Հեղուկներ, ինչպես կառուցված է: Հեղուկներ և նյութի հեղուկ վիճակ: Հեղուկների և ամորֆ մարմինների կառուցվածքները նման են.

Հեղուկներկոչվում են նյութեր, որոնք նորմալ պայմաններում գտնվում են ագրեգացման հեղուկ վիճակում։ Ըստ արտաքին նշանների, այս վիճակը բնութագրվում է հեղուկի տվյալ մասի համար հաստատուն ծավալի առկայությամբ, հեղուկությամբ, աստիճանաբար գոլորշիանալու ունակությամբ: Հեղուկի ճիշտ ձևը գնդիկն է (կաթիլ), որը մակերևութային լարվածության ազդեցության տակ հեղուկ է ձևավորում։ Դա հնարավոր է ձգողականության բացակայության դեպքում։ Կաթիլներն առաջանում են հեղուկի ազատ անկման ժամանակ, իսկ տարածության մեջ տիեզերանավ, անկշռության պայմաններում հեղուկի զգալի ծավալը կարող է գնդակի տեսք ստանալ։ Հանգիստ վիճակում հեղուկը տարածվում է մակերեսի վրա կամ լրացնում է ցանկացած նավի ծավալը։ Անօրգանական նյութերից հեղուկներից են ջուրը, բրոմը, սնդիկը և մի քանի կայուն անջուր թթուներ (ծծմբային, ֆտորաջրածին և այլն)։ Օրգանական միացությունների մեջ շատ են հեղուկները՝ ածխաջրածիններ, սպիրտներ, թթուներ և այլն։ Օրգանական միացությունների գրեթե բոլոր հոմոլոգ շարքերը պարունակում են հեղուկներ։ Սառչելիս գազերն անցնում են հեղուկ վիճակի, իսկ տաքանալիս՝ մետաղներ, կայուն աղեր, մետաղների օքսիդներ։

Հեղուկները, ըստ իրենց բաղկացուցիչ մասնիկների բնույթի, կարելի է դասակարգել ատոմային (հեղուկացված ազնիվ գազեր), մոլեկուլային (ամենատարածված հեղուկներ), մետաղական (հալած մետաղներ), իոնային (հալած աղեր, մետաղների օքսիդներ): Բացի առանձին նյութերից, հեղուկ վիճակում են հեղուկների խառնուրդները և հեղուկների լայն տեսականի նյութերի լուծույթները: Հեղուկների մեջ ամենամեծ գործնական արժեքը ջուրն է, որը որոշվում է որպես կենսաբանական լուծիչի իր յուրահատուկ դերով։ Քիմիայի և կիրառական ոլորտներում հեղուկները, գազերի հետ մեկտեղ, առավել կարևոր են որպես նյութերի բոլոր տեսակի փոխակերպման գործընթացների իրականացման համար: Հեղուկներն օգտագործվում են նաև խողովակների միջոցով ջերմություն փոխանցելու համար, հիդրավլիկ սարքերում՝ որպես աշխատանքային հեղուկ, որպես մեքենամասերի շարժվող քսանյութ։

Նյութի հեղուկ վիճակում մասնիկները գտնվում են իրենց վան դեր Վալսի շառավիղների գումարին մոտ հեռավորությունների վրա։ Մոլեկուլների պոտենցիալ էներգիան դառնում է բացասական՝ կապված գազում նրանց էներգիայի հետ։ Գազային վիճակին անցնելու ժամանակ այն հաղթահարելու համար մոլեկուլներին անհրաժեշտ է կինետիկ էներգիա, որը մոտավորապես հավասար է պոտենցիալ էներգիային։ Հետևաբար, նյութը գտնվում է հեղուկ վիճակում այն ​​ջերմաստիճանի միջակայքում, որտեղ միջին կինետիկ էներգիան մոտավորապես հավասար է փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիային կամ դրանից ցածր, բայց չի ընկնում զրոյի:

որտեղ էլ -բնական լոգարիթմների հիմքը; R -ունիվերսալ գազի հաստատուն; AN isp - հեղուկի գոլորշիացման մոլային ջերմություն; Լ -հաստատուն՝ կախված հեղուկի հատկություններից։

Հավասարման վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ հեղուկի գոլորշու ճնշումը արագորեն բարձրանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, քանի որ ջերմաստիճանը գտնվում է բացասական ցուցիչի հայտարարի մեջ: Հավասարումը (7.13) բավականին ճշգրիտ է կատարվում, պայմանով, որ ջերմաստիճանը զգալիորեն ցածր է տվյալ նյութի գոլորշու կրիտիկական ջերմաստիճանից:

Հասնելով այն ջերմաստիճանին, որի դեպքում հեղուկի գոլորշիների ճնշումը հավասարվում է մթնոլորտային ճնշմանը, հեղուկը եռում է։ Սա ենթադրում է, որ հեղուկի մակերևույթի վերևում օդ կա: Եթե ​​հեղուկը փակ անոթի մեջ է, օրինակ՝ գլանում, մխոցով, որն արտադրում է մթնոլորտային ճնշմանը հավասար (101,3 կՊա), ապա երբ հեղուկը տաքացվում է մինչև եռման կետը, հեղուկի վերևում գոլորշին դեռ չի առաջացել։

Գազի և հեղուկի մոլեկուլների մեջ կան և՛ ավելի արագ, և՛ դանդաղ մոլեկուլներ՝ համեմատած դրանց շարժման միջին արագության։ Արագ մոլեկուլները հաղթահարում են ձգողականությունը և ազատ ծավալի առկայության դեպքում անցնում գազային փուլ։ Գոլորշիացման ժամանակ ավելի արագ մոլեկուլների կորստի պատճառով հեղուկը սառչում է։ Փակ ծավալով հեղուկի մակերևույթի վերևում սահմանվում է որոշակի գոլորշու ճնշում, որը կախված է հեղուկի բնույթից և ջերմաստիճանից։ Կախվածությունն արտահայտվում է էքսպոնենցիալ հավասարմամբ։ Երբ եռման կետը գերազանցվի, գոլորշի կհայտնվի, այսինքն. գազի փուլը, և մխոցը կսկսի բարձրանալ ջերմության մատակարարման և գոլորշու ծավալի մեծացման հետ (նկ. 7.4):

Բրինձ. 7.4.

Ջրի եռման կետից ցածր եռացող հեղուկները սովորաբար կոչվում են ցնդող.Բաց տարայից դրանք արագ գոլորշիանում են։ 20-22 ° C եռման կետում նյութն իրականում պարզվում է, որ սահմանագիծ է ցնդող հեղուկի և հեշտությամբ հեղուկացող գազի միջև: Նման նյութերի օրինակներ են ացետալդեհիդը CH 3 CHO (բալե = 21 ° C) և ջրածնի ֆտորիդը HF (բալե = 19,4 ° C):

Հեղուկների գործնականում կարևոր ֆիզիկական բնութագրերը, բացի եռման կետից, են սառեցման կետը, գույնը, խտությունը, մածուցիկության ինդեքսը, բեկման ինդեքսը։ Միատարր միջավայրերի համար, ինչպիսիք են հեղուկները, բեկման ինդեքսը հեշտությամբ չափվում է և ծառայում է հեղուկի նույնականացմանը: Հեղուկների որոշ հաստատուններ տրված են աղյուսակում: 7.3.

Տվյալ նյութի հեղուկ, պինդ և գազային փուլերի հավասարակշռությունը պատկերված է հետևյալ կերպ կարգավիճակի դիագրամներ.Նկ. 7.5-ում ներկայացված է ջրի վիճակի դիագրամ: Վիճակի դիագրամը գրաֆիկ է, որը ցույց է տալիս հագեցած գոլորշիների ճնշման կախվածությունը հեղուկ ջրի և սառույցի ջերմաստիճանից (կորեր ՕԱև OV)և ջրի հալման կետի կախվածությունը ճնշումից (կոր ՕՀ):Սառույցի վրա թեթև գոլորշու ճնշման առկայությունը (կոր OV)նշանակում է, որ սառույցը կարող է գոլորշիանալ (սուբլիմացվել), եթե օդում ջրի գոլորշու ճնշումը փոքր է սառույցի վերևում գտնվող հավասարակշռության ճնշումից: Կետավոր գիծ, ​​որը շարունակում է կորը ՕԱ O կետից ձախ, համապատասխանում է գերսառեցված ջրի վրա գոլորշիների ճնշմանը: Այս ճնշումը գերազանցում է գոլորշիների ճնշումը սառույցի վրա նույն ջերմաստիճանում: Հետևաբար, գերսառեցված ջուրը անկայուն է և կարող է ինքնաբերաբար վերածվել սառույցի: Երբեմն ցուրտ եղանակին նկատվում է անձրեւի երեւույթ, որի կաթիլները պինդ մակերեսին բախվելիս վերածվում են սառույցի։ Մակերեւույթի վրա առաջանում է սառցե ընդերք։ Հարկ է նշել, որ այլ հեղուկներ նույնպես կարող են լինել անկայուն գերսառեցված վիճակում։

Որոշ գործնականորեն կարևոր հեղուկներ

Անուն		Խտությունը p, գ / սմ 3 (20 ° С)	բեկման ինդեքս, u (20 ° C,
Ջրածնի ֆտորիդ
Ծծմբական թթու	ժ 2 ուրեմն 4
Ձևային
Քացախաթթու
Գլիցերին
Տստրաքլորիդ Ածխածին
Քլորոֆորմ
Նիտրոբենզոլ	գ գ ii 5 թիվ 2

Բրինձ. 75.

Կորերը դիագրամը բաժանում են երեք դաշտի՝ ջուր, սառույց և գոլորշու: Դիագրամի յուրաքանչյուր կետը ներկայացնում է համակարգի որոշակի վիճակը: Դաշտերի ներսում կետերը համապատասխանում են ջրի գոյությանը երեք փուլերից միայն մեկում։ Օրինակ, 60 ° C ջերմաստիճանում և 50 k11a ճնշման դեպքում ջուրը գոյություն ունի միայն հեղուկ վիճակում: Կետերը ընկած են կորերի վրա OA, OVև ՕՀ,համապատասխանում է երկու փուլերի միջև եղած հավասարակշռությանը: Օրինակ՝ կորի երկայնքով ջերմաստիճաններում և ճնշումներում ՕԱջուրն ու գոլորշին հավասարակշռված են. 0,61 կՊա և 0,01 ° C կոորդինատներով երեք կորերի O հատման կետը համապատասխանում է ջրի երեք փուլերի՝ սառույցի, հեղուկ ջրի և նրա գոլորշիների միջև հավասարակշռությանը: Սա այսպես կոչված ջրի եռակի կետ... Նշված ջերմաստիճանը 0,01 ° C-ով բարձր է 0 ° C ջրի նորմալ սառեցման կետից՝ 101,3 կՊա ճնշման համեմատ: Սրանից հետևում է, որ արտաքին ճնշման բարձրացմամբ ջրի սառեցման կետը նվազում է։ Տանք ևս մեկ միավոր՝ 615 ատմ (6,23-10 4 կՊա) ճնշման դեպքում ջրի սառեցման կետը իջնում ​​է մինչև -5 ° C։

Իրար խառնվելու ունակությամբ հեղուկները կտրուկ տարբերվում են գազերից։ Հեղուկներում, ի տարբերություն գազերի, կարևոր դեր են խաղում միջմոլեկուլային փոխազդեցությունները։ Հետևաբար, միայն այդպիսի հեղուկներն են խառնվում միմյանց հետ ցանկացած հարաբերակցությամբ, որոնք բավական մոտ են միջմոլեկուլային փոխազդեցության էներգիայի առումով: Օրինակ՝ ջրի մոլեկուլների միջև գործում են ոչ միայն Վայդերվաալական ուժեր, այլև առաջանում են ջրածնային կապեր։ Այդ պատճառով ջրի հետ խառնվում են տարբեր հեղուկներ, որոնց մոլեկուլները կարող են նաև ջրածնային կապեր տալ ջրի հետ՝ ֆտորաջրածինը, թթվածին պարունակող բազմաթիվ թթուներ, սպիրտների հոմոլոգ շարքի ստորին ներկայացուցիչներ, ացետոն և այլն։ Հեղուկներ, որոնք ջրածնային կապեր չեն առաջացնում։ կամ կանխել ջրի մոլեկուլների միջև նման կապերի ձևավորումը, չխառնվել ջրի հետ, բայց դրանք կարող են այս կամ այն ​​կերպ, այսինքն. սահմանափակ,լուծարել. Այսպիսով, չորս կամ ավելի ածխածնի ատոմներից բաղկացած ռադիկալներով սպիրտները սահմանափակ լուծվում են ջրում, քանի որ ռադիկալները, լինելով ջրի մոլեկուլների միջև, խանգարում են ջրածնային կապերի ձևավորմանը և դուրս են մղվում ջրի ծավալից:

Հեղուկների ներքին կառուցվածքը բնութագրվում է ինչպես մոլեկուլների համեմատաբար ազատ փոխադարձ շարժումով, այնպես էլ կառուցվածքի տեսքով, որը հեղուկը մոտեցնում է պինդ վիճակին։ Վերևում ասվեց, որ ռենտգենյան ճառագայթները ցրված են բյուրեղներում դասավորված ատոմների վրա: Ցրման ինտենսիվության առավելագույն չափերը հայտնվում են բյուրեղի ներսում գտնվող ատոմների կողմից ձևավորված հարթության վրա սկզբնական ճառագայթի անկման որոշակի անկյուններում: Ռենտգենյան ճառագայթների ցրումը տեղի է ունենում նաև հեղուկների մեջ: Մի փոքր անկման անկյունում, որը համապատասխանում է սերտորեն բաժանված ատոմների կողմից ցրմանը, առաջանում է առավելագույնը, որը ցույց է տալիս կարգի առկայությունը ատոմի անմիջական միջավայրում: Այնուամենայնիվ, երբ անկման անկյունը մեծանում է, առավելագույնը արագորեն քայքայվում է, ինչը ցույց է տալիս հեռավոր ատոմների կանոնավոր դասավորվածության բացակայությունը: Այսպիսով, կարելի է ասել հեղուկների մասին, որոնք դրանք պարունակում են կարճաժամկետ պատվեր,Առանց հեռահար պատվեր.

Հեղուկների կառուցվածքը հայտնաբերվում է տարբեր ֆիզիկական հատկությունների ուսումնասիրությամբ: Հայտնի է, օրինակ, որ երբ սառչում է մինչև 4 ° C, ջուրը դառնում է ավելի խիտ, և հետագա սառչումից հետո այն նորից սկսում է ընդլայնվել: Դա պայմանավորված է ավելի բաց կառուցվածքի ձևավորմամբ, որը համապատասխանում է մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերի ուղղությանը: Սառչելուց հետո այդ կապերը վերջնականապես կայունանում են, ինչը բխում է սառույցի խտության նվազումից։

Հեղուկները միջանկյալ են գազային և պինդ նյութերի միջև։ Եռման կետին մոտ ջերմաստիճանում հեղուկների հատկությունները մոտենում են գազերին. հալման կետերին մոտ ջերմաստիճաններում հեղուկների հատկությունները մոտենում են պինդ մարմինների հատկություններին: Եթե ​​պինդ նյութերին բնորոշ են մասնիկների խիստ դասավորությունը՝ տարածվելով մինչև հարյուր հազար միջատոմային կամ միջմոլեկուլային շառավիղների վրա, ապա հեղուկ նյութում սովորաբար մի քանի տասնյակ պատվիրված մասնիկներ չեն լինում, դա բացատրվում է փաստով. Այդ կարգը հեղուկ նյութի տարբեր վայրերում մասնիկների միջև նույնպես արագ է առաջանում, քանի որ այն կրկին «լվանում» է մասնիկների ջերմային թրթռանքից։ Միևնույն ժամանակ, հեղուկ նյութի մասնիկների ընդհանուր փաթեթավորման խտությունը քիչ է տարբերվում պինդ նյութից, հետևաբար, դրանց խտությունը մոտ է պինդ մարմինների խտությանը, իսկ սեղմելիությունը շատ ցածր է: Օրինակ, հեղուկ ջրի զբաղեցրած ծավալը 1%-ով նվազեցնելու համար անհրաժեշտ է ~ 200 ատմ ճնշում, մինչդեռ գազերի ծավալի նույն նվազման համար անհրաժեշտ է մոտ 0,01 ատմ ճնշում։ Հետևաբար հեղուկների սեղմելիությունը մոտավորապես 200 է՝ 0,01 = 20000 անգամ ավելի քիչ, քան գազերի սեղմելիությունը։

Վերևում նշվեց, որ հեղուկներն ունեն որոշակի ծավալ և ունենում են անոթի ձև, որում գտնվում են. այս հատկությունները շատ ավելի մոտ են պինդ նյութի հատկություններին, քան գազային: Հեղուկ վիճակի մոտիկությունը պինդ նյութին հաստատում են նաև գոլորշիացման ∆Н ° ev ստանդարտ էնթալպիաների և ∆Н ° pl հալման ստանդարտ էթալպիաների մասին տվյալները։ Գոլորշիացման ստանդարտ էթալպիակոչվում է ջերմության քանակություն, որն անհրաժեշտ է 1 ատմ (101,3 կՊա) 1 մոլ հեղուկը գոլորշու վերածելու համար։ Նույն քանակությամբ ջերմություն է արտանետվում 1 մոլ գոլորշի 1 ատմ-ով հեղուկի մեջ խտացնելու ժամանակ։ Ջերմության քանակությունը, որը ծախսվում է 1 մոլը պինդ նյութը 1 ատմ-ում հեղուկի վերածելու վրա, կոչվում է հալման ստանդարտ էթալպիա(նույն քանակությամբ ջերմություն է արձակվում 1 ատմ 1 մոլ հեղուկի «սառեցման» («պինդացման») ժամանակ): Հայտնի է, որ ∆H ° pl-ը շատ ավելի քիչ է, քան ∆H ° ep-ի համապատասխան արժեքները, ինչը հեշտ է հասկանալ, քանի որ պինդ վիճակից հեղուկի անցումը ուղեկցվում է միջմոլեկուլային ձգողության ավելի քիչ խախտմամբ, քան անցումը: հեղուկից մինչև գազային վիճակ.

Հեղուկների մի շարք այլ կարևոր հատկություններ ավելի շատ նման են գազերի հատկություններին: Այսպիսով, ինչպես գազերը, հեղուկները կարող են հոսել. այս հատկությունը կոչվում է հեղուկություն: Հոսքի նկատմամբ դիմադրությունը որոշվում է մածուցիկությամբ: Հեղուկության և մածուցիկության վրա ազդում են հեղուկ մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերը, նրանց հարաբերական մոլեկուլային քաշը և մի շարք այլ գործոններ։ Հեղուկների մածուցիկությունը 100 անգամ գերազանցում է գազերին: Ինչպես գազերը, հեղուկները կարող են ցրվել, թեև շատ ավելի դանդաղ, քանի որ հեղուկ մասնիկները շատ ավելի խիտ են, քան գազի մասնիկները:

Հեղուկի ամենակարևոր հատկություններից մեկը նրա մակերեսային լարվածություն(այս հատկությունը բնորոշ չէ ոչ գազերին, ոչ պինդ մարմիններին): Միջմոլեկուլային ուժերը հավասարապես գործում են հեղուկի մոլեկուլի վրա բոլոր կողմերից: Սակայն հեղուկի մակերեսին այդ ուժերի հավասարակշռությունը խախտվում է, և արդյունքում «մակերեսային» մոլեկուլները գտնվում են հեղուկի մեջ ուղղված որոշակի արդյունք ուժի ազդեցության տակ։ Այդ պատճառով հեղուկի մակերեսը գտնվում է լարված վիճակում։ Մակերեւութային լարվածությունԱյն նվազագույն ուժն է, որը զսպում է հեղուկի մասնիկների շարժումը դեպի հեղուկի խորություն և դրանով իսկ թույլ չի տալիս հեղուկի մակերեսը կծկվել: Հենց մակերևութային լարվածությունն է բացատրում ազատ թափվող հեղուկ մասնիկների «կաթիլային» ձևը։

Հեղուկի հիմնական հատկությունը, որը նրան տարբերում է այլ ագրեգատային վիճակներից, իր ձևը անորոշ ժամանակով փոխելու ունակությունն է շոշափող մեխանիկական սթրեսների ազդեցության տակ, նույնիսկ կամայականորեն փոքր, մինչդեռ գործնականում պահպանելով ծավալը: Հեղուկ վիճակում գտնվող նյութը գոյություն ունի որոշակի ջերմաստիճանի միջակայքում, որից ցածր այն անցնում է պինդ վիճակի (բյուրեղացում կամ փոխակերպում պինդ ամորֆ վիճակի` ապակի), վերևում` գազային վիճակի (տեղի է ունենում գոլորշիացում): Այս միջակայքի սահմանները կախված են ճնշումից:

3.1 Հեղուկների ֆիզիկական հատկություններ.

ü Հեղուկություն(Հիմնական հատկությունը. Ի տարբերություն պլաստիկ պինդ մարմինների, հեղուկը չունի զիջման կետ. բավական է կամայականորեն փոքր արտաքին ուժ կիրառել, որպեսզի հեղուկը հոսի։

ü Ծավալի պահպանում.Հեղուկի բնորոշ հատկություններից մեկն այն է, որ այն ունի որոշակի ծավալ (արտաքին մշտական ​​պայմաններում): Հեղուկը չափազանց դժվար է սեղմել մեխանիկորեն, քանի որ, ի տարբերություն գազի, մոլեկուլների միջև շատ քիչ ազատ տարածություն կա: Հեղուկները սովորաբար մեծանում են (ընդլայնվում) տաքանալիս և փոքրանում (կծկվում), երբ սառչում են:

ü Մածուցիկություն.Բացի այդ, հեղուկները (ինչպես գազերը) մածուցիկ են։ Այն սահմանվում է որպես մյուս մասերից մեկի շարժմանը դիմակայելու ունակություն, այսինքն՝ որպես ներքին շփման: Երբ հեղուկի հարակից շերտերը շարժվում են միմյանց նկատմամբ, անխուսափելիորեն տեղի է ունենում մոլեկուլների բախում, ի լրումն դրա, ինչը պայմանավորված է: ջերմային շարժմանը: Անոթի հեղուկը, շարժման մեջ դրված և ինքն իրեն թողած, աստիճանաբար կդադարի, բայց նրա ջերմաստիճանը կբարձրանա:

ü Ազատ մակերեսի ձևավորում և մակերեսային լարվածությունԾավալի պահպանման շնորհիվ հեղուկը կարողանում է ազատ մակերես կազմել։ Նման մակերեսը տվյալ նյութի փուլերի միջերեսն է՝ մի կողմում կա հեղուկ փուլ, մյուսում՝ գազային փուլ (գոլորշի), եթե նույն նյութի հեղուկ և գազային փուլերը շփվում են, ուժեր են առաջանում։ որոնք հակված են նվազեցնել միջերեսի տարածքը՝ մակերևութային լարվածության ուժեր... Միջերեսը իրեն պահում է որպես առաձգական թաղանթ, որը հակված է կծկվել:

ü Գոլորշիացում և խտացում

ü Եռում

ü Թրջվելը- մակերեսային երևույթ, որը տեղի է ունենում, երբ հեղուկը շփվում է պինդ մակերեսի հետ գոլորշու առկայության դեպքում, այսինքն՝ երեք փուլերի միջերեսներում:

ü Միախառնելիություն- հեղուկների միմյանց մեջ լուծվելու ունակությունը. Խառնվող հեղուկների օրինակ՝ ջուր և էթիլային սպիրտ, չխառնվողի օրինակ՝ ջուր և հեղուկ յուղ։

ü Դիֆուզիոն.Երբ նավի մեջ կան երկու խառն հեղուկներ, մոլեկուլները ջերմային շարժման արդյունքում սկսում են աստիճանաբար անցնել միջերեսով, և այդպիսով հեղուկներն աստիճանաբար խառնվում են։ Այս երևույթը կոչվում է դիֆուզիա (այն հանդիպում է նաև ագրեգացման այլ վիճակներում գտնվող նյութերում)։

ü Գերտաքացում և հիպոթերմիա.Հեղուկը կարելի է տաքացնել եռման կետից բարձր, որպեսզի եռում չառաջանա։ Սա պահանջում է միատեսակ ջեռուցում, առանց զգալի ջերմաստիճանի տատանումների ծավալի ներսում և առանց մեխանիկական ազդեցությունների, ինչպիսիք են թրթռումները: Եթե ​​ինչ-որ բան գցեք գերտաքացած հեղուկի մեջ, այն անմիջապես եռում է։ Գերտաքացած ջուրը հեշտությամբ կարելի է ձեռք բերել միկրոալիքային վառարանում:Գերհովացումը հեղուկի սառեցումն է սառեցման կետից ցածր՝ առանց ագրեգացման պինդ վիճակի վերածվելու:

1. Նյութի հեղուկ վիճակն ու հատկությունները:

2.1 Բեռնուլիի օրենքը.

2.2 Պասկալի օրենքը.

2.3 Հեղուկների շերտավոր հոսք:

2.4 Պուազելի օրենքը.

2.5 Հեղուկների բուռն հոսք:

3.1 Հեղուկի մածուցիկության չափում.

3.2 Հեղուկի ծավալի և հոսքի արագության չափում

1. Նյութի հեղուկ վիճակն ու հատկությունները:

Հեղուկները միջանկյալ են գազային և պինդ նյութերի միջև։ Եռման կետին մոտ ջերմաստիճանում հեղուկների հատկությունները մոտենում են գազերին. հալման կետերին մոտ ջերմաստիճաններում հեղուկների հատկությունները մոտենում են պինդ մարմինների հատկություններին: Եթե ​​պինդ նյութերին բնորոշ են մասնիկների խիստ դասավորությունը՝ տարածվելով մինչև հարյուր հազար միջատոմային կամ միջմոլեկուլային շառավիղների վրա, ապա հեղուկ նյութում սովորաբար մի քանի տասնյակ պատվիրված մասնիկներ չեն լինում, դա բացատրվում է փաստով. Այդ կարգը հեղուկ նյութի տարբեր վայրերում մասնիկների միջև նույնպես արագ է առաջանում, քանի որ այն կրկին «լվանում» է մասնիկների ջերմային թրթռանքից։ Միևնույն ժամանակ, հեղուկ նյութի մասնիկների ընդհանուր փաթեթավորման խտությունը քիչ է տարբերվում պինդ նյութից, հետևաբար, դրանց խտությունը մոտ է պինդ մարմինների խտությանը, իսկ սեղմելիությունը շատ ցածր է: Օրինակ, հեղուկ ջրի զբաղեցրած ծավալը 1%-ով նվազեցնելու համար անհրաժեշտ է ~ 200 ատմ ճնշում, մինչդեռ գազերի ծավալի նույն նվազման համար անհրաժեշտ է մոտ 0,01 ատմ ճնշում։ Հետևաբար հեղուկների սեղմելիությունը մոտավորապես 200 է՝ 0,01 = 20000 անգամ ավելի քիչ, քան գազերի սեղմելիությունը։

Վերևում նշվեց, որ հեղուկներն ունեն որոշակի ծավալ և ունենում են անոթի ձև, որում գտնվում են. այս հատկությունները շատ ավելի մոտ են պինդ նյութի հատկություններին, քան գազային: Հեղուկ վիճակի մոտիկությունը պինդ նյութին հաստատում են նաև գոլորշիացման ∆Н ° ev ստանդարտ էնթալպիաների և ∆Н ° pl հալման ստանդարտ էթալպիաների մասին տվյալները։ Գոլորշացման ստանդարտ էթալպիան ջերմության քանակն է, որն անհրաժեշտ է 1 մոլ հեղուկը գոլորշու վերածելու համար 1 ատմ (101,3 կՊա): Նույն քանակությամբ ջերմություն է արտանետվում 1 մոլ գոլորշի 1 ատմ-ով հեղուկի մեջ խտացնելու ժամանակ։ Ջերմության քանակությունը, որը ծախսվում է 1 մոլը պինդ նյութը 1 ատմ-ում հեղուկի վերածելու վրա, կոչվում է հալման ստանդարտ էնթալպիա (նույն քանակությամբ ջերմություն է արձակվում 1 մոլ հեղուկի «սառեցման» («պինդացման») ժամանակ 1-ում։ բանկոմատ): Հայտնի է, որ ∆H ° pl-ը շատ ավելի քիչ է, քան ∆H ° ep-ի համապատասխան արժեքները, ինչը հեշտ է հասկանալ, քանի որ պինդ վիճակից հեղուկի անցումը ուղեկցվում է միջմոլեկուլային ձգողության ավելի քիչ խախտմամբ, քան անցումը: հեղուկից մինչև գազային վիճակ.

Հեղուկների մի շարք այլ կարևոր հատկություններ ավելի շատ նման են գազերի հատկություններին: Այսպիսով, ինչպես գազերը, հեղուկները կարող են հոսել. այս հատկությունը կոչվում է հեղուկություն: Հոսքի նկատմամբ դիմադրությունը որոշվում է մածուցիկությամբ: Հեղուկության և մածուցիկության վրա ազդում են հեղուկ մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերը, նրանց հարաբերական մոլեկուլային քաշը և մի շարք այլ գործոններ։ Հեղուկների մածուցիկությունը 100 անգամ գերազանցում է գազերին: Ինչպես գազերը, հեղուկները կարող են ցրվել, թեև շատ ավելի դանդաղ, քանի որ հեղուկ մասնիկները շատ ավելի խիտ են, քան գազի մասնիկները:

Հեղուկի ամենակարևոր հատկություններից մեկը նրա մակերևութային լարվածությունն է (այս հատկությունը բնորոշ չէ ոչ գազերին, ոչ պինդ մարմիններին): Միջմոլեկուլային ուժերը հավասարապես գործում են հեղուկի մոլեկուլի վրա բոլոր կողմերից: Սակայն հեղուկի մակերեսին այդ ուժերի հավասարակշռությունը խախտվում է, և արդյունքում «մակերեսային» մոլեկուլները գտնվում են հեղուկի մեջ ուղղված որոշակի արդյունք ուժի ազդեցության տակ։ Այդ պատճառով հեղուկի մակերեսը գտնվում է լարված վիճակում։ Մակերեւութային լարվածությունը նվազագույն ուժն է, որը զսպում է հեղուկ մասնիկների շարժումը դեպի հեղուկի խորություն և դրանով իսկ թույլ չի տալիս հեղուկի մակերեսը կծկվել: Հենց մակերևութային լարվածությունն է բացատրում ազատ թափվող հեղուկ մասնիկների «կաթիլային» ձևը։

Ծավալի պահպանման շնորհիվ հեղուկը կարողանում է ազատ մակերես կազմել։ Նման մակերեսը տվյալ նյութի փուլերի միջերեսն է. մի կողմում կա հեղուկ փուլ, մյուս կողմից՝ գազային (գոլորշի), հնարավոր է նաև այլ գազեր, օրինակ՝ օդ։ Եթե ​​նույն նյութի հեղուկ և գազային փուլերը շփվում են, առաջանում են ուժեր, որոնք հակված են նվազեցնելու միջերեսի տարածքը` մակերևութային լարվածության ուժերը: Միջերեսը իրեն պահում է որպես առաձգական թաղանթ, որը հակված է կծկվել:

Մակերեւութային լարվածությունը կարելի է բացատրել հեղուկի մոլեկուլների միջեւ ձգողականությամբ։ Յուրաքանչյուր մոլեկուլ ձգում է այլ մոլեկուլներ, ձգտում է իրեն «շրջապատել» դրանցով և, հետևաբար, հեռանալ մակերեսից։ Ըստ այդմ, մակերեսը հակված է նեղանալ: Հետևաբար, երբ եռալը, օճառի փուչիկները և փուչիկները հակված են գնդաձև ձև ստանալ. տվյալ ծավալի համար գնդակն ունի նվազագույն մակերես: Եթե ​​հեղուկի վրա գործեն միայն մակերևութային լարվածության ուժերը, ապա այն անպայման գնդաձև ձև կստանա, օրինակ՝ ջրի կաթիլներ զրոյական գրավիտացիայի մեջ:

Հեղուկի խտությունից բարձր խտությամբ փոքր առարկաները կարող են «լողալ» հեղուկի մակերևույթի վրա, քանի որ ձգողականության ուժն ավելի քիչ է, քան այն ուժը, որը կանխում է մակերեսի մեծացումը:

Թրջումը մակերևութային երևույթ է, որը տեղի է ունենում, երբ հեղուկը շփվում է պինդ մակերեսի հետ գոլորշու առկայության դեպքում, այսինքն՝ երեք փուլերի միջերեսներում: Թրջվելը բնութագրում է հեղուկի «կպչունությունը» մակերեսին և դրա վրա տարածվելը (կամ հակառակը՝ վանում և չտարածելը)։ Կան երեք դեպքեր՝ չթրջվող, սահմանափակ թրջող և ամբողջական թրջում։

Միախառնելիությունը հեղուկների միմյանց մեջ լուծվելու հատկությունն է: Խառնվող հեղուկների օրինակ՝ ջուր և էթիլային սպիրտ, չխառնվողի օրինակ՝ ջուր և հեղուկ յուղ։

Երբ նավի մեջ կան երկու խառն հեղուկներ, մոլեկուլները ջերմային շարժման արդյունքում սկսում են աստիճանաբար անցնել միջերեսով, և այդպիսով հեղուկներն աստիճանաբար խառնվում են։ Այս երևույթը կոչվում է դիֆուզիա (այն հանդիպում է նաև ագրեգացման այլ վիճակներում գտնվող նյութերում)։

Հեղուկը կարելի է տաքացնել եռման կետից բարձր, որպեսզի եռում չառաջանա։ Սա պահանջում է միատեսակ ջեռուցում, առանց զգալի ջերմաստիճանի տատանումների ծավալի ներսում և առանց մեխանիկական ազդեցությունների, ինչպիսիք են թրթռումները: Եթե ​​ինչ-որ բան գցեք գերտաքացած հեղուկի մեջ, այն անմիջապես եռում է։ Գերտաքացած ջուրը հեշտ է մուտք գործել միկրոալիքային վառարան:

Subcooling - հեղուկի սառեցում սառեցման կետից ցածր՝ առանց ագրեգացման պինդ վիճակի վերածվելու։ Ինչպես գերտաքացման դեպքում, հիպոթերմիան պահանջում է թրթռումների բացակայություն և ջերմաստիճանի զգալի փոփոխություններ:

Եթե ​​հեղուկի մակերեսի մի հատվածը տեղափոխում ենք հավասարակշռության դիրքից, ապա վերականգնող ուժերի ազդեցության տակ մակերեսը սկսում է հետ շարժվել դեպի հավասարակշռության դիրք։ Այս շարժումը, սակայն, չի դադարում, այլ հավասարակշռության դիրքի մոտ վերածվում է տատանողական շարժման և տարածվում այլ տարածքներում։ Ահա թե ինչպես են ալիքները հայտնվում հեղուկի մակերեսին։

Եթե ​​վերականգնող ուժը հիմնականում ձգողականությունն է, ապա այդպիսի ալիքները կոչվում են գրավիտացիոն ալիքներ։ Գրավիտացիոն ալիքներջրի վրա ամենուր կարելի է տեսնել:

Եթե ​​վերականգնող ուժը հիմնականում մակերեսային լարվածության ուժն է, ապա նման ալիքները կոչվում են մազանոթ։ Եթե ​​այս ուժերը համադրելի են, ապա այդպիսի ալիքները կոչվում են մազանոթ-գրավիտացիոն ալիքներ։ Հեղուկի մակերևույթի ալիքները թուլանում են մածուցիկության և այլ գործոնների պատճառով:

Ֆորմալ առումով, հեղուկ փուլի հավասարակշռության համակեցության համար նույն նյութի այլ փուլերի՝ գազային կամ բյուրեղային, պահանջվում են խիստ սահմանված պայմաններ: Այսպիսով, տվյալ ճնշման դեպքում անհրաժեշտ է խիստ սահմանված ջերմաստիճան։ Այնուամենայնիվ, բնության մեջ և տեխնոլոգիայի մեջ ամենուր հեղուկը գոյակցում է գոլորշու կամ նաև պինդ ագրեգացիայի հետ, օրինակ՝ ջուրը ջրային գոլորշիով և հաճախ սառույցով (եթե գոլորշին դիտարկենք որպես առանձին փուլ, որն առկա է օդի հետ միասին։ ): Դա պայմանավորված է հետևյալ պատճառներով.

Ոչ հավասարակշռված վիճակ. Հեղուկի գոլորշիացման համար ժամանակ է պահանջվում, մինչև հեղուկն ամբողջությամբ գոլորշիանա, այն գոյակցում է գոլորշու հետ։ Բնության մեջ անընդհատ տեղի է ունենում ջրի գոլորշիացում, ինչպես նաև հակառակ գործընթացը՝ խտացում։

Փակ ծավալ. Փակ անոթի հեղուկը սկսում է գոլորշիանալ, բայց քանի որ ծավալը սահմանափակ է, գոլորշիների ճնշումը բարձրանում է, այն հագեցնում է նույնիսկ մինչև հեղուկը ամբողջությամբ գոլորշիանալը, եթե դրա քանակը բավականաչափ մեծ էր։ Երբ հասնում է հագեցվածության վիճակին, գոլորշիացված հեղուկի քանակը հավասարվում է խտացրած հեղուկի քանակին, համակարգը գալիս է հավասարակշռության։ Այսպիսով, սահմանափակ ծավալով կարող են սահմանվել հեղուկի և գոլորշու հավասարակշռված գոյակցության համար անհրաժեշտ պայմաններ։

Պայմաններում մթնոլորտի առկայություն երկրի ձգողականությունը... Ազդում է հեղուկի վրա Մթնոլորտային ճնշում(օդ և գոլորշու), մինչդեռ գոլորշու համար գրեթե միայն այն մասնակի ճնշում... Հետևաբար, հեղուկը և գոլորշին դրա մակերևույթի վերևում համապատասխանում են տարբեր կետերփուլային դիագրամի վրա՝ համապատասխանաբար հեղուկ փուլի և գազային փուլի գոյության շրջանում։ Սա չի վերացնում գոլորշիացումը, բայց գոլորշիացումը ժամանակ է պահանջում, որի ընթացքում երկու փուլերն էլ գոյակցում են: Առանց այս պայմանի հեղուկները շատ արագ եռում և գոլորշիանում են:

2.1 Բեռնուլիի օրենքը.էներգիայի պահպանման օրենքի հետևանք է իդեալական (այսինքն՝ առանց ներքին շփման) չսեղմվող հեղուկի անշարժ հոսքի համար.

Հեղուկի խտությունը,

Հոսքի արագություն,

Բարձրությունը, որի վրա գտնվում է դիտարկվող հեղուկ տարրը,

Ճնշումը տարածության այն կետում, որտեղ գտնվում է դիտարկվող հեղուկ տարրի զանգվածի կենտրոնը,

Ձգողության արագացում.

Աջ կողմի հաստատունը սովորաբար կոչվում է ճնշում, կամ լրիվ ճնշում, ինչպես նաև Բեռնուլիի ինտեգրալով... Բոլոր տերմինների չափը էներգիայի միավորն է հեղուկի միավորի ծավալի համար:

Այս հարաբերակցությունը, որը եզրակացրել է Դանիել Բերնուլին 1738 թվականին, կոչվել է նրա անունով Բեռնուլիի հավասարումը... Հորիզոնական խողովակի համար հ= 0 և Բեռնուլիի հավասարումը ստանում է ձևը.

.

Բեռնուլիի հավասարման այս ձևը կարելի է ստանալ՝ ինտեգրելով Էյլերի հավասարումը անշարժ միաչափ հեղուկի հոսքի համար, հաստատուն ρ խտությամբ:

.

Բեռնուլիի օրենքի համաձայն, հեղուկի կայուն հոսքում ընդհանուր ճնշումը մնում է անփոփոխ այս հոսքի երկայնքով:

Ընդհանուր ճնշումբաղկացած է կշռվածից (ρ ղ), ստատիկ (p) և դինամիկ (ρν 2/2) ճնշումներ։

Բեռնուլիի օրենքից բխում է, որ հոսքի խաչմերուկի նվազման դեպքում արագության մեծացման, այսինքն՝ դինամիկ ճնշման պատճառով ստատիկ ճնշումը նվազում է։ Սա է Մագնուսի էֆեկտի հիմնական պատճառը։ Բեռնուլիի օրենքը գործում է նաև լամինար գազի հոսքերի համար։ Հոսքի արագության բարձրացմամբ ճնշման նվազման երևույթը ընկած է տարբեր տեսակի հոսքաչափերի (օրինակ՝ Վենտուրի խողովակ), ջրի և գոլորշու ռեակտիվ պոմպերի աշխատանքի հիմքում։ Իսկ Բեռնուլիի օրենքի հետեւողական կիրառումը հանգեցրեց տեխնիկական հիդրոմեխանիկական դիսցիպլինի՝ հիդրոտեխնիկայի առաջացմանը։

Բեռնուլիի օրենքը իր մաքուր տեսքով վավեր է միայն այն հեղուկների համար, որոնց մածուցիկությունը զրոյական է, այսինքն՝ այն հեղուկների համար, որոնք չեն կպչում խողովակի մակերեսին։ Փաստորեն, փորձնականորեն հաստատվել է, որ հեղուկի արագությունը պինդ մարմնի մակերևույթի վրա գրեթե միշտ ուղիղ զրոյական է (բացառությամբ որոշ հազվադեպ պայմաններում շիթային անջատման դեպքերի)։

2.2 Պասկալի օրենք ձևակերպված է հետևյալ կերպ.

Հեղուկի (կամ գազի) վրա գործադրվող ճնշումը նրա սահմանի ցանկացած վայրում, օրինակ՝ մխոցով, փոխանցվում է անփոփոխ հեղուկի (կամ գազի) բոլոր կետերին։

Հեղուկների և գազերի հիմնական հատկությունը- ճնշում փոխանցել առանց բոլոր ուղղություններով փոխելու, հիդրավլիկ և օդաճնշական սարքերի և մեքենաների նախագծման հիմքն է:

Քանի՞ անգամ է մեկ մխոցի մակերեսը մեծ մյուսի մակերեսից, նույնքան անգամ է, որ հիդրավլիկ մեքենան հզորություն է տալիս:

2.3 Լամինար հոսք(լատ. լամինա- ափսե, շերտ) - հոսք, որի ընթացքում հեղուկը կամ գազը շարժվում են շերտերով, առանց խառնվելու և պուլսացիաների (այսինքն՝ արագության և ճնշման պատահական արագ փոփոխություններ):

Շերտավոր հոսքը հնարավոր է միայն մինչև Ռեյնոլդսի թվի որոշակի կրիտիկական արժեքը, որից հետո այն դառնում է տուրբուլենտ։ Ռեյնոլդսի թվի կրիտիկական արժեքը կախված է հոսքի կոնկրետ տեսակից (հոսք կլոր խողովակում, հոսք գնդակի շուրջ և այլն): Օրինակ, կլոր խողովակի մեջ հոսքի համար

Ռեյնոլդսի թիվը որոշվում է հետևյալ հարաբերությամբ.

ρ-ն միջավայրի խտությունն է, կգ / մ 3;

v- բնորոշ արագություն, մ / վ;

Լ- բնորոշ չափս, մ;

η - միջավայրի դինամիկ մածուցիկություն, N * s / m 2;

ν-ը միջավայրի կինեմատիկական մածուցիկությունն է, m 2 / վ ();

Ք- ծավալային հոսքի արագություն;

Ախողովակի խաչմերուկի տարածքն է:

Ռեյնոլդսի թիվը՝ որպես շերտավոր հոսքից տուրբուլենտին անցնելու չափանիշ և հակառակը, համեմատաբար լավ է աշխատում ճնշման հոսքերի համար: Ազատ հոսքերի անցման հետ մեկտեղ լամինար և տուրբուլենտ ռեժիմների միջև անցումային գոտին մեծանում է, և Ռեյնոլդսի թվի օգտագործումը որպես չափանիշ միշտ չէ, որ օրինական է: Օրինակ, ջրամբարներում Ռեյնոլդսի թվի պաշտոնապես հաշվարկված արժեքները շատ մեծ են, չնայած այնտեղ նկատվում է շերտավոր հոսք:

2.4 Հավասարումկամ Պուազեի օրենքը- օրենքը, որը որոշում է հեղուկի հոսքի արագությունը շրջանաձև լայնական կտրվածքի բարակ գլանաձև խողովակի մեջ մածուցիկ չսեղմվող հեղուկի կայուն հոսքի ժամանակ:

Օրենքի համաձայն, հեղուկի երկրորդ ծավալային հոսքի արագությունը համաչափ է խողովակի մեկ միավորի երկարության ճնշման անկմանը (խողովակի մեջ ճնշման գրադիենտ) և խողովակի շառավիղի (տրամագծի) չորրորդ ուժին.

• Ք- խողովակաշարում հեղուկի հոսքի արագությունը.
• Դ- խողովակաշարի տրամագիծը;
• v- հեղուկի արագությունը խողովակաշարի երկայնքով;
• r- հեռավորությունը խողովակաշարի առանցքից;
• Ռ- խողովակաշարի շառավիղը;
• էջ 1 − էջ 2 - խողովակի մուտքի և ելքի ճնշման տարբերությունը.
• η-ն հեղուկի մածուցիկությունն է.
• Լ- խողովակի երկարությունը.

Պուազեի օրենքը գործում է միայն շերտավոր հոսքի համար և պայմանով, որ խողովակի երկարությունը գերազանցում է սկզբնական հատվածի այսպես կոչված երկարությունը, որն անհրաժեշտ է խողովակի մեջ շերտավոր հոսքի զարգացման համար։

Poiseuille հոսքը բնութագրվում է պարաբոլիկ արագության բաշխմամբ խողովակի շառավղով: Խողովակի յուրաքանչյուր խաչմերուկում Միջին արագությունըայս հատվածում առավելագույն արագության կեսը:

2.5 Տբուռն Տհոսք (լատիներեն turbulentus - կատաղի, անկարգ), հեղուկի կամ գազի հոսքի ձև, որի դեպքում դրանց տարրերը կատարում են անկանոն, անկայուն շարժումներ բարդ հետագծերի երկայնքով, ինչը հանգեցնում է շարժվող հեղուկի կամ գազի շերտերի ինտենսիվ խառնմանը (տես Անհանգիստ ): Առավել մանրակրկիտ ուսումնասիրված T. t. Խողովակներում, ալիքներում, հեղուկի կամ գազի հոսքի պինդ մարմինների մոտ գտնվող սահմանային շերտերում, ինչպես նաև այսպես կոչված. ազատ T. t. - շիթեր, հեղուկի կամ գազի նկատմամբ շարժվող պինդ մարմինների հետքեր և տարբեր արագության հոսքերի միջև խառնվող գոտիներ, որոնք չեն բաժանվում c.-l-ով: ամուր պատեր. T. t. Տարբերվում են համապատասխան շերտավոր հոսքերից և՛ իրենց բարդ ներքին կառուցվածքով (նկ. 1), և՛ միջինացված արագության բաշխվածությամբ հոսքի խաչմերուկում և ինտեգրալ բնութագրերով՝ միջինի կախվածությունը խաչմերուկից կամ առավելագույնը: արագությունը, հոսքի արագությունը, ինչպես նաև գործակիցը: դիմադրություն Ռե համարի Ռեյ-նոլդներից: T. t.-ի միջին արագության պրոֆիլը խողովակներում կամ ալիքներում տարբերվում է պարաբոլիկից: համապատասխան շերտային հոսքի պրոֆիլը պատերի մոտ արագության ավելի արագ աճով և դեպի կենտրոն ավելի փոքր կորություն: հոսքի մի մասը (նկ. 2): Բացառությամբ պատի մոտ գտնվող բարակ շերտի, արագության պրոֆիլը նկարագրվում է լոգարիթմական օրենքով (այսինքն՝ արագությունը գծայինորեն կախված է պատին հեռավորության լոգարիթմից): Դիմադրության գործակիցը.

Շփման սթրես պատի վրա,
- հեղուկի խտությունը,
նրա արագությունն է՝ միջինացված հոսքի խաչմերուկում) հարաբերակցությամբ կապված է Re-ի հետ

Միջին արագության պրոֆիլը՝ ա - լամինար, 6 - տուրբուլենտ հոսքի համար։

3.1 Հեղուկի մածուցիկության չափում .

Կինեմատիկական մածուցիկությունը ծանրության ազդեցության տակ դիմադրող հեղուկի հոսքի չափումն է։ Երբ երկու հավասար ծավալի հեղուկներ տեղադրվում են միանման մազանոթային մածուցիկ սարքերում և շարժվում են ձգողականության ուժով, մածուցիկ հեղուկը մազանոթով հոսելու համար ավելի երկար ժամանակ է պահանջում: Եթե ​​մի հեղուկի արտահոսքի համար պահանջվում է 200 վայրկյան, իսկ մյուսինը՝ 400 վայրկյան, ապա երկրորդ հեղուկը երկու անգամ ավելի մածուցիկ է, քան առաջինը կինեմատիկական մածուցիկության սանդղակի վրա։

Բացարձակ մածուցիկությունը, որը երբեմն կոչվում է դինամիկ կամ պարզ մածուցիկություն, հեղուկի կինեմատիկական մածուցիկության և խտության արդյունքն է.
Բացարձակ մածուցիկություն = կինեմատիկական մածուցիկություն * խտություն
Կինեմատիկական մածուցիկության չափը L 2 / T է, որտեղ L-ը երկարությունն է, իսկ T-ն՝ ժամանակը): Կինեմատիկական մածուցիկության SI միավորը 1 cSt (centiStokes) = մմ 2 / վ է: Բացարձակ մածուցիկությունը արտահայտվում է ցենտիպոիզով (cPoise): Բացարձակ մածուցիկության SI միավորը միլիպասկալ-վայրկյան է 1 mPa * s = 1 cP:

Մածուցիկության չափման գործիքը կոչվում է մածուցիկաչափ։ Վիսկոմետրերը կարելի է դասակարգել երեք հիմնական տեսակի.

Ա... Մազանոթային մածուցիկաչափերը չափում են հեղուկի ֆիքսված ծավալի հոսքի արագությունը փոքր բացվածքով վերահսկվող ջերմաստիճանում: Կտրման արագությունը կարող է չափվել մոտ զրոյից մինչև 106 վ-1՝ փոխելով մազանոթի տրամագիծը և կիրառվող ճնշումը: Մազանոթային մածուցիկաչափերի տեսակները և դրանց շահագործման ռեժիմները.
Ապակե մազանոթային մածուցիկաչափ (ASTM D 445) - Հեղուկն անցնում է կոմպլեկտի տրամագծի բացվածքով` ձգողականության ազդեցության տակ: Կտրման արագությունը 10 վ-1-ից պակաս է: Բոլոր ավտոմոբիլային յուղերի կինեմատիկական մածուցիկությունը չափվում է մազանոթային մածուցիկաչափերով:
Բարձր ճնշման մազանոթային մածուցիկաչափ (ASTM D 4624 և D 5481) - հեղուկի ֆիքսված ծավալը սեղմվում է տրամագծով ապակե մազանոթի միջով կիրառվող գազի ճնշման ներքո: Կտրման արագությունը կարող է փոխվել մինչև 106 վ -1: Այս տեխնիկան սովորաբար օգտագործվում է աշխատանքային հիմնական առանցքակալներում շարժիչային յուղերի մածուցիկությունը մոդելավորելու համար: Այս մածուցիկությունը կոչվում է մածուցիկություն at բարձր ջերմաստիճանիև բարձր կտրվածք (HTHS) և չափված 150 ° C և 106 վրկ -1: HTHS մածուցիկությունը չափվում է նաև կոնաձև կրող սիմուլյատորով՝ ASTM D 4683 (տես ստորև):

Բ... Պտտվող մածուցիկաչափերն օգտագործում են պտտվող լիսեռի ոլորող մոմենտը՝ հեղուկի հոսքի դիմադրությունը չափելու համար: Պտտվող մածուցիկաչափերը ներառում են Cold Cranking Simulator (CCS), Mini Rotational Viscometer (MRV), Brookfield Viscometer և Tapered Bearing Simulator (TBS): Կտրման արագությունը կարող է փոխվել՝ փոխելով ռոտորի չափերը, ռոտորի և ստատորի պատի միջև եղած բացը և արագությունը:
Սառը գլանվածքի սիմուլյատոր (ASTM D 5293) - CCS-ն չափում է ակնհայտ մածուցիկությունը 500-ից մինչև 200,000 cP միջակայքում: Կտրման արագությունը 104-ից 105 s -1 է: Նորմալ աշխատանքային ջերմաստիճանի միջակայքը 0-ից -40 ° C է: CCS-ը ցույց տվեց գերազանց հարաբերակցություն ցածր ջերմաստիճանում շարժիչի գործարկման հետ: SAE J300 մածուցիկության դասակարգումը սահմանում է շարժիչային յուղերի ցածր ջերմաստիճանի մածուցիկության արդյունավետությունը CCS և MRV սահմաններում:

Մինի պտտվող մածուցիկաչափ (ASTM D 4684) - MRV թեստը, որը կապված է նավթի մղման մեխանիզմի հետ, չափում է ցածր կտրվածքի արագությամբ: Մեթոդի հիմնական առանձնահատկությունը նմուշի դանդաղ սառեցման արագությունն է: Նմուշը պատրաստված է հատուկ ջերմային պատմություն ունենալու համար, որը ներառում է ջեռուցման, դանդաղ սառեցման և ներծծման ցիկլեր: MRV-ն չափում է ակնհայտ մնացորդային լարումը, որը, եթե շեմային արժեքից մեծ է, ցույց է տալիս պոմպի հնարավոր ձախողման խնդիրը՝ կապված օդի ներթափանցման հետ: Որոշակի մածուցիկությունից բարձր (ներկայումս սահմանվում է որպես 60,000 cP SAE J 300-ի կողմից), նավթը կարող է առաջացնել մղման խափանում «սահմանափակ հոսքի էֆեկտ» կոչվող մեխանիզմի միջոցով: SAE 10W յուղը, օրինակ, պետք է ունենա առավելագույն մածուցիկություն 60,000 cP -30 ° C-ում առանց մնացորդային սթրեսի: Այս մեթոդը նաև չափում է ակնհայտ մածուցիկությունը 1-ից մինչև 50 վրկ -1 կտրվածքի արագությամբ:
Բրուքֆիլդի մածուցիկաչափ - որոշում է մածուցիկությունը լայն տիրույթում (1-ից մինչև 105 Poise) ցածր կտրվածքի արագությամբ (մինչև 102 վրկ -1):
ASTM D 2983-ը հիմնականում օգտագործվում է ավտոմոբիլային փոխանցման յուղերի, ավտոմատ փոխանցման յուղերի, հիդրավլիկ յուղերի և տրակտորների յուղերի ցածր ջերմաստիճանի մածուցիկությունը որոշելու համար: Ջերմաստիճանը - Փորձարկումը տատանվում է -5-ից -40 ° C:
ASTM D 5133, Բրուքֆիլդի սկանավորման մեթոդ, չափում է նմուշի Բրուքֆիլդի մածուցիկությունը, երբ սառչում է 1 °C/ժ հաստատուն արագությամբ: MRV-ի նման, ASTM D 5133 մեթոդը նախատեսված է ցածր ջերմաստիճաններում յուղի պոմպակայելիությունը որոշելու համար: Այս թեստը որոշում է կառուցվածքի ձևավորման կետը, որը սահմանվում է որպես ջերմաստիճան, որի դեպքում նմուշը հասնում է 30000 cP մածուցիկության: Կառուցվածքի ինդեքսը նաև սահմանվում է որպես մածուցիկության բարձրացման ամենաարագ արագություն -5 ° C-ից մինչև փորձարկման ամենացածր ջերմաստիճանը: Այս մեթոդը կիրառվում է շարժիչային յուղերում և պահանջվում է ILSAC GF-2-ի կողմից: Tapered Bearing Simulator (ASTM D 4683) - Այս տեխնիկան նաև չափում է շարժիչի յուղերի մածուցիկությունը բարձր ջերմաստիճաններում և բարձր կտրվածքի արագությամբ (տես Բարձր ճնշման մազանոթային մածուցիկաչափ): Շատ բարձր կտրվածքային արագություններ են ձեռք բերվում ռոտորի և ստատորի պատի միջև չափազանց փոքր բացվածքի շնորհիվ:

Մածուցիկության ինդեքսը (VI) էմպիրիկ թիվ է, որը ցույց է տալիս յուղի մածուցիկության փոփոխության աստիճանը տվյալ ջերմաստիճանի միջակայքում: Բարձր VI-ը նշանակում է մածուցիկության համեմատաբար փոքր փոփոխություն ջերմաստիճանի հետ, իսկ ցածր VI-ը նշանակում է մածուցիկության մեծ փոփոխություն ջերմաստիճանի հետ: Հանքային բազային յուղերի մեծամասնությունը VI-ն ունի 0-ից 110-ի միջակայքում, սակայն բազմաշերտ յուղերի VI-ը հաճախ գերազանցում է 110-ը:
Մածուցիկության ինդեքսի որոշումը պահանջում է կինեմատիկական մածուցիկության որոշում 40 ° C և 100 ° C ջերմաստիճանում: Այնուհետև VI-ը որոշվում է աղյուսակներից՝ համաձայն ASTM D 2270 կամ ASTM D 39B: Քանի որ VI-ը որոշվում է 40 ° C և 100 ° C մածուցիկությունից, այն կապված չէ ցածր ջերմաստիճանի կամ HTHS մածուցիկության հետ: Այս արժեքները ստացվում են CCS, MRV, Brookfield ցածր ջերմաստիճանի մածուցիկաչափերով և բարձր կտրվածքի մածուցիկաչափերով:
SAE-ն 1967 թվականից ի վեր չի օգտագործել IV շարժիչային յուղերը դասակարգելու համար, քանի որ տերմինը տեխնիկապես հնացած է: Այնուամենայնիվ, API 1509, API 1509, նկարագրում է բազային յուղերի դասակարգման համակարգը, որն օգտագործում է IV որպես մի քանի պարամետրերից մեկը՝ ապահովելու նավթի փոխանակելիության և մածուցիկության սանդղակի ունիվերսալության սկզբունքները:

3.2 Հեղուկի ծավալի և հոսքի արագության չափում:

Հեղուկների հոսքի արագությունը չափելու համար հոսքաչափերը օգտագործվում են շահագործման տարբեր սկզբունքների հիման վրա՝ փոփոխական և հաստատուն դիֆերենցիալ ճնշման հոսքաչափեր, փոփոխական մակարդակ, էլեկտրամագնիսական, ուլտրաձայնային, պտտվող, ջերմային և տուրբինային:

Նյութի քանակությունը չափելու համար օգտագործվում են հոսքաչափեր ինտեգրատորներով կամ հաշվիչներով։ Ինտեգրատորը շարունակաբար ամփոփում է սարքի ընթերցումները, և նյութի քանակությունը որոշվում է պահանջվող ժամանակահատվածի համար դրա ընթերցումների տարբերությամբ:

Հոսքի և քանակի չափումը բարդ խնդիր է, քանի որ չափված հոսքերի ֆիզիկական հատկությունները ազդում են սարքերի ընթերցումների վրա՝ խտություն, մածուցիկություն, հոսքի փուլային հարաբերակցություն և այլն: Ֆիզիկական հատկություններչափված հոսքերն իրենց հերթին կախված են աշխատանքային պայմաններից, հիմնականում՝ ջերմաստիճանից և ճնշումից։

Եթե ​​հոսքաչափի գործառնական պայմանները տարբերվում են այն պայմաններից, որոնցում այն ​​տրամաչափվել է, ապա սարքի ընթերցումների սխալը կարող է զգալիորեն գերազանցել թույլատրելի արժեքը: Հետևաբար, առևտրային հասանելի սարքերի համար սահմանվում են դրանց կիրառման տարածքի սահմանափակումներ՝ ըստ չափված հոսքի հատկությունների, առավելագույն ջերմաստիճանի և ճնշման, հեղուկում պինդ մասնիկների կամ գազերի պարունակության և այլն։

Դիֆերենցիալ ճնշման հոսքաչափեր

Այս հոսքաչափերի շահագործումը հիմնված է խողովակաշարի սահմանափակող սարքի վրա ճնշման անկման վրա, երբ հեղուկի կամ գազի հոսքը շարժվում է դրա միջով: Հոսքի արագության Q փոփոխության դեպքում այս ճնշման անկման Δp արժեքը նույնպես փոխվում է:

Որոշ բացվածքների սարքերի համար, որպես հոսքի արագության դիֆերենցիալ ճնշման փոխարկիչներ, փոխանցման գործակիցը որոշվում է փորձարարական եղանակով, և դրա արժեքներն ամփոփվում են հատուկ աղյուսակներում: Նման սեղմող սարքերը կոչվում են ստանդարտ:

Սահմանափակման ամենապարզ և ամենատարածված սարքը թաղանթն է:Ստանդարտ դիֆրագմը բարակ սկավառակ է՝ կենտրոնում շրջանաձև անցքով: Դրա փոխանցման գործակիցը զգալիորեն կախված է դիֆրագմայի ամրությունից և հատկապես անցքի առջևի եզրից: Հետևաբար, դիֆրագմները պատրաստված են նյութերից, որոնք քիմիապես դիմացկուն են չափված միջավայրին և դիմացկուն են մեխանիկական մաշվածությանը: Բացի դիֆրագմայից, որպես ստանդարտ բացման սարքեր օգտագործվում են նաև Venturi վարդակ և Venturi խողովակ, որոնք խողովակաշարում ավելի ցածր հիդրավլիկ դիմադրություն են ստեղծում:

Փոփոխական ճնշման դիֆերենցիալ հոսքաչափի բացվածքը առաջնային փոխարկիչ է, որտեղ հոսքի արագությունը փոխակերպվում է դիֆերենցիալ ճնշման:

Դիֆերենցիալ ճնշման չափիչները օգտագործվում են որպես փոփոխական դիֆերենցիալ ճնշում ունեցող հոսքաչափերի միջանկյալ փոխարկիչներ: Դիֆերենցիալ ճնշման չափիչները միացված են սահմանափակող սարքին իմպուլսային խողովակներով և տեղադրվում են դրա անմիջական հարևանությամբ: Հետևաբար, փոփոխական դիֆերենցիալ ճնշում ունեցող հոսքաչափերում սովորաբար օգտագործվում են դիֆերենցիալ ճնշման չափիչներ, որոնք հագեցած են միջանկյալ փոխարկիչով՝ չափման արդյունքները օպերատորի վահանակին փոխանցելու համար (օրինակ՝ դիֆրագմային դիֆերենցիալ ճնշման չափիչները DM):

Ինչպես նաև ճնշումը և մակարդակը չափելիս, տարանջատող անոթները և դիֆրագմային կնիքները օգտագործվում են դիֆերենցիալ ճնշման չափիչները չափվող միջավայրի ագրեսիվ ազդեցությունից պաշտպանելու համար:

Փոփոխական ճնշման անկման հաշվիչների առաջնային փոխարկիչների հատկանիշը ճնշման անկման քառակուսային կախվածությունն է հոսքի արագությունից: Որպեսզի հոսքաչափի ցուցումները գծայինորեն կախված լինեն հոսքի արագությունից, փոփոխական դիֆերենցիալ ճնշման հոսքաչափերի չափիչ շղթայում ներմուծվում է գծային փոխակերպիչ: Նման փոխարկիչը, օրինակ, NP-PZ միջանկյալ փոխարկիչում գծայինացման բլոկ է: Երբ դիֆերենցիալ ճնշման չափիչը ուղղակիորեն կապված է չափիչ սարքի հետ (օրինակ՝ KSD), գծայինացումն իրականացվում է հենց սարքում՝ օգտագործելով քառակուսի բնութագրիչով կոր։

Մշտական ​​դիֆերենցիալ ճնշման հոսքաչափեր

Հեղուկի կամ գազի հոսքի արագությունը կարող է չափվել նաև մշտական ​​դիֆերենցիալ ճնշման դեպքում: Բացանցքով հոսքի արագությունը փոխելիս ճնշման մշտական ​​անկումը պահպանելու համար անհրաժեշտ է ավտոմատ կերպով փոխել դրա հոսքի տարածքը: Ամենապարզ միջոցը հոսքաչափում ավտոմատ կերպով փոխելն է հոսքի տարածքը:

Ռոտամետրը ուղղահայաց կոնաձև խողովակ է, որը պարունակում է բոց: Չափված հոսքը Q, անցնելով պտույտի միջով ներքևից վերև, ստեղծում է դիֆերենցիալ ճնշում բոցից առաջ և հետո: Այս դիֆերենցիալ ճնշումը, իր հերթին, ստեղծում է վերելակ, որը հավասարակշռում է լողացողի քաշը:

Եթե ​​ռոտաչափի միջոցով հոսքի արագությունը փոխվի, ապա ճնշման անկումը նույնպես կփոխվի: Սա կհանգեցնի վերելակի փոփոխության և, հետևաբար, բոցերի անհավասարակշռության: Բոցը կսկսի խառնվել: Եվ քանի որ ռոտոմետրի խողովակը կոնաձև է, ապա լողացողի և խողովակի միջև ընկած բացվածքի հոսքի տարածքը կփոխվի, արդյունքում տեղի կունենա ճնշման անկման և, հետևաբար, բարձրացնող ուժի փոփոխություն։ Երբ դիֆերենցիալ ճնշումը և բարձրացումը վերադառնան իրենց նախկին արժեքներին, բոցը կհավասարակշռվի և կկանգնի:

Այսպիսով, Q պտույտի միջով հոսքի յուրաքանչյուր արժեք համապատասխանում է լողացողի որոշակի դիրքին: Քանի որ կոնաձև խողովակի համար նրա և լողացող օղակաձև բացվածքի տարածքը համաչափ է դրա բարձրացման բարձրությանը, պտտաչափի մասշտաբը միատեսակ է:

Արդյունաբերությունն արտադրում է ապակե և մետաղական խողովակներով ռոտաչափեր։ Ապակե խողովակով ռոտաչափերի համար սանդղակը նշվում է անմիջապես խողովակի մակերեսի վրա: Մետաղական խողովակում լողացողի դիրքի հեռավոր չափման համար օգտագործվում են միջանկյալ գծային տեղաշարժման փոխարկիչներ միասնական էլեկտրական կամ օդաճնշական ազդանշանի մեջ:

Էլեկտրական ելքային ազդանշան ունեցող ռոտաչափերում դիֆերենցիալ-տրանսֆորմատոր փոխարկիչի մխոցը շարժվում է լողացողի հետ միասին: Օդաճնշական ելքային ազդանշանով ռոտաչափերը օգտագործում են մագնիսական միացում՝ լողացողի դիրքը հաղորդիչին հաղորդելու համար: Այն բաղկացած է երկու մշտական ​​մագնիսներից։ Մեկը կրկնակի - շարժվում է լողացողի հետ միասին, մյուսը, որը տեղադրված է սեղմված օդի ճնշման տեղաշարժի փոխարկիչի լծակի վրա, շարժվում է լծակի հետ միասին առաջին մագնիսից հետո:

Ռոտամետրերը հասանելի են նաև բարձր ագրեսիվ կրիչների հոսքը չափելու համար: Ռոտամետրերը պատված են գոլորշու տաքացման համար: Դրանք նախատեսված են բյուրեղացնող միջավայրերի հոսքի արագությունը չափելու համար:

Փոփոխական մակարդակի հոսքաչափեր

Հիդրավլիկից հայտնի է, որ եթե հեղուկը ազատորեն հոսում է տանկի հատակի անցքով, ապա դրա հոսքի արագությունը Q և H բաքի մակարդակը կապված են: Հետևաբար, տանկի մակարդակը կարող է օգտագործվել դրա հոսքի արագությունը դատելու համար:

Փոփոխական մակարդակի հոսքաչափերի շահագործումը հիմնված է այս սկզբունքի վրա: Ակնհայտ է, որ բաքն ինքնին, ներքևի անցքով, այստեղ առաջնային փոխարկիչի դեր է խաղում: Նման փոխարկիչի ելքային ազդանշանը տանկի մակարդակն է: Հետևաբար, դիտարկված մակարդակաչափերից որևէ մեկը կարող է ծառայել որպես փոփոխական մակարդակի հոսքաչափի չափիչ սխեմայի միջանկյալ փոխարկիչ:

Փոփոխական մակարդակի հոսքաչափերը սովորաբար օգտագործվում են քայքայիչ և աղտոտված հեղուկների հոսքի արագությունը չափելու համար, երբ դրանք մթնոլորտային ճնշման տակ թափվում են տանկեր:

Էլեկտրամագնիսական հոսքաչափեր

Էլեկտրամագնիսական հոսքաչափերի գործողությունը հիմնված է էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օրենքի վրա, ըստ որի e-ն կառաջարկվի մագնիսական դաշտում շարժվող հաղորդիչում։ d. s, համամասնական հաղորդիչի շարժման արագությանը: Էլեկտրամագնիսական հոսքաչափերում հաղորդիչի դերը խաղում է էլեկտրահաղորդիչ հեղուկը, որը հոսում է 1-ին խողովակաշարով և հատում էլեկտրամագնիս 2-ի մագնիսական դաշտը 3: Այս դեպքում հեղուկում կհայտնվի էմֆ: և այլն: U, համամասնորեն իր շարժման արագությանը, այսինքն, հեղուկի հոսքի արագությանը:

Նման առաջնային փոխարկիչի ելքային ազդանշանը վերցվում է խողովակաշարի պատին տեղադրված երկու մեկուսացված էլեկտրոդներով՝ 4 և 6: Խողովակաշարի հատվածը էլեկտրոդների երկու կողմերում ծածկված է էլեկտրական մեկուսիչով 7, որպեսզի բացառվի ինդուկացված էլեկտրաէներգիայի շունտավորումը: և այլն: հեղուկի և խողովակի պատի միջոցով:

Էլեկտրամագնիսական հոսքաչափերի համար չափված միջավայրի ագրեսիվության աստիճանը որոշվում է խողովակի մեկուսացման նյութով և առաջնային փոխարկիչի էլեկտրոդներով: Այդ նպատակով հոսքաչափերն օգտագործում են ռետինե, թթվակայուն էմալ և ֆտորոպլաստիկ: Ագրեսիվ միջավայրերի նկատմամբ առավել դիմացկունը PTFE մեկուսիչ ծածկով և գրաֆիտացված PTFE էլեկտրոդներով հոսքաչափն է:

Հոսքաչափերի աշխատանքի ընթացքում սարքի զրոյականությունը և տրամաչափումը պետք է պարբերաբար ստուգվեն՝ առնվազն շաբաթը մեկ անգամ։ Ստուգման համար առաջնային փոխարկիչը լցվում է չափված հեղուկով: Դրանից հետո չափիչ միավորի առջևի վահանակի աշխատանքային ռեժիմի անջատիչը տեղափոխվում է «Չափել» դիրքը, իսկ «Զրո» պոտենցիոմետրը դրվում է զրոյական նշանի վրա: Երբ անջատիչը տեղափոխվում է «Կալիբրացիա» դիրք, սարքի սլաքը պետք է կանգ առնի 100%-ի վրա: Հակառակ դեպքում սլաքը հասցվում է այս նշագծին «Calibration» պոտենցիոմետրով։

Էլեկտրամագնիսական հոսքաչափերի տարբերակիչ առանձնահատկությունը տեղում ճնշման լրացուցիչ կորուստների բացակայությունն է: չափումներ. Դա պայմանավորված է խողովակի մեջ ցցված մասերի բացակայությամբ: Նման հոսքաչափերի առանձնահատուկ արժեքավոր հատկությունը, ի տարբերություն այլ տեսակի հոսքաչափերի, ագրեսիվ, հղկող և մածուցիկ հեղուկների և ցեխերի հոսքի արագությունը չափելու ունակությունն է:

Ուլտրաձայնային հոսքաչափեր

Այս հոսքաչափերի աշխատանքը հիմնված է հեղուկի մեջ ուլտրաձայնի տարածման արագության և հենց հեղուկի հոսքի արագության ավելացման վրա: Հոսքաչափի ուլտրաձայնային իմպուլսների թողարկիչը և ստացողը գտնվում են խողովակաշարի չափիչ հատվածի ծայրերում: Էլեկտրոնային միավորը պարունակում է իմպուլսային գեներատոր և հաշվիչ այն ժամանակի համար, որը անհրաժեշտ է զարկերակին՝ էմիտերի և ստացողի միջև տարածությունը անցնելու համար:

Նախքան աշխատանքը սկսելը, հոսքաչափը լցվում է հեղուկով, որի հոսքի արագությունը պետք է չափվի, և այն ժամանակը, որ տևում է զարկերակին այս հեռավորությունը կանգուն միջավայրում անցնելու համար: Երբ հոսքը շարժվում է, դրա արագությունը կավելանա ուլտրաձայնի արագության հետ, ինչը կհանգեցնի զարկերակի ճամփորդության ժամանակի նվազմանը: Այս անգամ, որը բլոկում վերածվում է միասնական ընթացիկ ազդանշանի, կլինի այնքան քիչ, այնքան մեծ կլինի հոսքի արագությունը, այսինքն, այնքան մեծ կլինի դրա հոսքի արագությունը Q:

Ուլտրաձայնային հոսքաչափերն առաջարկում են նույն առավելությունները, ինչ էլեկտրամագնիսական հոսքաչափերը և կարող են նաև չափել ոչ հաղորդիչ հեղուկների հոսքը:

Vortex հոսքաչափեր

Նման հոսքաչափերի աշխատանքը հիմնված է հորձանուտների առաջացման երևույթի վրա, երբ հոսքը հանդիպում է ոչ սահուն մարմնին: Երբ հոսքաչափը աշխատում է, հորձանուտները հերթափոխով անջատվում են հոսքի երկայնքով գտնվող մարմնի հակառակ կողմերից: Պտույտի բաժանման հաճախականությունը ուղիղ համեմատական ​​է հոսքի արագությանը, այսինքն՝ նրա ծավալային հոսքի արագությանը Q: Պտտման վայրում հոսքի արագությունը մեծանում է, ճնշումը նվազում է: Հետեւաբար, հորձանուտի առաջացման հաճախականությունը կարելի է չափել, օրինակ, ճնշաչափով, որի էլեկտրական ելքը սնվում է հաճախականության հաշվիչին։

Ջերմային հոսքաչափեր

Ջերմային հոսքաչափը բաղկացած է ջեռուցիչ 1-ից և երկու ջերմաստիճանի տվիչներից 2 և 3, որոնք տեղադրված են 4 խողովակից դուրս՝ չափված հոսքով: Ջեռուցիչի մշտական ​​հզորությամբ հոսքի միջոցով նրանից վերցված ջերմության քանակը նույնպես հաստատուն կլինի։ Հետևաբար, Q հոսքի արագության բարձրացմամբ, հոսքի տաքացումը կնվազի, ինչը որոշվում է ջերմաստիճանի տարբերությամբ, որը չափվում է ջերմաստիճանի 3 և 2 սենսորների կողմից: Բարձր հոսքի արագությունը չափելու համար ոչ թե ամբողջ հոսքը չափվում է Q, այլ դրա միայն մի մասը Q1, որն անցնում է 4 խողովակով: Այս խողովակը շեղում է խողովակաշարի 5 հատվածը, որը հագեցած է խեղդիչ 6-ով: Հոսքի հսկիչի հոսքի տարածքը սահմանում է չափված հոսքի տիրույթի վերին սահմանը. որքան մեծ է այս խաչմերուկը, այնքան բարձր հոսքի արագությունը կարող է չափվել (ջեռուցիչի նույն հզորությամբ):

Տուրբինային հոսքաչափեր

Նման հոսքաչափերում չափված հոսքը շարժում է առանցքակալների մեջ պտտվող տուրբին: Տուրբինի պտտման արագությունը համաչափ է հոսքի արագությանը, այսինքն՝ Q հոսքի արագությանը։ Տուրբինի պտտման արագությունը չափելու համար նրա պատյանը պատրաստված է ոչ մագնիսական նյութից։ Բնակարանից դուրս տեղադրված է դիֆերենցիալ-տրանսֆորմատորային փոխարկիչ, իսկ տուրբինի շեղբերներից մեկի մոտ պատրաստվում է ֆերոմագնիսական նյութի եզր: Երբ այս շեղբն անցնում է փոխարկիչի մոտով, նրա ինդուկտիվ դիմադրությունը փոխվում է, և երկրորդական ոլորունների լարումը U դուրս փոխվում է Q հոսքի արագությանը համաչափ հաճախականությամբ: Նման հոսքաչափի չափիչ գործիքը հաճախականության հաշվիչն է, որը չափում է լարման փոփոխության հաճախականությունը:

Բարձր արագությամբ հաշվիչներ

Այս հաշվիչները դիզայնով նման են տուրբինային հոսքաչափերին: Նրանց միջև տարբերությունը կայանում է նրանում, որ հոսքաչափերը չափում են տուրբինի պտտման արագությունը, իսկ հաշվիչներում՝ նրա պտույտների քանակը, որն այնուհետև վերահաշվարկվում է հաշվիչով անցած հեղուկի քանակի համար՝ հետաքրքրության ժամանակային միջակայքի համար։ , օրինակ՝ մեկ ամսով։

Էյլերի հավասարում Նավիե-Սթոքսի հավասարումներ Դիֆուզիոն հավասարում Հուկի օրենքը

Որպես կանոն, հեղուկ վիճակում գտնվող նյութն ունի միայն մեկ փոփոխություն. (Ամենակարևոր բացառությունները քվանտային հեղուկներն ու հեղուկ բյուրեղներն են:) Հետևաբար, շատ դեպքերում հեղուկը ոչ միայն ագրեգացման վիճակ է, այլ նաև թերմոդինամիկական փուլ (հեղուկ փուլ):

Բոլոր հեղուկները սովորաբար բաժանվում են մաքուր հեղուկների և խառնուրդների։ Հեղուկների որոշ խառնուրդներ կյանքի համար մեծ նշանակություն ունեն՝ արյունը, ծովի ջուրը և այլն։ Հեղուկները կարող են գործել որպես լուծիչներ։

Հեղուկների ֆիզիկական հատկությունները

• Հեղուկություն

Հեղուկների հիմնական հատկությունը հոսունությունն է։ Եթե ​​հեղուկի հավասարակշռված հատվածի վրա արտաքին ուժ է կիրառվում, ապա հեղուկ մասնիկների հոսք է առաջանում այն ​​ուղղությամբ, որով կիրառվում է այդ ուժը՝ հեղուկը հոսում է: Այսպիսով, անհավասարակշռված արտաքին ուժերի ազդեցության տակ հեղուկը չի պահպանում մասերի ձևն ու հարաբերական դիրքը և, հետևաբար, ընդունում է այն նավի ձևը, որում գտնվում է:

Ի տարբերություն պլաստիկ պինդ մարմինների, հեղուկը չունի զիջման կետ. բավական է կամայականորեն փոքր արտաքին ուժ կիրառել, որպեսզի հեղուկը հոսի:

• Ծավալի պահպանում

Հեղուկի բնորոշ հատկություններից մեկն այն է, որ այն ունի որոշակի ծավալ (արտաքին մշտական ​​պայմաններում): Հեղուկը չափազանց դժվար է սեղմել մեխանիկորեն, քանի որ, ի տարբերություն գազի, մոլեկուլների միջև շատ քիչ ազատ տարածություն կա: Անոթի մեջ պարփակված հեղուկի վրա գործադրվող ճնշումը փոխանցվում է առանց փոփոխության այս հեղուկի ծավալի յուրաքանչյուր կետին (Պասկալի օրենքը ճիշտ է նաև գազերի համար)։ Այս հատկությունը շատ ցածր սեղմելիության հետ մեկտեղ օգտագործվում է հիդրավլիկ մեքենաներում:

Հեղուկները սովորաբար մեծանում են (ընդլայնվում) տաքանալիս և փոքրանում (կծկվում), երբ սառչում են: Այնուամենայնիվ, կան բացառություններ, օրինակ, ջուրը սեղմվում է տաքացման ժամանակ, նորմալ ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում 0 ° C-ից մինչև մոտ 4 ° C:

• Մածուցիկություն

Բացի այդ, հեղուկները (ինչպես գազերը) մածուցիկ են։ Այն սահմանվում է որպես մի մասի շարժմանը մյուսի նկատմամբ դիմակայելու ունակություն, այսինքն՝ որպես ներքին շփում:

Երբ հեղուկի հարակից շերտերը շարժվում են միմյանց նկատմամբ, անխուսափելիորեն տեղի են ունենում մոլեկուլների բախումներ, բացի ջերմային շարժման հետևանքով առաջացած մոլեկուլներից: Առաջանում են ուժեր, որոնք արգելակում են պատվիրված շարժումը։ Այս դեպքում պատվիրված շարժման կինետիկ էներգիան վերածվում է ջերմային էներգիայի՝ մոլեկուլների քաոսային շարժման էներգիայի։

Անոթի հեղուկը, շարժման մեջ դրված և ինքն իրեն թողած, աստիճանաբար կդադարի, բայց նրա ջերմաստիճանը կբարձրանա:

• Ազատ մակերեսի ձևավորում և մակերեսային լարվածություն

Ծավալի պահպանման շնորհիվ հեղուկը կարողանում է ազատ մակերես կազմել։ Նման մակերեսը տվյալ նյութի փուլերի միջերեսն է. մի կողմում կա հեղուկ փուլ, մյուս կողմից՝ գազային (գոլորշի), հնարավոր է նաև այլ գազեր, օրինակ՝ օդ։

Եթե ​​նույն նյութի հեղուկ և գազային փուլերը շփվում են, առաջանում են ուժեր, որոնք հակված են նվազեցնելու միջերեսի տարածքը` մակերևութային լարվածության ուժերը: Միջերեսը իրեն պահում է որպես առաձգական թաղանթ, որը հակված է կծկվել:

Մակերեւութային լարվածությունը կարելի է բացատրել հեղուկի մոլեկուլների միջեւ ձգողականությամբ։ Յուրաքանչյուր մոլեկուլ ձգում է այլ մոլեկուլներ, ձգտում է իրեն «շրջապատել» դրանցով և, հետևաբար, հեռանալ մակերեսից։ Համապատասխանաբար, մակերեսը նվազման միտում ունի։

Հետևաբար, երբ եռալը, օճառի փուչիկները և փուչիկները հակված են գնդաձև ձև ստանալ. տվյալ ծավալի համար գնդակն ունի նվազագույն մակերես: Եթե ​​հեղուկի վրա գործեն միայն մակերևութային լարվածության ուժերը, ապա այն անպայման գնդաձև ձև կստանա, օրինակ՝ ջրի կաթիլներ զրոյական գրավիտացիայի մեջ:

Հեղուկի խտությունից բարձր խտությամբ փոքր առարկաները կարող են «լողալ» հեղուկի մակերևույթի վրա, քանի որ ձգողականության ուժն ավելի քիչ է, քան այն ուժը, որը կանխում է մակերեսի մեծացումը: (Տես Մակերեւութային լարվածություն):

• Գոլորշիացում և խտացում

• Դիֆուզիոն

Երբ նավի մեջ կան երկու խառն հեղուկներ, մոլեկուլները ջերմային շարժման արդյունքում սկսում են աստիճանաբար անցնել միջերեսով, և այդպիսով հեղուկներն աստիճանաբար խառնվում են։ Այս երևույթը կոչվում է դիֆուզիա (այն հանդիպում է նաև ագրեգացման այլ վիճակներում գտնվող նյութերում)։

• Գերտաքացում և հիպոթերմիա

Հեղուկը կարելի է տաքացնել եռման կետից բարձր, որպեսզի եռում չառաջանա։ Սա պահանջում է միատեսակ ջեռուցում, առանց զգալի ջերմաստիճանի տատանումների ծավալի ներսում և առանց մեխանիկական ազդեցությունների, ինչպիսիք են թրթռումները: Եթե ​​ինչ-որ բան գցեք գերտաքացած հեղուկի մեջ, այն անմիջապես եռում է։ Գերտաքացած ջուրը հեշտ է մուտք գործել միկրոալիքային վառարան:

Subcooling - հեղուկի սառեցում սառեցման կետից ցածր՝ առանց ագրեգացման պինդ վիճակի վերածվելու։ Ինչպես գերտաքացման դեպքում, հիպոթերմիան պահանջում է թրթռումների բացակայություն և ջերմաստիճանի զգալի փոփոխություններ:

• Խտության ալիքներ

Թեև հեղուկը չափազանց դժվար է սեղմել, այնուամենայնիվ, երբ ճնշումը փոխվում է, դրա ծավալն ու խտությունը դեռ փոխվում են։ Սա անմիջապես տեղի չի ունենում. Այսպիսով, եթե մի հատվածը սեղմվում է, ապա նման սեղմումը ուշացումով փոխանցվում է մյուս հատվածներին: Սա նշանակում է, որ առաձգական ալիքները, ավելի կոնկրետ՝ խտության ալիքները, կարող են տարածվել հեղուկի ներսում։ Խտության հետ փոխվում են նաև այլ ֆիզիկական մեծություններ, օրինակ՝ ջերմաստիճանը։

Եթե ​​ալիքի տարածման ժամանակ խտությունը փոքր-ինչ փոխվում է, ապա այդպիսի ալիքը կոչվում է ձայնային ալիք կամ ձայն։

Եթե ​​խտությունը բավականաչափ ուժեղ է փոխվում, ապա նման ալիքը կոչվում է հարվածային ալիք։ Հարվածային ալիքը նկարագրվում է այլ հավասարումներով։

Հեղուկի մեջ խտության ալիքները երկայնական են, այսինքն՝ խտությունը փոխվում է ալիքի տարածման ուղղությամբ։ Ձևի չպահպանման պատճառով հեղուկում լայնակի առաձգական ալիքներ չկան։

Հեղուկի մեջ առաձգական ալիքները ժամանակի ընթացքում քայքայվում են, դրանց էներգիան աստիճանաբար վերածվում է ջերմային էներգիայի: Թուլացման պատճառներն են մածուցիկությունը, «դասական կլանումը», մոլեկուլային թուլացումը և այլն։ Այս դեպքում գործում է այսպես կոչված երկրորդ, կամ զանգվածային մածուցիկությունը, որը ներքին շփում է խտության փոփոխությամբ։ Հարվածային ալիքը թուլացման արդյունքում որոշ ժամանակ անց անցնում է ձայնային ալիքի։

Հեղուկի մեջ առաձգական ալիքները նույնպես ենթակա են ցրման անհամասեռություններով, որոնք առաջանում են մոլեկուլների քաոսային ջերմային շարժումից։

• Ալիքները մակերեսին

Եթե ​​հեղուկի մակերեսի մի հատվածը տեղափոխում ենք հավասարակշռության դիրքից, ապա վերականգնող ուժերի ազդեցության տակ մակերեսը սկսում է հետ շարժվել դեպի հավասարակշռության դիրք։ Այս շարժումը, սակայն, չի դադարում, այլ հավասարակշռության դիրքի մոտ վերածվում է տատանողական շարժման և տարածվում այլ տարածքներում։ Ահա թե ինչպես են ալիքները հայտնվում հեղուկի մակերեսին։

Եթե ​​վերականգնող ուժը հիմնականում ձգողականությունն է, ապա այդպիսի ալիքները կոչվում են գրավիտացիոն ալիքներ (չշփոթել գրավիտացիոն ալիքների հետ)։ Ջրի վրա գրավիտացիոն ալիքները կարելի է տեսնել ամենուր:

Եթե ​​վերականգնող ուժը հիմնականում մակերեսային լարվածության ուժն է, ապա նման ալիքները կոչվում են մազանոթ։

Եթե ​​այս ուժերը համադրելի են, ապա այդպիսի ալիքները կոչվում են մազանոթ-գրավիտացիոն ալիքներ։

Հեղուկի մակերևույթի ալիքները թուլանում են մածուցիկության և այլ գործոնների պատճառով:

• Համակեցություն այլ փուլերի հետ

Ֆորմալ առումով, հեղուկ փուլի հավասարակշռության համակեցության համար նույն նյութի այլ փուլերի՝ գազային կամ բյուրեղային, պահանջվում են խիստ սահմանված պայմաններ: Այսպիսով, տվյալ ճնշման դեպքում անհրաժեշտ է խիստ սահմանված ջերմաստիճան։ Այնուամենայնիվ, բնության մեջ և տեխնոլոգիայի մեջ ամենուր հեղուկը գոյակցում է գոլորշու կամ նաև պինդ ագրեգացիայի հետ, օրինակ՝ ջուրը ջրային գոլորշիով և հաճախ սառույցով (եթե գոլորշին դիտարկենք որպես առանձին փուլ, որն առկա է օդի հետ միասին։ ): Դա պայմանավորված է հետևյալ պատճառներով.

Ոչ հավասարակշռված վիճակ. Հեղուկի գոլորշիացման համար ժամանակ է պահանջվում, մինչև հեղուկն ամբողջությամբ գոլորշիանա, այն գոյակցում է գոլորշու հետ։ Բնության մեջ անընդհատ տեղի է ունենում ջրի գոլորշիացում, ինչպես նաև հակառակ գործընթացը՝ խտացում։

Փակ ծավալ. Փակ անոթի հեղուկը սկսում է գոլորշիանալ, բայց քանի որ ծավալը սահմանափակ է, գոլորշիների ճնշումը բարձրանում է, այն հագեցնում է նույնիսկ մինչև հեղուկը ամբողջությամբ գոլորշիանալը, եթե դրա քանակը բավականաչափ մեծ էր։ Երբ հասնում է հագեցվածության վիճակին, գոլորշիացված հեղուկի քանակը հավասարվում է խտացրած հեղուկի քանակին, համակարգը գալիս է հավասարակշռության։ Այսպիսով, սահմանափակ ծավալով կարող են սահմանվել հեղուկի և գոլորշու հավասարակշռված գոյակցության համար անհրաժեշտ պայմաններ։

Մթնոլորտի առկայությունը երկրագնդի ձգողականության պայմաններում. Հեղուկի վրա ազդում է մթնոլորտային ճնշումը (օդ և գոլորշի), մինչդեռ գոլորշու համար պետք է հաշվի առնել գրեթե միայն մասնակի ճնշումը։ Հետևաբար, հեղուկը և նրա մակերևույթի վերևում գտնվող գոլորշին համապատասխանում են փուլային դիագրամի տարբեր կետերի, համապատասխանաբար հեղուկ փուլի և գազային փուլի գոյության շրջանում: Սա չի վերացնում գոլորշիացումը, բայց գոլորշիացումը ժամանակ է պահանջում, որի ընթացքում երկու փուլերն էլ գոյակցում են: Առանց այս պայմանի հեղուկները շատ արագ եռում և գոլորշիանում են:

Տեսություն

Մեխանիկա

Հեղուկների և գազերի շարժման և մեխանիկական հավասարակշռության ուսումնասիրությունը և դրանց փոխազդեցությունը միմյանց և պինդ մարմինների հետ նվիրված է մեխանիկայի բաժնին՝ հիդրոաերոմեխանիկա (հաճախ կոչվում է նաև հիդրոդինամիկա)։ Հիդրոաէրոմեխանիկան մեխանիկայի ավելի ընդհանուր ճյուղի՝ շարունակական մեխանիկայի մի մասն է։

Հեղուկների մեխանիկան հեղուկների մեխանիկայի մի ճյուղ է, որը զբաղվում է չսեղմվող հեղուկների հետ։ Քանի որ հեղուկների սեղմելիությունը շատ փոքր է, այն կարելի է շատ դեպքերում անտեսել: Գազի դինամիկան նվիրված է սեղմվող հեղուկների և գազերի ուսումնասիրությանը:

Հիդրոմեխանիկան ստորաբաժանվում է հիդրոստատիկի, որտեղ ուսումնասիրվում է չսեղմվող հեղուկների հավասարակշռությունը, և հիդրոդինամիկայի (նեղ իմաստով), որտեղ ուսումնասիրվում է դրանց շարժումը։

Հաղորդիչ և մագնիսական հեղուկների շարժումն ուսումնասիրվում է մագնիտոհիդրոդինամիկայի մեջ։ Հիդրավլիկան օգտագործվում է կիրառական խնդիրների լուծման համար։

Հիդրոստատիկայի հիմնական օրենքը Պասկալի օրենքն է։

2. Հեղուկներ երկատոմային մոլեկուլներից, որոնք կազմված են միանման ատոմներից (հեղուկ ջրածին, հեղուկ ազոտ): Նման մոլեկուլներն ունեն քառաբևեռ մոմենտ։

4. Հեղուկներ, որոնք բաղկացած են բևեռային մոլեկուլներից, որոնք կապված են դիպոլ-դիպոլ փոխազդեցությամբ (հեղուկ ջրածնի բրոմիդ):

5. Կապակցված հեղուկներ կամ ջրածնային կապերով հեղուկներ (ջուր, գլիցերին):

6. Խոշոր մոլեկուլներից բաղկացած հեղուկներ, որոնց համար էական են ազատության ներքին աստիճանները:

Առաջին երկու խմբերի հեղուկները (երբեմն երեքը) սովորաբար կոչվում են պարզ: Պարզ հեղուկներն ավելի լավ են ուսումնասիրվել, քան մյուսները, բարդ հեղուկներից լավագույնը ջուրն է: Այս դասակարգումը չի ներառում քվանտային հեղուկները և հեղուկ բյուրեղները, որոնք հատուկ դեպքեր են և պետք է դիտարկվեն առանձին:

Վիճակագրական տեսություն

Հեղուկների կառուցվածքը և թերմոդինամիկական հատկությունները առավել հաջողությամբ ուսումնասիրվում են Percus-Yevik հավասարման միջոցով:

Եթե ​​օգտագործենք պինդ գնդերի մոդելը, այսինքն՝ հեղուկ մոլեկուլները համարում ենք տրամագծով գնդիկներ դ, ապա Պերկուսի-Եվիկի հավասարումը կարելի է վերլուծել և ստանալ հեղուկի վիճակի հավասարումը.

որտեղ n- մասնիկների քանակը միավորի ծավալի վրա, - անչափ խտություն: Ցածր խտությունների դեպքում այս հավասարումը վերածվում է իդեալական գազի վիճակի հավասարման. ... Չափազանց բարձր խտությունների դեպքում ստացվում է չսեղմվող հեղուկի վիճակի հավասարումը.

Կոշտ գնդերի մոդելը հաշվի չի առնում մոլեկուլների միջև ձգողականությունը, հետևաբար, արտաքին պայմանների փոփոխման դեպքում հեղուկի և գազի միջև կտրուկ անցում չի կատարվում։

Եթե ​​ավելի ճշգրիտ արդյունքներ են անհրաժեշտ, ապա հեղուկի կառուցվածքի և հատկությունների լավագույն նկարագրությունը ձեռք է բերվում խառնաշփոթության տեսության միջոցով: Այս դեպքում կոշտ գնդակների մոդելը համարվում է զրոյական մոտարկում, իսկ մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերը համարվում են խաթարում և տալիս են ուղղումներ։

Կլաստերների տեսություն

Ժամանակակից տեսություններից է «Կլաստերների տեսություն»... Այն հիմնված է այն գաղափարի վրա, որ հեղուկը ներկայացված է որպես պինդ և գազային միացություն: Այս դեպքում պինդ փուլի մասնիկները (կարճ հեռավորությունների վրա շարժվող բյուրեղները) գտնվում են գազի ամպի մեջ՝ ձևավորելով. կլաստերի կառուցվածքը... Մասնիկների էներգիան համապատասխանում է Բոլցմանի բաշխմանը, մինչդեռ համակարգի միջին էներգիան մնում է հաստատուն (պայմանով, որ այն մեկուսացված է): Դանդաղ մասնիկները բախվում են կլաստերների հետ և դառնում դրանց մի մասը: Այսպիսով, կլաստերների կոնֆիգուրացիան անընդհատ փոխվում է, համակարգը գտնվում է դինամիկ հավասարակշռության վիճակում։ Արտաքին ազդեցություն ստեղծելիս համակարգը կպահի Լե Շատելիեի սկզբունքով։ Այսպիսով, հեշտ է բացատրել փուլային փոխակերպումը.

• Երբ ջեռուցվում է, համակարգը աստիճանաբար կվերածվի գազի (եռացող)
• Երբ սառչում է, համակարգը աստիճանաբար կվերածվի պինդ (սառեցման):

Փորձարարական ուսումնասիրության մեթոդներ

Հեղուկների կառուցվածքը ուսումնասիրվում է ռենտգենյան կառուցվածքային վերլուծության, էլեկտրոնների դիֆրակցիայի և նեյտրոնների դիֆրակցիայի միջոցով:

տես նաեւ

• Հեղուկի մակերեսային շերտի առանձնահատկությունները

Հղումներ

Նյութի թերմոդինամիկական վիճակներ
Ֆիզիկա՝ պինդ ՀեղուկԳազի պլազմա