Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст
Проведен математический анализ энергетических параметров жидкостей и твердых тел при гидростатическом сжатии. Предложен способ уменьшения энергетических затрат в технологиях гидростатической обработки различных материалов под высоким давлением путем использования суспензий в качестве передающей давл...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69314 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст / В.В. Косинский // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 3. — С. 82-92. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859529964676710400 |
|---|---|
| author | Косинский, В.В. |
| author_facet | Косинский, В.В. |
| citation_txt | Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст / В.В. Косинский // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 3. — С. 82-92. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Проведен математический анализ энергетических параметров жидкостей и твердых тел при гидростатическом сжатии. Предложен способ уменьшения энергетических затрат в технологиях гидростатической обработки различных материалов под высоким давлением путем использования суспензий в качестве передающей давление «жидкой среды». Даны рекомендации по составлению суспензий как по фракционному составу твердой фазы с учетом физических характеристик материала порошков, так и подбору жидкостей с учетом давлений до 1.5 GPa.
Проведено математичний аналіз енергетичних параметрів рідин й твердих тіл при гідростатичному стиску. На підставі цих даних запропоновано метод зменшення енергетичних втрат у технологіях гідростатичної обробки різних матеріалів під високим тиском шляхом використання суспензій у якості «рідкого середовища», що передає тиск. Надано рекомендації до складання суспензій як за фракційним складом твердої фази з урахуванням фізичних характеристик матеріалу порошків, так і підбору рідин з урахуванням тиску до 1.5 GPa.
A mathematical analysis of energy parameters of liquids and solids under the hydrostatic compression is performed. A method of decreasing the expenditure of energy in hydrostatic technology of different materials processing at high pressure by usage of suspensions as pressure-transmitting «liquid medium» is proposed. The recommendations on suspensions compounding by both fraction composition of solid phase in view of physical characteristics of powder material and for liquids selection subject to pressure up to 1.5 GPa are given.
|
| first_indexed | 2025-11-25T22:42:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
© В.В. Косинский, 2010
PACS: 62.10.+s
В.В. Косинский
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
В ПРОЦЕССАХ ОБРАБОТКИ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ
РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ СУСПЕНЗИЙ И ПАСТ
Запорожская государственная инженерная академия
г. Запорожье, Украина
E-mail: kosinskiy_zp@mail.ru
Статья поступила в редакцию 13 апреля 2009 года
Проведен математический анализ энергетических параметров жидкостей и
твердых тел при гидростатическом сжатии. Предложен способ уменьшения
энергетических затрат в технологиях гидростатической обработки различных
материалов под высоким давлением путем использования суспензий в качестве
передающей давление «жидкой среды». Даны рекомендации по составлению сус-
пензий как по фракционному составу твердой фазы с учетом физических харак-
теристик материала порошков, так и подбору жидкостей с учетом давлений до
1.5 GPa.
Ключевые слова: гидростатическая обработка, модуль объемного сжатия жидко-
сти, потенциальная энергия сжимаемой жидкости, суспензия, седиментация, мик-
ропорошки
Введение
Выполненные Бриджменом системные исследования поведения твердых
тел под высоким гидростатическим давлением способствовали началу ин-
тенсивного изучения и практического использования новых технологиче-
ских процессов: компактирования изделий из порошковых металлов, метал-
локерамики и керамики; экструзии профилей из различных материалов; по-
лучения новых композиционных материалов, а также технологий, связанных
с их упрочнением.
В технологиях гидростатической обработки нередки случаи, когда полу-
чаемые или обрабатываемые изделия при своих значительных габаритах
имеют и сложную геометрическую форму. Для их обработки требуются и
камеры высокого давления (КВД) соответствующих габаритов. Чем больше
габариты КВД, тем больше энергии требуется затрачивать на обработку или
получение изделий.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
83
В данной работе на основе математического анализа энергетических со-
ставляющих «жидкости» и «твердого тела», а также экспериментальных
данных предложен и обоснован способ уменьшения энергетических затрат в
технологиях гидростатической обработки различных материалов под высо-
ким давлением за счет использования суспензий в качестве передающей
давление «жидкой среды».
1. Состояние изучаемой проблемы
Данных по изучению энергетических составляющих жидкостей под вы-
соким давлением весьма мало [1]. Сведения об изменении под высоким дав-
лением энергетических характеристик суспензий и коллоидных систем и во-
все отсутствуют. В ряде работ дается анализ оценки изменения вязкости
суспензий в зависимости от количества твердой фазы [2]. В некоторых ис-
следовательских работах по гидроэкструзии приводятся данные о том, что с
добавлением в солидол графита (до 50%) необходимое технологическое
давление (по сравнению с аналогичной технологией, но без добавок графи-
та) значительно снижается [3].
При разработке насосного и прессового оборудования энергетические ха-
рактеристики жидкостей определяют по формуле E = mP/ρ, где m – масса
рассчитываемой жидкости, kg; ρ – плотность, kg/m3; P – расчетное давление,
MPa. При максимальных расчетных давлениях P ~ 32 MPa сжимаемость
жидкости можно не учитывать. В нефте- и горнодобывающей промышлен-
ности при перегонке шламовых суспензий и дробленых горных пород в рас-
чет берется только зависимость их динамической вязкости от количествен-
ного состава твердой фазы без учета энергоемкости потоков [4].
2. Постановка задачи
В процессах гидростатической обработки (прессование порошковых из-
делий, экструзия, упрочнение изделий) технологическое давление установки
передается на изделие посредством сжимаемой жидкости. Энергия сжимае-
мой жидкости зависит: от величины создаваемого давления; от модуля объ-
емного сжатия жидкости и от ее состава (присутствия в ней твердой фазы).
Известно [5], что под давлением в той или иной степени сжимаются все
вещества. Модуль упругости твердых тел на несколько порядков выше, чем
модуль объемного сжатия жидкостей. То есть для решения ряда прикладных
задач твердые тела по сравнению с жидкостями можно считать несжимае-
мыми. Это наводит на мысль об использовании в гидропрессовании в каче-
стве рабочей среды не чистой жидкости, а суспензии, несжимаемые частицы
которой позволят снизить энергозатраты на сжатие рабочей жидкости.
Основная задача данной работы состоит в определении и сравнении энер-
госиловых параметров «чистых» жидкостей и их смесей с порошками твер-
дых тел (металлов, карбидов, нитридов, оксидов) в процессах гидростатики,
в выявлении жидкостей, наиболее подходящих для создания суспензий с оп-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
84
тимальными параметрами, и порошков (по размеру фракции, физическим и
прочностным свойствам).
3. Методы решения поставленной задачи
Определение энергетических характеристик жидкостей и твердых тел
предлагается рассматривать на основе процессов изостатического сжатия.
Так как в природе все без исключения вещества с повышением давления
сжимаются, увеличивая свою плотность и потенциальную энергию [5], в ра-
боте анализировали, в какой мере изменение объема влияет на изменение
потенциальной энергии различных жидкостей и твердых тел в зависимости
от величины гидростатического давления.
Полную энергию жидкости определяют по величине работы, затраченной
на ее сжатие в КВД. Полагаем, что сжатие жидкости выполняется линейно,
т.е. прикладываемое усилие повышается (например, до 1 MN) линейно. То-
гда величина работы A, затраченной на сжатие жидкости (погрешность на
энергию деформации КВД составляет ~ 0.4% при давлении P = 500 MРa, и
ею можно пренебречь), будет определяться из выражения
0 2
FA U H= = Δ , (1)
где 0U – внутренняя энергия сжимаемой жидкости, J; F – усилие, прикла-
дываемое к жидкости, MN; ΔH – изменение высоты жидкости в КВД от
приложенной силы F, m.
Изменение высоты сжимаемой жидкости ΔH под действием силы F будет
соответствовать изменению ее объема ΔV в зависимости от давления P
(диаметр КВД не изменяется). Тогда формула (1) может быть записана в виде
2
PA V= Δ . (2)
Сжимаемость любых сред χ есть величина, обратная их модулю объемно-
го сжатия EL: χ = 1/EL, и определяется [6] по формуле
1 V
V P
Δ
χ =
Δ
. (3)
Тогда изменение модуля объемного сжатия будет определяться как
L
PE V
V
Δ
=
Δ
и, следовательно,
L
VV P
E
Δ = Δ . (4)
Подставляя в выражение (2) значение ΔV из (4) и учитывая, что ΔP в про-
цессах гидростатики принимает конкретное значение прикладываемого дав-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
85
ления P, работу, а следовательно, и внутреннюю энергию, затраченную на
сжатие жидкости объемом V с учетом изменения ее физических свойств
(модуля объемного сжатия ЕL), будем находить из выражения
2
0 2
L
L
PA U V
E
Δ
= = или
2
2 L
PA V
E
= . (5)
Исходя из двухпараметрического уравнения Тэйта [7], описывающего за-
кон изменения объема жидкости от величины давления,
0
0
lnV V b Pa
V b
− +
= ,
0
1 lnV b Pa
V b
+
= − . (6)
Тогда согласно (3)
d ln
1
d1 ln
b Pa
b
b P Pa
b
+⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎝ ⎠χ =
+
−
или 1
( )1 ln
a
b P b Pa
b
χ =
+ +−
. (7)
Используя определение χ = 1/EL, находим формулу модуля объемного
сжатия жидкости с использованием коэффициентов Тэйта, которые для мно-
гих жидкостей определены и являются справочными данными [8]:
( ) 1 ln
L
b Pb P a
bE
a
+⎛ ⎞+ −⎜ ⎟
⎝ ⎠= , (8)
где a и b – коэффициенты сжимаемости жидкости (Тэйта).
Изменение модуля объемного сжатия в зависимости от величины гидро-
статического давления ряда различных по физическим свойствам жидкостей
представлены на рисунке.
Величина потенциальной энергии UP, получаемой жидкостью при ее сжа-
тии давлением P, определится согласно зависимостям (5) и (8) как
Рис. Зависимости модуля объемного сжа-
тия E жидкостей от величины давления P
при их гидростатическом сжатии: 1 – гли-
церин, 2 – трансформаторное масло, 3 –
вода
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
86
2
2( ) 1 ln
P
P aVU
b Pb P a
b
=
+⎛ ⎞+ −⎜ ⎟
⎝ ⎠
. (9)
Полную энергию сжимаемой жидкости в процессах гидростатики с не-
значительными погрешностями можно приравнять к потенциальной
( 0 PU U= ).
Данные по изменению энергетических параметров жидкости (глицерина)
и металла (железа) в зависимости от величины гидростатического давления
объемом V = 1 m3 приведены в табл. 1.
Таблица 1
Энергетические характеристики жидкости и металла при различных
давлениях гидростатического обжатия
Жидкость (глицерин) Металл (железо)Гидроста-
тическое
давление,
MPa
относительное
изменение
объема V, %
удельная энер-
гия сжатия UL,
10–6 J/m3
относительное
изменение объ-
ема V, 102 %
удельная энер-
гия сжатия UT,
10–1 J/m3
Суммарная
потенциаль-
ная энергия
U0, 10–6 J/m3
100 2.47 1.14 7.16 0.34 1.14
200 4.51 3.92 14.3 2.73 3.92
300 6.25 7.75 21.5 9.22 7.75
400 7.76 12.3 28.6 21.7 12.3
500 9.1 17.4 36.0 42.5 17.4
Физические характеристики глицерина [9]: начальная вязкость μ0 = 1.48 Pa·s;
коэффициенты сжимаемости (по Тэйту) a = 0.117 и b = 425 MPa; пьезокоэф-
фициент вязкости C = 0.58·10–2 MPa–1; модуль упругости при T = 20°C E0 =
= 4.15 GPa; удельный вес γ = 1.262 g/cm3.
Физические характеристики железа [10]: коэффициенты сжимаемости (по
Бриджмену) c = 5.83·10–7 MPa–1 и d = 0.8·10–12 MPa–2; модуль упругости E0 =
= 2·102 GPa; коэффициент Пуассона ν = 0.3.
При создании суспензий будем полагать, что при давлениях ~ 1.5 GPa ис-
пользуемая в них твердая фаза (порошки различных металлов и неметаллов)
не сжимаема, а следовательно, энергию не накапливает, т.е. при сжатии сус-
пензий вся энергия аккумулируется только в жидкой фазе.
Суспензии – это микрогетерогенные системы, в которых дисперсная фаза
твердая (совокупность частиц, химически не взаимодействующих с окру-
жающей их жидкой средой), а дисперсная среда – жидкость. Принципы их
существования: 1) агрегативная устойчивость (полное покрытие частиц мо-
лекулами дисперсной среды) и 2) возможная седиментация (осаждение) час-
тиц под действием силы тяжести за длительный промежуток времени [11].
В соответствии с первым принципом при высоких давлениях жидкость
способна обволакивать частицы и проникать в микропоры с нанометровыми
габаритами.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
87
Второй принцип существования суспензий более проблематичный и бу-
дет рассмотрен ниже.
При использовании суспензий необходимо выбрать материал и габариты
частиц, а также определиться, какими свойствами должна обладать исполь-
зуемая жидкая среда.
Основным фактором при рассмотрении устойчивости суспензий является
получение минимально возможной скорости седиментации частичек вы-
бранного материала.
Способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение
частиц по всему объему принято называть седиментационной, или кинети-
ческой, устойчивостью системы. О такой устойчивости можно говорить
только при рассмотрении свободнодисперсных систем, когда каждая части-
ца свободна и находится в тепловом движении. С использованием порошков
фракции 0.1 μm и менее суспензии считаются устойчивыми [12].
Скорость оседания частичек металлических порошков определяется со-
гласно зависимости [13]:
2 ( )2
9
S Lr gU γ − γ
=
η
, (10)
где U – скорость оседания частичек, cm/s; r – средний радиус частичек, cm;
(γS – γL) – разность удельных весов материала частиц и жидкости, g/cm3; g –
ускорение свободного падения, cm/s2; η − динамическая вязкость жидкости,
g/cm·s.
Согласно формуле (10) седиментационная устойчивость суспензий опре-
деляется: разностью удельных весов (γS – γL) частичек порошка и жидкости
– чем меньше эта разность, тем более устойчива дисперсная система; дина-
мической вязкостью жидкости η – чем больше исходная вязкость жидкой
фазы суспензии, тем медленнее процесс седиментации; габаритами (фракци-
ей) используемых частиц r.
При изготовлении суспензии в качестве жидкости наиболее приемлемы
глицерин или технические масла как наиболее доступные, дешевые и не
вредные в производстве.
В качестве порошков твердых тел применяются карбид кремния, оксид
алюминия (корунд или глинозем марки ГК), пластинчатый или кубический
графит. Все эти порошки безвредны, химически стойки к различным средам,
недефицитны, выпускаются в Украине. Основные их достоинства (в отличие
от металлических порошков) – сравнительно небольшой удельный вес (γ =
= 3.2 g/cm3 – SiC и γ = 19.3 g/cm3 – W), невысокая цена и большой выбор
выпускаемого фракционного состава (начиная с 1–2 μm).
На протяжении ряда лет автором проводились работы по созданию тиг-
лей, предназначенных для процессов получения лопаток направленной кри-
сталлизации, с использованием гидростата диаметром 20 cm и давлением до
200 MPa. Тигли изготавливали из порошков, содержащих до 70% белого ко-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
88
рунда фракции 200 μm, методом сухого гидростатического прессования в
полиуретановых оболочках. При этом ни на контейнере, ни на пуансоне не
было обнаружено заметных следов истирания от абразива. На пуансоне пе-
ред вторым латунным кольцом размещали кольцо из полиуретана толщиной
0.8 cm и высотой 1.5 cm.
При использовании гидростатов давлением до 1.5 GPa с внутренним диа-
метром контейнера 5.5 cm и менее можно порекомендовать применять в
суспензиях в качестве твердых добавок материалы с чешуйчатой структурой –
дисилицид молибдена, нитрид бора, графит.
Как правило, седиментация микропорошков неметаллов осуществляется в
воде. Данные по свободной (без применения ультразвука) седиментации не-
металлических микропорошков в вязких (η ≥ 1.5 Pa·s) средах отсутствуют,
поэтому экспериментальная часть включала в себя определение степени устой-
чивости суспензий по времени, жидкая фаза которых – вязкая (η ≥ 1.5 Pa·s)
жидкость, а твердая – микропорошки материалов, удельный вес которых
γS ≤ 4 g/cm3.
Экспериментальную часть по седиментации проводили с использованием
глицерина (свойства даны выше) и микропорошков карбида кремния и ко-
рунда при комнатной температуре. Пробирку объемом 200 mm3 заполняли
глицерином (150 g) с тщательно размешанным микропорошком (фракции 7 μm)
SiC (30 g), ставили в темную комнату (Т ~ 20°С) и каждые 30 min на просвет
100-ваттной лампы отслеживали степень осаждения. Заметное начало осаж-
дения фиксировали после 60 min отстаивания. Через 3 h процесс осаждения
проявлялся более явно; через 48 h на дне пробирки образовалась вязкая мас-
са – паста (концентрированная суспензия) с объемной долей твердой фазы в
ней ~ 45–47%.
При аналогичной проверке времени седиментации микропорошка корун-
да (Al2O3) фракции 10 μm результаты были следующими: заметное начало
осаждения ~ 40 min; через 24 h на дне пробирки образовалась вязкая масса с
объемной долей твердой фазы в ней ~ 51–53%.
Рекомендуемое время работы с предложенными суспензиями (процент-
ный состав твердой фазы 10–30%) должно составлять не более 1 h, далее их
желательно перемешивать.
Скорость осаждения частичек микропорошков, определенная по формуле
(11), для SiC составляла U = 0.37·10–4 cm/s, для Al2O3 U = 1.01·10–4 cm/s.
Практически при вышеприведенных скоростях осаждения микропорош-
ков корунда и карбида кремния в глицерине можно рекомендовать в виде
жидкой фазы суспензий использовать и менее вязкие среды (например, тех-
нические масла, вязкость которых ниже, чем у глицерина). При использова-
нии в суспензиях порошков металлов в качестве инертной жидкости подхо-
дит технический вазелин, вязкость которого при T = 20°C η = 20–32 Pa·s.
Исследования по энергетическим составляющим суспензий проводили на
гидравлическом прессе усилием 4 MN с использованием камеры высокого
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
89
давления производства ВНИИМетМаш им. А.И. Целикова (P = 1500 MPa) с
габаритами: внутренний диаметр Dinn = 5.5 cm, длина L = 35 cm. Длина ра-
бочей зоны КВД составляла ~ 23 cm, объем V = 550 cm3.
Под этот объем готовили 3 различных вида суспензий по концентрации
микропорошка Al2O3 фракции 10 μm с объемной концентрацией твердой
фазы в жидкой: 1/9, 1/4, 3/7.
Все составы тщательно перемешивались и по очереди заливались в КВД
для проведения замеров степени их сжатия. Общий объем каждой суспензии
составлял 500 сm3, высота заполнения H1 ~ 21 cm.
Сжатие суспензий и глицерина без порошка в КВД проводили под давле-
нием 300, 500 и 700 MPa, c фиксацией изменения объемов суспензий
(ΔVsusp) и глицерина (ΔVgl). По разнице изменений объемов ΔVgl – ΔVsusp
рассчитывали количество удельной энергии Ugl–susp, «сэкономленной» на
использовании суспензий с различной концентрацией микропорошка Al2O3,
в отличие от «чистого» глицерина, при одинаковых давлениях нагружения.
Данные по сжатию и результаты расчетов заносили в табл. 2.
Как видно из экспериментальных данных, изменение объема сжатых сус-
пензий при одинаковом давлении будет меньше, чем сжатие «чистых» жид-
костей, а следовательно, и общие энергозатраты установок также снизятся.
Изменение объема суспензии под давлением соответствует изменению объ-
ема содержащейся в ней жидкой фазы, т.е. в суспензиях сжимается только
жидкость, и чем меньше (в % отношении) жидкости в суспензии, тем мень-
ше потребуется энергозатрат в процессах гидростатической обработки. С
увеличением габаритов КВД предложенный способ может значительно вли-
ять на экономию энергозатрат.
При создании суспензий необходимо сохранение их текучести за счет
правильного подбора их концентрации. Максимально концентрированными
считаются суспензии (или пасты) с содержанием в жидкости твердой фазы
~ 59–65% в зависимости от формы частиц [12]. При использовании концен-
трированных суспензий в процессах гидростатической обработки необходи-
мо учитывать, что жидкости сжимаемы (P = 0.5 GPa, ΔV = 8–10%; P = 1 GPa,
ΔV = 16–18%; P = 1.5 GPa, ΔV = 20–22%). С учетом вышеприведенных данных
можно рекомендовать: в процессе гидростатической обработки при P < 0.5 GPa
содержание жидкой фазы в суспензии не менее 50%; при P ≤ 1 GPa – не ме-
нее 58%; при P ≤ 1.5 GPa содержание жидкой фазы не менее 62%.
Заключение
1. На основе седиментационного анализа и экспериментальных данных
для создания суспензий были предложены и обоснованы условия их ста-
бильности: использование жидкости с динамической вязкостью η ≥ 1.5 Pa·s
для порошков с удельным весом γS ≤ 4 g/cm3 и габаритами частиц ∅ ≤ 10 μm
и жидкости с динамической вязкостью η ≥ 10 Pa·s для порошков с удельным
весом γS > 4 g/cm3 и габаритами частиц ∅ > 10 μm.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
90
Та
бл
иц
а
2
И
зм
ен
ен
ие
о
бъ
ем
ов
с
ус
пе
нз
ий
, р
аз
ли
чн
ы
х
по
к
он
це
нт
ра
ци
и
в
ни
х
м
ик
ро
по
ро
ш
ка
A
l 2O
3,
и
чи
ст
ог
о
гл
иц
ер
ин
а
пр
и
ра
зл
ич
ны
х
да
вл
ен
ия
х
и
ра
зн
иц
а
в
за
тр
ач
ен
но
й
уд
ел
ьн
ой
э
не
рг
ии
н
а
их
с
ж
ат
ие
И
зм
ен
ен
ие
о
бъ
ем
а
су
сп
ен
зи
й
ΔV
su
sp
,
cm
3
У
де
ль
на
я
эн
ер
ги
я
сж
ат
ия
су
сп
ен
зи
й
U
su
sp
,
10
–6
J/
m
3
Ра
зн
иц
а
в
из
ме
не
ни
и
об
ъе
ма
ч
ис
то
го
г
ли
це
ри
-
на
и
с
ус
пе
нз
ий
ΔV
=
Δ
V g
l –
Δ
V s
us
p,
cm
3
Ра
зн
иц
а
в
уд
ел
ьн
ой
э
не
р-
ги
и
сж
ат
ия
ч
ис
то
го
г
ли
-
це
ри
на
и
с
ус
пе
нз
ий
U
gl
–s
us
p,
10
–6
J/
m
3
об
ъе
мн
ая
к
он
це
н-
тр
ац
ия
, %
об
ъе
мн
ая
к
он
це
нт
ра
ци
я,
%
Ги
др
ос
та
-
ти
че
ск
ое
да
вл
ен
ие
P,
M
Pa
И
зм
ен
ен
ие
об
ъе
ма
чи
ст
ог
о
гл
иц
ер
ин
а
ΔV
gl
, c
m
3
10
20
30
У
де
ль
на
я
эн
ер
-
ги
я
сж
ат
ия
чи
ст
ог
о
гл
иц
ер
ин
а
U
gl
,
10
–6
J/
m
3
10
20
30
10
20
30
10
20
30
0
0
0
0
0
–
–
–
–
0
0
0
–
–
–
30
0
31
28
25
22
7.
75
7
6.
2
5.
4
3
6
9
0.
75
1.
55
2.
35
50
0
45
41
36
32
17
.4
15
.7
13
.9
12
.8
4
9
13
1.
7
3.
5
4.
6
70
0
57
51
46
40
28
.7
25
.8
23
20
.1
6
11
17
2.
9
5.
7
8.
6
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
91
2. В соответствии с расчетами для уменьшения энергосиловых параметров
гидростатической обработки различных материалов под давлением ~ 1.5 GPa
было предложено и обосновано использование суспензий на основе глице-
рина с добавками карбида кремния SiC или корунда Al2O3.
3. Основываясь на степени сжимаемости жидкостей от величины давле-
ния при гидростатическом сжатии, обосновано процентное содержание
жидкой фазы в общем объеме используемых суспензий для сохранения их
свойства текучести.
1. Процессы изостатического прессования, П.Дж. Джеймс (ред.), Металлургия,
Москва (1990).
2. А.А. Шершавина, Физическая и коллоидная химия. Методы физико-химичес-
кого анализа, Химия, Москва (1981).
3. Механические свойства металлов под высоким давлением, Х.Л. Пью (ред.),
Мир, Москва (1973).
4. К.С. Босниев, Н.М. Дмитриев, Г.Д. Розенберг, Нефтегазовая гидромеханика,
Институт компьютерных исследований, Москва–Ижевск (2005).
5. П.В. Бриджмен, Новейшие работы в области физики высоких давлений, Изд-во
иностр. лит., Москва (1948).
6. Х. Кухлинг, Справочник по физике, Е.М. Лейкин (ред.), Мир, Москва (1983).
7. Д.С. Циклис, Техника физико-химических исследований при высоких и сверх-
высоких давлениях, Химия, Москва (1976).
8. Исследования в области высоких давлений, Е.В. Золотых (ред.), Изд-во стан-
дартов, Москва (1987).
9. В.В. Косинский, Металлургия. Сборник трудов Запорожской государственной
инженерной академии (2003), вып. 8, с. 75–79.
10. Н.Н. Малинин, Прикладная теория пластичности и ползучести, Машинострое-
ние, Москва (1968).
11. Э.М. Натансон, Коллоидные металлы, Металлургия, Москва (1988).
12. Ю.Г. Фролов, Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные
системы, Химия, Москва(1989).
13. Методы седиментационного анализа, Межгосударственный стандарт ГОСТ
22662–77.
В.В. Косiнський
МАТЕМАТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ СПОСОБУ ПІДВИЩЕННЯ
ЕФЕКТИВНОСТІ ГІДРОСТАТИЧНИХ УСТАНОВОК В ПРОЦЕСАХ
ОБРОБКИ ПІД ВИСОКИМ ТИСКОМ РІЗНИХ МАТЕРІАЛІВ
З ВИКОРИСТАННЯМ СУСПЕНЗІЙ ТА ПАСТ
Проведено математичний аналіз енергетичних параметрів рідин й твердих тіл при
гідростатичному стиску. На підставі цих даних запропоновано метод зменшення
енергетичних втрат у технологіях гідростатичної обробки різних матеріалів під ви-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
92
соким тиском шляхом використання суспензій у якості «рідкого середовища», що
передає тиск. Надано рекомендації до складання суспензій як за фракційним скла-
дом твердої фази з урахуванням фізичних характеристик матеріалу порошків, так і
підбору рідин з урахуванням тиску до 1.5 GPa.
Ключові слова: гiдростатична обробка, модуль об'ємного стиску рiдини, потен-
цiйна енергiя стискуючої рiдини, суспензiя, седиментацiя, мiкропорошки
V.V. Kosinsky
MATHEMATICAL PROOF OF THE METHOD OF INCREASING
THE EFFICIENCY OF HYDROSTATIC PLANTS DURING HIGH-PRESSURE
PROCESSING OF MATERIALS BY USING SUSPENSIONS AND PASTES
A mathematical analysis of energy parameters of liquids and solids under the hydrostatic
compression is performed. A method of decreasing the expenditure of energy in hydro-
static technology of different materials processing at high pressure by usage of suspen-
sions as pressure-transmitting «liquid medium» is proposed. The recommendations on
suspensions compounding by both fraction composition of solid phase in view of physical
characteristics of powder material and for liquids selection subject to pressure up to
1.5 GPa are given.
Keywords: hydrostatic processing, modulus of liquid three-dimensional compression,
potential energy of compressible liquid, suspension, sedimentation, micropowders
Fig. Dependences of the modulus of dilatation E of liquids on pressure value P under hy-
drostatic compression: 1 – glycerine, 2 – transformer oil, 3 – water
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69314 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-25T22:42:27Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Косинский, В.В. 2014-10-10T19:10:19Z 2014-10-10T19:10:19Z 2010 Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст / В.В. Косинский // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 3. — С. 82-92. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.10.+s https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69314 Проведен математический анализ энергетических параметров жидкостей и твердых тел при гидростатическом сжатии. Предложен способ уменьшения энергетических затрат в технологиях гидростатической обработки различных материалов под высоким давлением путем использования суспензий в качестве передающей давление «жидкой среды». Даны рекомендации по составлению суспензий как по фракционному составу твердой фазы с учетом физических характеристик материала порошков, так и подбору жидкостей с учетом давлений до 1.5 GPa. Проведено математичний аналіз енергетичних параметрів рідин й твердих тіл при гідростатичному стиску. На підставі цих даних запропоновано метод зменшення енергетичних втрат у технологіях гідростатичної обробки різних матеріалів під високим тиском шляхом використання суспензій у якості «рідкого середовища», що передає тиск. Надано рекомендації до складання суспензій як за фракційним складом твердої фази з урахуванням фізичних характеристик матеріалу порошків, так і підбору рідин з урахуванням тиску до 1.5 GPa. A mathematical analysis of energy parameters of liquids and solids under the hydrostatic compression is performed. A method of decreasing the expenditure of energy in hydrostatic technology of different materials processing at high pressure by usage of suspensions as pressure-transmitting «liquid medium» is proposed. The recommendations on suspensions compounding by both fraction composition of solid phase in view of physical characteristics of powder material and for liquids selection subject to pressure up to 1.5 GPa are given. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст Математичне обґрунтування способу підвищення ефективності гідростатичних установок в процесах обробки під високим тиском різних матеріалів з використанням суспензій та паст Mathematical proof of the method of increasing the efficiency of hydrostatic plants during high-pressure processing of materials by using suspensions and pastes Article published earlier |
| spellingShingle | Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст Косинский, В.В. |
| title | Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст |
| title_alt | Математичне обґрунтування способу підвищення ефективності гідростатичних установок в процесах обробки під високим тиском різних матеріалів з використанням суспензій та паст Mathematical proof of the method of increasing the efficiency of hydrostatic plants during high-pressure processing of materials by using suspensions and pastes |
| title_full | Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст |
| title_fullStr | Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст |
| title_full_unstemmed | Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст |
| title_short | Математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст |
| title_sort | математическое обоснование способа повышения эффективности гидростатических установок в процессах обработки под высоким давлением различных материалов с применением суспензий и паст |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69314 |
| work_keys_str_mv | AT kosinskiivv matematičeskoeobosnovaniesposobapovyšeniâéffektivnostigidrostatičeskihustanovokvprocessahobrabotkipodvysokimdavleniemrazličnyhmaterialovsprimeneniemsuspenziiipast AT kosinskiivv matematičneobgruntuvannâsposobupídviŝennâefektivnostígídrostatičnihustanovokvprocesahobrobkipídvisokimtiskomríznihmateríalívzvikoristannâmsuspenzíitapast AT kosinskiivv mathematicalproofofthemethodofincreasingtheefficiencyofhydrostaticplantsduringhighpressureprocessingofmaterialsbyusingsuspensionsandpastes |