Рабочие жидкости судовых систем и их свойства

Жидкостью называется физическое тело, весьма мало изменяющее свой объем при изменении давления или температуры и обладающее текучестью, благодаря чему оно не имеет собственной формы и принимает форму того сосуда, в котором находится. В отличие от жидкости газы изменяют свой объем в зависимости от давления и температуры, но, так же как и жидкости, не имеют собственной формы. В судовых системах используются различные рабочие среды (жидкости и газы). В общем виде под жидкой средой понимается капельная жидкость, которая может содержать твердую или газовую фазу. По роду среды, перемещаемой по трубопроводу, судовые системы разделяют на водо-, рассоло-, воздухо-, паро-, нефте- и маслопроводы.

Для перемещения по трубопроводам различных рабочих сред, а также для совершения этими средами определенной работы в аппаратах и исполнительных устройствах судовых систем необходимо, чтобы жидкая рабочая среда обладала внутренней механической энергией — гидромеханическим напором. В большинстве судовых систем гидромеханический напор, или удельная механическая энергия жидкости, создается гидравлическими механизмами. Все гидравлические механизмы делятся на группы по агрегатному состоянию рабочей среды, перемещаемой механизмом. Насосы служат для перемещения капельных жидкостей, компрессоры — для получения сжатого воздуха или газа.

Для упрощения изучения общих закономерностей, присущих движущейся и покоящейся жидкости, часто используют понятие идеальной жидкости. Идеальная жидкость (по сравнению с реальной) имеет ряд особенностей: она абсолютно несжимаема, не расширяется при повышении температуры, не имеет вязкости, характеризуется абсолютной подвижностью, или текучестью.

Реальные жидкости обладают рядом свойств, которые во многом определяют область их использования. Из физических свойств реальных жидкостей наиболее важными являются плотность, сжимаемость, вязкость.

Плотность — отношение количества вещества (массы) данной жидкости к занимаемому ею объему: р = m/V. Многие жидкости с увеличением температуры расширяются, хотя и незначительно по сравнению с газами. Расширение жидкости при нагревании характеризуется коэффициентом температурного объемного расширения, т. е. относительным изменением объема жидкости при изменении температуры на 1 К:
βt = (Vt—V0)/[V0(T—T0)],   (1.1)
где Vt — объем жидкости при температуре Т; V0 — объем жидкости при первоначальной температуре Т0. Из выражения (1.1) можно определить объем, который жидкость займет при нагревании до температуры Т Vt = К0 [1 + βt [Т — Т0)].

Сжимаемость — относительное изменение объема данной жидкости при изменении давления на единицу; характеризуется коэффициентом βv = (V — V0)/[p — р0) V0], где V — объем жидкости при давлении р; V0 — объем жидкости при первоначальном давлении р0. Для расчетов при параметрах работы современных судовых систем (в том числе и гидросистем на рабочее давление до 40 МПа) с достаточной точностью считают жидкость несжимаемой.

Вязкость (внутреннее трение) — свойство жидкостей, характеризующее сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение. Вязкость влияет на текучесть жидкости и зависит от сил внутреннего трения между частицами, струйками и слоями жидкости при перемещении. Силу трения, которая приходится на единицу поверхности соприкосновения двух скользящих слоев жидкости, принято называть коэффициентом абсолютной (динамической) вязкости или динамической вязкостью, обозначать через µ, и выражать в паскаль-секундах.

Динамическая вязкость, отнесенная к плотности жидкости, называется кинематической вязкостью и находится по формуле v = µ/ρ. С увеличением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается. В пределах от 273 до 373 К (от 0 до 100 °С)
зависимость кинематической вязкости от температуры выражается эмпирической формулой v = 0,0178·10—4/(1 + 0,0337 +  0,0002221 Т2).

Давление жидкости — физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми жидкость действует на стенки сосуда. Определяется по формуле р = P/F. Вакуум — состояние газа при давлениях, более низких, чем атмосферное. При нормальном атмосферном давлении (10 1325 Па) различают низкий вакуум (р > 133,3 Па), средний (0,13 Па < р < 133,3 Па) и высокий (0,13 Па >р >0,13·10—5 Па).