniel Bernoulli tarafından 1738'de türetilen bu oran, onun adını almıştır. Bernoulli denklemi. Yatay boru için h= 0 ve Bernoulli denklemi şu şekli alır:

Bernoulli denkleminin bu formu, sabit bir yoğunlukta ρ sabit tek boyutlu bir sıvı akışı için Euler denkleminin entegre edilmesiyle elde edilebilir:

Bernoulli yasasına göre, sabit bir akışkan akışındaki toplam basınç, bu akış boyunca sabit kalır.

Tam basınç ağırlıklı (ρ gh), statik (p) ve dinamik (ρν 2/2) basınçlar.

2.2 Pascal Yasasışu şekilde formüle edilir:

D Bir sıvıya (veya gaza) sınırındaki herhangi bir yerde, örneğin bir piston tarafından uygulanan basınç, değişmeden sıvının (veya gazın) tüm noktalarına iletilir.

Sıvıların ve gazların temel özellikleri- her yönde değişmeden transfer basıncı - hidrolik ve pnömatik cihazların ve makinelerin tasarımının temelidir.

Sıvı halin genel özellikleri

İlgili Makaleler