هیدرولیک ومفهوم فشار،قوانین و روابط ریاضی حاکم
تمامی منابع هیدرولیک اشاره می کنند که واژه فشار (PRESSURE)یک کمیت فیزیکی میباشد که حاصل تقسیم نسبت مقدار نیروی اعمال شده بر سطح جسم است.
میخ کوبیدن به دیوار مثال خوبی است قسمت تیز میخ را روی سطح دیوار قرار می دهیم و بر روی قسمت مسطح میخ با چکش ضربه وارد می کنیم .
پاسکال، واحد اصلی فشار در سیستم SI است. P= F/A : فرمول فشار
سطح بر حسب متر مربع / نیوتن نیرو بر حسب نیوتن = یک پاسکال
البته باید بدانیم که برای محاسبه ی فشار در مایعات از فرمول P =ρ . g. h استفاده میشود در این فرمول:
ρ چگالی ماده بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب، g شتاب گرانشی زمین و h میزان ارتفاع از سطح است. جالب است بدانید نیرویی که یک جسم یک کیلوگرمی بر یک سانتی متر مربع وارد می کند دقیقا معادل یک بار است.
رابطه فشار هیدرولیک و دما
با بالا رفتن فشار دما نیز افزایش می یابد و برعکس ،
افزایش فشار یعنی، بالا رفتن دمای روغن هیدرولیک، امکان نشتی بیشتر در مدار، بالا رفتن اصطکاک، بالا رفتن نسبت استهلاک و فرسایش مدار ، ایجاد نویز ها و کاهش خواص دینامیکی مطلوب سیستم و به موجب آن کوتاه تر شدن زمان عمر مفید مدار و صد البته افزایش هزینه ها و تعداد سرویس های مراقبت و نگهداری سیستم هیدرولیک .
بالا بردن فشار یعنی استفاده از ادوات هیدرولیکی کوچکتر و دریافت نیروی بیشتر است (المان های کوچک یعنی قطر لوله ها و شیلنگ ها کمتر خواهد بود) ، سیستم جمع و جور تر می شود (ادوات آموزش هیدرولیک که در فشار بالا قابل استفاده هستند گران قیمت تر هستند ).
یک پاسکال ده به توان منفی پنج بار (bar 105) است.
اصل پاسکال عنوان می نماید :
در یک محیط بسته حاوی مایع ، چنانچه به هر قسمت محیط فشاری وارد شود .فشار در تمام نقاط مایع به صورت یکسان پخش می شود. یعنی فشار تمامی نقاط مایع یکسان است .بدون اینکه فشار یا نیروی نقاط دیگر مایع کاسته شود .
۱– قانون پاسکال :
مبنی بر این که فشار وارد بر یک نقطه از سیال در تمامی جهات یکسان است و به بیان ساده تر فشار وارد بر یک سیال در درون آن در تمام جهات منتشر می شو )توجه داشته باشید که دو پیستون قطر متفاوت دارند ولی فشار وارد بر هر دو سطح ثابت است (.
F2=F1.(A2/A1)
F2/F1 = A2/A1
در فرمول بالا F1 , F2 نیرو و A1 , A2 سطح پیستون ها هستند
کاربردی ترین مثالی که می توان برای اصل پاسکال و ارائه یک سری مطالب علمی دیگر بیان کرد بالابر های هیدرولیکی هستند ،
اصولا طراحی بالابرهای هیدرولیکی اصولا بر پایه اصل پاسکال استوار است. از این دستگاه برای بالا بردن اجسام سنگین استفاده می شود . حالت عادی و بدون حضور بار فشار در پیستون کوچک p1 و فشار در پیستون بزرگ p2 می باشد . به محض قرار گرفتن بار روی پیستون بزرگ قطعا فشار وارد بر این پیستون افزایش می یابد که میزان افزایش آن دقیقا F2/A2 می باشد . توجه کنید که در این حالت مقدار F2 با وزن بار برابر است .
اگر مایع در تعادل باشد طبق اصل پاسکال در پیستون کوچک هم به همان اندازه افزایش فشار خواهیم داشت برای در تعادل بودن پیستون کوچک باید نیروی وارد بر آن به اندازه ی F1 افزایش یابد به نحوی که فشار در هر دو پیستون برابر باشد . به خاطر داشته باشید که از این مکانیسم برای دستگاه های خرد کن و پرس هم استفاده می شود .
در هیدرولیک صنعتی این پمپ های هستند که می توانند نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمایند. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و….. به عهده می گیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط ولوها ،سیال تحت فشار به سمت عملگرها یعنی سیلندرها یا موتور های هیدرولیکی هدایت میشوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز به صورت خطی یا دورانی تبدیل شود.
۲– قانون اول ترمودینامیک :
این قانون که به عنوان قانون بقای کار و انرژی هم مطرح می شود .
U=Q+W
اگر به سیستمی گرما داده شود ،انرژی درونی سیستم تغییر می کند.
حاصل آن کار انجام شده توسط سیستم و یا کار مورد نیاز سیستم برای تغییر انرژی درونی خواهد بود .
فرمول بالا را مورد بررسی قرار دهید
U مقداری است ثابت ، Q گرمای جذب شده توسط سیستم در طی یک فرایند و W کار انجام شده توسط سیستم در برابر نیروی خارجی خواهد بود.
۳– قانون برنولی :
یا برداشت ریاضی از قانون بقا انرژی در سیالات به این شرح است که در شاره ای که در جریان دارد افزایش سرعت جریان با کاهش فشار همزمان است به شرطی که ارتفاع سیال ثابت باشد .
هیدرولیک سیالات و قانون برنولی و ارتباط تنیده شده ی این دو به هم در این فرمول V سرعت شاره ، g شتاب گرانش زمین، h ارتفاع از نقطه دلخواه در جهت گرانش زمین ، Pفشار در شاره ، ρ چگالی شاره می باشد .
اصلا برنولی پایه گذار علم هیدرودینامیک در دنیا است .
۴– قانون بویل ماریوت :
این قانون نشان می دهد در دمای ثابت ، حاصل ضرب فشار و حجم یک گاز ایدهآل همواره ثابت است .
if T = CET P1(V1) =P2(V2)
۵– قانون شارل :
یا قانون حجم ها این قانون می گوید که برای یک گاز کامل یا ایدهآل در فشار ثابت ، حجم با دمای مطلق گاز (در کلوین) نسبت مستقیم دارد .
V = kT
V1/T1 = V2/T2
۶– قانون گیلوساک :
یا قانون فشارها به بررسی فشار وارد بر دیواره های ظرف در بر دارنده ی یک گاز کامل (ایدهآل) می پردازد که این شرایط با دمای مطلق آن گاز متناسب است .
if V= CET P1/(T1) =P2/(T2)
۷– قانون چارلز :
بدین صورت مطرح می شود که اگر فشار گاز ثابت باشد با افزایش دما حجم گاز افزایش خواهد یافت .
if P = CET V1/T1=V2/T2
البته باید مفهوم توان را در سه جنبه بررسی کرد:
P=V. I : فرمول توان الکتریکی
I بر حسب آمپر ، V بر حسب ولتاژ می باشد .
P = P . Q : فرمول توان سیال
P فشار سیستم و Q دبی سیستم می باشد.
P=F.V1 or P=T.W :فرمول توان مکانیکی
T گشتاور و W سرعت زاویه ای می باشد.
فشار مطلق چیست ؟ فشار پیمانه ای چیست ؟ تفاوت فشار مطلق و فشار پیمانه ای چیست ؟
مفهوم فشار مطلق یا فشار کل یا فشار شامل فشار جو در مقایسه با خلا مطلق تعریف می شود و به لحاظ ریاضی برابر مجموع فشار پیمانهای و فشار اتمسفر است. طبیعی است که این مقدار هرگز نمی تواند منفی
باشد ولی برای مقادیر بالاتر از خلا مطلق مثبت و برای مقدار برابر خلا مطلق صفر است.
مفهوم فشار پیمانهای به فشار اندازهگیری شده نسبت به فشار اتمسفر یا فشار جو اطلاق می شود دقیقا فشاری که فشارسنج ها نشان می دهند اصلا نام آن gauge pressure است . طبیعی است فشار پیمانه ای برای مقادیر فشار های بالاتر از جو مثبت و برابر جو صفر و کمتر از جو منفی باشد .
Pabsolute = Pgauge + Patm
Pgauge = Ptotal – Patm
P gauge =ρ .g.h + 1.01 ×10 5
