Đặc tính nhớt của chất lỏng

Đặc tính nhớt của chất lỏng luôn phải tính đến trong quá trình tính toán và thiết kế hệ truyền dẫn thủy lực. Ta có thể nhìn thấy nhanh điều này khi chọn chất lỏng làm việc cho hệ, khi tính toán đường ống dẫn, chọn máy bơm, chọn thiết bị lọc, tính toán hao phí,.... Ở bài trước mình đã giới thiệu chung chung các tính chất vật lý của chất lỏng. Trong bài này mình sẽ trình bày cụ thể vào đặc tính nhớt của chất lỏng.

Tính nhớt là tính chất của chất lỏng chống lại sự trượt hay dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng.  Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do xuất hiện nội ma sát giữa các lớp chất lỏng chuyển động tương đối với nhau.

Kết quả nghiên cứu chuyển động ổn định của dòng chất lỏng dọc theo một bề mặt phẳng: vận tốc dòng chất lỏng tại điểm xét giảm tỷ lệ với khoảng cách tại đó tới bề mặt phẳng. Tức là vận tốc v=0 khi y=0. Khi đó giữa các lớp chất lỏng xuất hiện ứng suất tiếp tuyến.

Theo giả thuyết của Niuton thì ứng suất tiếp tuyến giữa các lớp chất lỏng tỷ lệ thuận với gradien vận tốc và phụ thuộc vào loại chất lỏng.

Ở đó: µ - là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào loại chất lỏng, µ được gọi là độ nhớt động lực học của chất lỏng. Đơn vị [µ]=N.s/m². Ngoài ra độ nhớt động lực còn tính theo các đơn vị: kg/ms, P (poazo), cP (centipoazo). Chúng ta có mối quan hệ sau.

1 Ns/m²=1 kg/ms =10P =1000 cP

Trong công thức trên thành phần dv/dy – đặc trưng cho mức độ dịch chuyển. Như vậy chỉ khi chất lỏng chuyển động mới xuất hiện ứng suất tiếp tuyến. Khi chất lỏng đứng yên coi ứng suất tiếp tuyến bằng 0.

Trong kỹ thuật còn sử dụng khái niệm độ nhớt động học, kí hiệu ν.

ν = µ/ρ          [ν]=m²/s

1 m²/s= 1 St ( Stốc) =100 cSt ( centiStốc)

Ngoài các đơn vị chuẩn trên ở một số nước còn có đơn vị đo độ nhớt riêng: Nga dùng độ Engle (⁰E), Anh dùng giây Redut (“R), Pháp dùng độ Bacbe (⁰B), Mỹ dùng giây Sebon (“S). Giữa các đơn vị này có công thức chuyển đổi.

Cần lưu ý rằng khi so sánh độ nhớt của 2 chất lỏng phải dùng cùng một đơn vị độ nhớt ở cùng điều kiện đo.

Sự phụ thuộc độ nhớt vào nhiệt độ và áp suất.

Nhiệt độ càng tăng thì độ nhớt của chất lỏng càng giảm. (Đối với chất khí lại ngược lại, nhiệt độ càng tăng độ nhớt chất khí càng tăng.)

Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ nhớt có thể đánh giá theo công thức sau:

Ở đó: µ và µ₀ – độ nhớt ứng với nhiệt độ T và T₀, β – hệ số tỷ lệ.

Sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc như hình dưới:

Ảnh hưởng của áp suất đến độ nhớt không đáng kể. Nếu p<20 MPa thì không cần xét tới sự thay đổi độ nhớt khi áp suất thay đổi. Sự thay đổi này được mô tả bằng phương trình:

ν _p= ν (1+kp)

ν – độ nhớt ứng với áp suất khí quyển

k – hệ số phụ thuộc loại dầu: k=0,002÷0,003

p – áp suất (at)

Vai trò của chất lỏng làm việc với hệ thống Thủy lực

Trong bài này mình dùng thuật ngữ: “Chất lỏng làm việc” (CLLV) được trực dịch từ tiếng Nga ( рабочая жидкость). Bạn nào biết thuật ngữ tiếng Việt tương ứng với chỉ giúp mình với nhé.

Ở đây bạn có thể hiểu Chất lỏng làm việc chính là các dạng dầu máy dùng trong mạch thủy lực. Tại sao phải gắn thêm từ làm việc ? Gắn thêm từ làm việc là để phân biệt với những chất lỏng thông thường.
Chất lỏng làm việc cần phải đạt một số tiêu chuẩn nhất định. Qua bài này mình và các bạn cùng tìm hiểu vai trò của CLLV, các tiêu chuẩn đối với CLLV và bạn sẽ thấy tầm quan trong của chất lỏng làm việc đối với hệ thống thủy lực.

I.                   Vai trò

1.     Dựa vào đặc tính chống nén CLLV đảm bảo liên kết cứng giữa các khâu động trong mạch thủy lực.

2.     CLLV thực hiện truyền năng lượng từ nguồn phát tới cơ cấu làm việc, thực hiện truyền tín hiệu điều khiển trong mạch thủy lực với mất mát nhỏ.

3.     CLLV quyết định trực tiếp khả năng làm việc và độ tin cậy của hệ thống thủy lực.

4.     CLLV đóng vai trò bôi trơn, chống ăn mòn, ngăn ngừa mài mòn các thiết bị thủy lực.

II.                Các tiêu chuẩn đối với CLLV

1.     CLLV cần phải chống nén tốt.

2.     Độ nhớt thích hợp.

3.     Thể hiện được sự đảo chiều tải trọng ( tức là khi tức thời chuyển từ nén sang kéo, CLLV cũng tức thời chuyển hướng theo lực tác dụng)

4.     Có khả năng bôi trơn tốt.

5.     Thụ động với vật liệu chế tạo các chi tiết ( không xảy ra các phản ứng hóa học với vật liệu thiết bị thủy lực).

6.     Đảm bảo làm việc ở nhiệt độ cao, chống cháy nổ tốt.

III.             Phân loại CLLV

1.     Dầu máy tự nhiên : sản phẩm của dầu mỏ

2.     Dầu máy tổng hợp

3.     Các loại nhũ tương

              4. Kim loại lỏng ( Hợp kim cùng tinh 77% Natri+33% Kali )

Tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng

Bài viết tổng hợp các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng.

Nghiên cứu thủy lực chúng ta trước hết cần quan tâm tới các tính chất vật lý của chất lỏng. Vì chất lỏng giữ vai trò chủ đạo trong mọi hệ thống thủy lực. Nó tác dụng liên kết các cơ cấu, vận chuyển năng lượng, và bôi trơn bảo vệ các thiết bị thủy lực.

Khối lượng riêng: - là khối lượng chất lỏng trên 1 đơn vị thể tích chất lỏng.

Trọng lượng riêng:- là trọng lượng chất lỏng trên 1 đơn vị thể tích chất lỏng.

Tính nén: - là một đặc tính của chất lỏng thể hiện thay đổi thể tích của nó dưới tác động của ngoại lực. Tính nén đặc trưng bởi hệ số nén thể tích. Hệ số nén thể tích được tính theo công thức:

Ở đó V – thể tích ban đầu của chất lỏng, dV – thể tích chất lỏng thay đổi khi tăng áp suất một lương dP.

Modul đàn hồi thể tích của chất lỏng: là đại lượng nghịch đảo của hệ số nén thể tích.

Tính nén làm giảm độ cứng của hệ thống dẫn thủy-khí, tức là tiêu tốn năng lương vào việc nén chất lỏng. Tính nén có thể là nguyên nhân tạo dao động trong hệ thống thủy lực, tạo độ trễ trong việc điều khiển các thiết bị thủy lực và cả cơ cấu làm việc.

Tính giãn nở nhiệt: - là sự thay đổi tương đối thể tích chất lỏng khi tăng nhiệt độ khối chất lỏng lên 1 ⁰C trong điều kiện giữ cố định áp suất.

     Tính giãn nở nhiệt của chất lỏng đặc trưng bởi hệ số giãn nở nhiệt.

Tính nhớt: - là tính chất của chất lỏng chống lại sự trượt hay dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng.  Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do xuất hiện nội ma sát giữa các lớp chất lỏng chuyển động tương đối với nhau. Lực ma sát được tính theo công thức Niuton.

Sự tạo bọt: - khí ra khỏi chất lỏng khi giảm áp suất chất lỏng làm tạo ra bọt khí. Sự tạo bọt khí gây ảnh hưởng lớn tới khả năng chứa đựng chất lỏng, thí nghiệm với nước cho thấy khi tạo bọt tối đa lượng nước thực sự trong bình chứa chỉ chiếm 0,1% thể tích bình. Sự tạo bọt phụ thuộc vào loại chất lỏng, nhiệt độ chất lỏng, độ kín và vật liệu của thiết bị thủy lực, kích thước của bọt khí. Đặc biệt sự tạo bọt khí diễn ra mạnh với nhưng chất lỏng thô, có nhiều lắng cạn, hoặc chất lỏng qua sử dụng lâu.

Tính bền cơ học và hóa học của chất lỏng: - là khả năng giữ nguyên tính chất vật lý ban đầu của chất lỏng trong quá trình vận hành, hoặc lưu trữ.

Sự oxy hóa chất lỏng sẽ tạo nên các lắng cặn dạng hạt bám trên bề mặt bình chứa, ống dẫn làm giảm tính nhớt của chất lỏng( tăng ma sát) và thay đổi màu sắc chất lỏng. Đồng thời làm tăng cường ăn mòn thiết bị, giảm độ tin cậy làm việc của hệ thống. Lắng cặn còn có khả năng bít kín, làm tắc van tiết lưu, phá hủy các chi tiết bít kín của hệ thống ( như vòng đệm cao su,…)

Tính bốc hơi: - Đặc tính bốc hơi có ở tất cả các chất lỏng, nhưng cường độ bốc hơi không giống nhau. Cường độ phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt thoáng, áp suất, gió tại mặt thoáng.

Tính thích hợp:- Là tính tương thích của chất lỏng với vật liệu của máy, và các thiết bị.

Tính hòa tan chất khí:- đặc trưng bởi lượng chất khí hòa tan trong một đơn vị thể tích và được tính bởi công thức Henri.

 Vk– thể tích khí hòa tan; Vl – thể tích chất lỏng; k – hệ số hòa tan; P – áp suất chất lỏng; Pa – áp suất khí quyển.