高压下液体的压缩性

高压下液体的压缩性研究任安峰摘要通过实验研究，得到了高压下液体的压缩性规律，以图和表的形式给出了结果。关键词高压液体压缩性STUDYONCOMPRESSIBILITYOFLIQUIDUNDERHIGHPRESSURERenAnfengABSTRACTByexperimentalstudies,compressibilityrulesofliquidunderhighpressureobtained.Theresultisshowninfiguresandtables.KEYWORDShighpressure,liquid,compressibilityCorrespondent:RenAnfeng,POBox4,Baotou014034液体在低压作用下的压缩性很小，在液压工程设计中通常是忽略不计的。但是，在高压作用下，特别是超高压作用下，液体的压缩性显著增大，在液压工程设计中就必须较准确地考虑其压缩性。只有这样，液压系统才能可靠地、精确地工作，否则液压系统就不能正常工作，甚至报废或发生事故。因此，研究高压、超高压下液体的压缩性，对于高压液压工程系统的设计、生产和使用具有重要的意义。1实验方法本实验采用的装置如图1所示，初步研究了液体(变压器油)在高压作用下的压缩性。该试验装置由一个厚壁圆筒、一个柱塞杆、一个下密封头和若干密封元件组成。试验前，在厚壁圆筒外表面粘贴上切向和轴向应变片，用来测量加压时圆筒外表面的应变值；在柱塞杆上安装测量柱塞杆行程的量具；在厚壁圆筒的下端安装压力传感器，用来测量圆筒内的液体压力。试验时，先在圆筒内注满液体，并测出液面的高度H，然后装入柱塞杆，并使柱塞杆与液面接触。用外动力推动柱塞杆向下运动，同时测量出相对应的柱塞杆行程、圆筒内液体压力和圆筒外表面应变值。加压过程中必须保持液体不向圆筒外泄漏，否则测量出的数据无效。试验结束后，通过计算柱塞杆一定行程时所对应的体积Vc和厚壁圆筒的体积胀大量ΔVr，来计算液体在相应压力下的体积压缩量ΔV。图1液体压缩性实验装置简图厚壁圆筒的体积胀大量ΔVr可以通过下面公式计算得到其中，Vo表示厚壁圆筒内腔初始体积，Vr表示厚壁圆筒在某一压力下的内腔体积，r0表示厚壁圆筒初始内半径，r表示厚壁圆筒某一压力下的内半径，H表示液面高度，Δr表示厚壁圆筒在某一压力下内半径的胀大量，可用下式计算得到(2)式中，P表示压力，E表示厚壁圆筒材料的弹性模量，μ表示厚壁圆筒材料的泊松比，W表示厚壁圆筒外径与内径之比。柱塞杆一定行程所对应的体积(挤占液体的体积)，用下式计算(3)式中，rz表示柱塞杆的半径，L表示柱塞杆的行程。液体的压缩性的大小用压缩系数β表示，其计算公式为(4)其中，ΔV表示在压力P作用下液体体积的压缩量(m3)，V0表示液体压缩前的初始体积(m3)。液体体积的压缩量由下式计算(5)在高压液压工程设计中常常用到液体的相对压缩量ΔV/Vo，所以这里也给出了相对压缩量的变化规律。2实验结果与讨论用图1所示的实验装置在室温下做了变压器油的压缩性实验。实验时，为了保持油液温度基本上不变化，采用缓慢加压，到压后保压1～2min，然后测量压力值、应变值和柱塞杆行程。实验测得的压力值和柱塞杆行程L如表1所示。由计算公式计算得到的数据也列入了表1。根据表1数据得到的液体(变压器油)的压缩性规律曲线如图2～图4所示。由图2～图4可以看出，随着压力增加，液体的压缩性也增加，压力在400MPa以前液体的压缩性增加较快，但随着压力的进一步增加，液体压缩性的增幅逐渐减小。起初液体的压缩性增加较快与液体里含有气体和气泡有关。表1液体(变压器油)压缩性实验结果P/MPaL/mVL/10-6m3ΔVr/10-6m3ΔV/10-6m3ΔV./%β/10-4.MPa-11032003014014995986890.0400.0700.0970.1210.1420.1620.17962.8111.6154.3192.4225.8257.7284.713.025.338.150.763.175.687.249.886.3116.2141.7162.7182.1197.54.17.19.511.613.314.916.2-3.98-3.55-3.16-2.89-2.67-2.49-2.35图2柱塞杆行程与压力的关系曲线图3液体体积相对压缩量与压力的关系曲线图4液体压缩系数与压力的关系曲线3结论液体在高压作用下是可压缩的，在100～400MPa压力范围内，压缩率增加较快，但随着压力进一步增加，压缩率增幅逐渐减小。对于变压器油来说，相对压缩量由100MPa时的4%到700MPa时达到16%。因此，在承受高压的液压工程系统设计时，不可忽略液体的压缩性。任安峰高级工程师包头市第四号信箱014034作者单位：兵器工业第五二研究所1998年9月8日收到修改稿