工作流体

工程技术

流体传动与控制以流体作为传动介质，按照流体力学基本原理进行传动与控制。它是一种实用工程技术．其研究范围限于工作流体在封闭管路或容器内的流动。流体传动与控制系统常用的工作介质是液体和气体(压缩空气)。

物理性质

热管工作流体的选择取决于流体的一些物理性质，以及流体同容器、吸液芯材料的化学相容性。适合热管工作流体的要求有：

(1)高的汽化潜热；

(2)高导热率；

(3)低粘度；

(4)高表面张力；

(5)高的润湿能力；

(6)适当的沸点。

一般说来，应当使流体工作在其压力一温度（饱和）曲线陡度大的区域，这样热管工作温度随一定的压力降的变化可以很小。图22上表示出几种液态金属的饱和蒸汽压力一温度曲线。图23，24上表示出几种液态金属对于水的汽化潜热和表面张力的相对值。表6列出一些常用工作流体的热物理性质。此外，蒸汽压力应当适当地高，因为低的蒸汽压力会导致低蒸汽密度和蒸汽流动中高的压力降。

由表1-5可见，热管广泛的工作温度范围（从-200℃到2000℃）使用了各种不同的流体。在已建造的绝大多数热管中，高温情况下是采用液态金属，对于低温和中温的情况采用水，酒精和各种碳氢化合物液体。在200——350℃之间的范围内，合适的工作流体较少。在200℃到360℃范围内工作具有高的传热性能，在水银中加入镁和钛可以使不锈钢网吸液芯达到良好的润湿，长期工作不会出现过度的腐蚀。

在特定的温度范围内各种工作流体的相对价值，通常由比较流体的一种因次特性数群来确定。此特性数群不同的研究者称之为流体特性数群，液体因次参数，液体转移因素，毛细管抽吸参数，或者叫质量因素。它具有热量因次，并定义为

N=ρLhfgσ/μL

式中ρL为液体密度，μL上为液体动力粘度，hfg为汽化潜热，μL为表面张力。此特性值是直接衡量热管工作流体有效性的重要指标。显然其值越大，工作流体性能越好.图25上绘制出一些流体的Ⅳ值随温度而变化的关系。可以看到，N在某一特定温度下达到最大值，在达到临界温度时降低到零。

当然，流体的选择取决于特定的用途，但是也可以得出一般性的结论。对于高温、高热流热管，液态金属肯定比非金属好，因为它们有合适的蒸汽压力特性，表面张力大，潜热高。对于中温工作条件下，杰出的流体看来是水，主要是水有高的表积力和高的潜热。关于低温热管采用低温流体的适应性尚难做出确切的叙述。

空气

在标准状态下，干空气的组成如表2-6所示，其分子量为28.962。在海平面高度上还含有水蒸气和其它气体等不纯物。

含有水蒸气的空气为湿空气。空气中含水分多少对气动系统稳定性有直接影响，因此系统各元件对含水量有明确限制，并且采取措施防止水分被带入。一般伪可以把含稀薄水蒸气的空气当作理想气体对待，故可将湿空气作为空气和水蒸气的混合气体。在气动计算中要考虑水蒸气含量。

气动系统需要干净的气体介质，但是实际使用的经空压机输出的压缩空气都带有污染物质。产生污染的原因：

一是压缩空气中含有由大气带来的溶于水的有害气体和水分；

二是空压机中润滑油在压缩行程中因高温作用下氧化变质而混入气流，附着于元件上；

三是由大气吸入的灰尘会带入压缩空气中。

这些杂质都会使气压元件腐蚀或磨损．为了防止污染的气流进入气动系统，常采用空气过滤器将气体中的杂质过滤；采用冷却器把空压机排出的气温达140~170℃的气流冷却至20℃(实际为40~50℃)：或采用油水分离器将油和水蒸气从空气中分离出去。经上述处理后的压缩空气将适合于工业应用。

液压油

基本功能和实用性能

液区油必须完成三项基本功能：传递动力(力和运动)；润滑所有重要运动表面及把系统内产生的热传送到适当的冷却器。此外，还有一些次要功能，即防止所有外露的生锈和腐蚀；作为压力密封介质，防止摩粒损坏摩擦表面：帮助去除水分而不乳化以及促进排气而不产生永久性发泡。

液压油必须具有一定的实用性能，其中最重要的是；粘度、粘度指数、体积弹性模量、抗摩性、流点、可燃陛、稳定性以及防锈防腐蚀性。粘度指数是指液体阻止由温度引起粘度改变能力，粘度指数愈高，油液粘度随温度的变化愈小，在精密机械中一般要求油液粘度指数在90以上。流点是指在一定条降下油液停止流动的温度，它对低温环境下的工作系统是个重要因素；该值至少比系统所要求最低工作温度低14℃左右。可燃性是用油液闪点(即达到可燃性气氍二的最低温度)和燃，一羔（即油液燃烧所需温度）表示，在高温工作环境下要特别重视。液压油使用寿命由其稳定性来表征。当氧与油液中的各种成分起化学反应时：会使汕液劣化变质。氧化的产物含有腐蚀金属零件的酸巨物质，它破坏油液润滑性。温度升温时，油液化学反应加强，可能产生树脂、沥青等固体物质，而堵塞过滤器、阀、泵和马达。因而一般把液压油工作温度限制在6 5℃以下。

常用液压油

液压装置应用范围广，使用条件各异，因此液压油的种类繁多．一般采用如下分类方法：

石油基液压油具有能满足各种粘度要求以及良好的粘温特性、良好的润滑性能、良好的抗氧化性、良好的防锈防腐能力等优点，因此得到广泛应用。表2-3列出了国产液压油的性能。由于液压油价格较昂贵，二十一世纪初发展了高水基液压油，例如水包油乳化液压油就是其中一种，它是用90～95%的水与矿物油等添加物混合搅拌乳化而成，这种油的粘性和压缩性等物理特性与水的差别不大。却比水的防锈性和润滑性好，具有抗燃性和价格低廉的优点，但是由于粘度低和润滑性差，故只在一定范围内得到应用。

最近除研究廉价的高水基液压油外，国外还对粘度随电场强度变化的电粘性油在液压装置中韵应用进行研究，在数十KV/cm的电场强度下．单相液体的粘度可增加百分之几十；胶质溶液的粘度可增加几十倍。利用这种效应，可制成没有可移动的固体件的流量控制阀，实现流量及方向控制。

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