Что такое кинематическая вязкость

Единица измерения вязкости жидкости; Лада мастер

Масла, тормозные жидкости, трансмиссионные жидкости, составы для гидравлических систем, топливо — все эти эксплуатационные материалы имеют основные и косвенные свойства и характеристики. Если для одних жидкостей важны степень воспламенения и испаряемость, то для других важнее текучесть и вязкость. Именно о вязкости мы и поговорим сегодня.

Вязкость и от чего она зависит

Если говорить о вязкости жидкостей в принципе, то её измерение диктуется целым рядом факторов. К примеру, вязкость крови измеряют для одних целей, а вязкость ракетного топлива совсем для других. Именно по этому единица измерения вязкости жидкости может выражаться несколькими величинами и вычисляться по нескольким алгоритмам. Для тех жидкостей, которым этот параметр не принципиально важен, к примеру, вода.

Каждое вещество состоит из молекул, которые могут в определённых пределах сдвигаться друг относительно друга. Способность жидкости сопротивляться сдвигу частиц, из которых она состоит, называют вязкостью. Вязкость может зависеть от массы параметров, как внешних условий, так и внутренних свойств молекулярных связей в том или ином веществе. К примеру, вязкость любой жидкости в той или иной степени зависит от температуры, в то же время, на показатель вязкости влияет химический состав. Взаимодействие этих факторов и формирует коэффициент вязкости вещества.

Кинематическая и динамическая вязкость, их определение

Вязкость любой жидкости характеризуют динамический и кинематический коэффициенты. В лабораторной системе измерений единицей измерения кинематического коэффициента вязкости считают сантистокс. Показатель вычисляют в диапазоне температур от 40 до 120 градусов. Этот параметр определяется с помощью капиллярного вискозиметра путём замера количества вытекающей жидкости через калиброванное отверстие при определённой температуре за определённый промежуток времени.

Абсолютная, или динамическая вязкость, определяется без учёта плотности вещества. Этот коэффициент выражает сопротивление, возникающее при перемещении жидкостей на определённой скорости, которые находятся на расстоянии 1 см друг от друга. Для измерения динамической вязкости применяют ротационный вискозиметр. В лабораторных условиях и тот и другой коэффициент могут иметь множество размерностей, в зависимости от сферы применения жидкости:

динамическая вязкость может выражаться в паскаль/секундах, пуазах, сантипуазах;

кинематическая вязкость выражается в градусах Энглера, секундах Сейболта, стоксах, сантистоксах, квадратных сантиметрах в секунду.

Вязкость автомобильных жидкостей

Как видим, классификаций вязкости жидкостей достаточно много и чтобы не путаться в этих параметрах каждая сфера деятельности выбирает себе наиболее удобную систему измерения, исходя из особенностей использования жидкости. Так в автомобилестроении принят определённый стандарт по вязкости масла тоже. Этот стандарт называется SAE и его сертифицировали по американскому стандарту J300 АРR97. Каждая из автомобильных жидкостей имеет свои параметры — для масла важна вязкость и текучесть, для трансмиссионного масла — то же самое плюс наличие присадок, для тормозной жидкости плотность.

Что касается масел, то Ассоциация автомобильных инженеров делит их по способности течь и образовывать смазывающую плёнку на поверхности трущихся деталей в условиях разных температур. По этому принципу и делятся масла на зимние, летние и всесезонные. Трансмиссионные масла соответствуют по вязкости стандарту J306 и как и моторные, обозначаются по сезонности — зимние (70W), летние (90) или всесезонные (75W-85).

Вязкость гидравлических и индустриальных жидкостей

Если с маслами разобраться достаточно просто, главное знать какой индекс вязкости рекомендует производитель автомобиля для конкретного двигателя при определённой температуре, то с другими эксплуатационными материалами все сложнее. К примеру, жидкость для гидравлического усилителя руля также имеет свою вязкость, которая также изменяется в зависимости от температуры среды. Такие жидкости не только передают механическое усилие (как тормозная жидкость или масло для АКПП), но и должны смазывать механизмы и сопрягаемые детали.

Читайте также:  Сыр Маасдам рецепт в домашних условиях, калорийность, полезные свойства

По этому признаку их делят на классы. Каждому классу соответствует жидкость с определённой вязкостью и эти справочные данные мы привели в таблице ниже.

Знать о тонкостях измерения вязкостей жидкостей простому автолюбителю вовсе необязательно, если он не сотрудник лаборатории по испытанию масел, однако учитывать рекомендации производителя каждого из узлов необходимо. Пользуйтесь жидкостями с правильной вязкостью и удачных всем дорог!

Расчёт динамической, кинематической, относительной, условной вязкости нефти

Так же, как плотность, вязкость нефти является её важнейшей физической характеристикой, поскольку напрямую влияет на её текучесть (величина, обратная вязкости). Вязкие нефти крайне трудно транспортировать по трубопроводам и трудно перерабатывать, что для нефтяной отрасли является затрудняющими факторами.

  • Физическая величина вязкость нефти
  • Динамическая вязкость
  • Кинематическая вязкость
  • Условная вязкость
  • Относительная вязкость

Эта величина в её кинематическом виде, приведенная к температуре 20 градусов Цельсия, может варьироваться в достаточно широком диапазоне – двух до трехсот квадратных миллиметров в секунду (мм 2 /с). Большая часть этого полезного ископаемого характеризуется средним значением этого параметра от 40-ка до 60-ти мм 2 /с.

Эта характеристика является определяющей характеристикой при расчете таких технологических параметров, как:

  • подвижность углеводородного сырья в продуктивном пласте в момент добычи;
  • скорость фильтрации этого сырья в пласте;
  • при определении типа вытесняющего агента;
  • для подбора мощности добывающего насосного оборудования;
  • при определении необходимых условий трубопроводной транспортировки и так далее.

Если знать вязкость нефти, то возможно даже приблизительно определить её состав, поскольку эта физическая характеристика растет с увеличением молекулярных весов составляющих это полезное ископаемое фракций. Иными словами, чем тяжелее добываемое сырье, тем больше оно содержит тяжелых углеводородных фракций, а значит, вязкость его возрастает. В высоковязких марках черного золота содержится много смол и асфальтенов, что сильно затрудняет переработку такого сырья.

Кроме того, на этот параметр влияют растворенные в этом полезном ископаемом газы. К примеру, газы углеводородного состава эту жидкую смесь разжижают, а азотистые – напротив, увеличивают значение её вязкости.

Физическая величина вязкость нефти

Это свойство жидкостей по-другому можно назвать внутренним трением. Другими словами, это способность текучих веществ сопротивляться перемещению их частей одной относительно другой.

Это свойство, как правило, зависит от химического состава смеси, молекулярных масс составляющих её компонентов и от условий, при которых проводятся измерения.

По Ньютоновскому закону внутреннего трения сила внутреннего трения жидких веществ (обозначаемая как f ) находится в зависимости от следующих параметров:

  • площадь соприкосновения составляющих жидкость слоев (обозначение – S);
  • разность их скоростей (Δv);
  • расстояние между этими слоями (Δh);
  • молекулярные свойства жидкого вещества.

Формула этой зависимости такова: f = η * S * (Δv / Δh)

η – это коэффициент пропорциональности, который зависит от сил молекулярного сцепления и называется он коэффициентом внутреннего трения (по-другому – динамической вязкостью нефти).

Динамическая вязкость

Эту величину рассчитывают по так называемой формуле Пуазейля:

η = ((π * Р * r 4 ) / 8 * v * L)) * t

Расшифруем незнакомые обозначения:

P – это давление, под которым происходит движение жидкого вещества;

v – это его объем;

L – длина капилляра, по которому протекает жидкость;

r – диаметр этого капилляра;

t – время, за которое это протекание происходит.

Измеряется эта величина в Па/с(паскаль-секунда, система СИ) или в пз (пуазах, система СГС).

Кинематическая вязкость

Этот параметр является более распространенной физической величиной для оценки свойств нефти и нефтепродуктов. По-другому эту величину называют удельным коэффициентом внутреннего трения.

Этот коэффициент является отношением коэффициента η (см. выше) к плотности жидкого вещества.

Читайте также:  Седан, хэтчбек, универсал – в чём разница В помощь автолюбителю

Единицы измерения этого физического параметра :

В такой отрасли, как нефтехимия, также применяются такие физические характеристики этого вещества, как относительная и условная вязкости.

Условная вязкость

Этот параметр (обозначение ВУ) получают путем деления промежутка времени, за который истекает определенный объем жидкого образца, на период времени, за который истекает такой же объем стандартной жидкости. Время истекания измеряется в вертикальной трубе заранее определенной длины и диаметра. Условия для обеих жидкостей должны быть абсолютно одинаковы.

Определение вязкости жидкости

В любой жидкости под влиянием внешней силы происходит перемещение молекул вещества относительно друг друга. Возникающее при этом трение между молекулами, т. е. внутреннее сопротивление этому перемещению, называется внутренним трением, или вязкостью.

Вязкость является важной физической константой, играющей роль при выборе того или иного типа насоса. Для оценки вязкостных свойств жидкостей пользуются единицами динамической, кинематической, удельной и условной вязкости. Динамическая (абсолютная) вязкость n – это сила сопротивления, которое возникает при перемещении со скоростью 1 см/с двух слоев жидкости площадью в 1 см2, находящихся друг от друга на расстоянии 1 см. Если эта сила будет равна 1 дин, то динамическая вязкость в единицах СGS выражается в граммах на сантиметр на секунду (г/(см/с)) и соответствует 1П (пуазу). Сотая часть пуаза составляет сантипуаз (сП). В единицах СИ динамическая вязкость выражается в паскаль-секундах

(Па*с); 1П = 0,1Па*с; 1 сП = 0,001 Па*с. Например: динамическая вязкость дистиллированной воды при 20,2оС равна 1 сП=1 мПас

Динамическая вязкость может быть определена опытным путем с по-мощью вискозиметра Уббелоде. С достаточной точностью ее нетрудно вычислить, не прибегая к опыту, по формуле:

n = v*p, где v – кинематическая вязкость; p – плотность нефтепродукта при температуре определения вязкости. Кинематическая вязкость v есть отношение динамической вязкости нефтепродукта к его плотности при той же температуре. Единицей кинематической вязкости является стокс (Ст), выражаемый в системе СGS в сантиметрах в квадрате на секунду (см2/с). Сотая доля стокса есть сантистокс (сСт); 1сСт = 0,01 см2/с. В единицах СИ: 1Ст = 10-4 м2/с; 1сСт = 10-6 м2/с. В стандартах на дизельное топливо и смазочные масла кинематическая вязкость нормируется в миллиметрах в квадрате на секунду (мм2/с) или сантистоксах (сСт); 1 сСт = 1 мм2/с. Удельной вязкостью n уд называется отношение динамической вязкости продукта к динамической вязкости дистиллированной воды при 20,2оС. Численно принято считать, что удельная вязкость равна динамической вязкости продукта, умноженной на 100: n уд = 100n.

Условная вязкость представляет собой отношение времени истечения 200 мл продукта через калиброванное отверстие специального прибора – вискозиметра – при температуре t ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при 20оС.

Условная вязкость является отвлеченной величиной и выражается в условных единицах в зависимости от применяемого вискозиметра: для вискозиметра Энглера – в градусах Энглера (Ео), или в градусах условной вязкости (ВУ); для вискозиметра Сейболта – в секундах Сейболта; для вискозиметра Редвуда – в секундах Редвуда.

Между условной и кинематической вязкостью установлена эмпирическая зависимость, которая выражается следующими приближенными формулами:

для v = 1 – 120 мм2/с vt = 7,24 ВУt – 6.25/ВУ t (мм2/с); для v > 120 мм2/с vt = 7,24 ВУt.

Этими формулами можно пользоваться при переводе кинематической вязкости в градусы условной вязкости для практической оценки вязкостных свойств родукта.Обратный перевод для расчетных целей делать не рекомендуется, так как определение условной вязкости продукта недостаточно точно и условная вязкость не отражает физических свойств жидкости. Наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества продуктов получила кинематическая вязкость. Динамическую вязкость определяют в основном в научно-исследовательских работах. Вязкость продуктов существенно зависит от температуры, поэтому получаемое значение вязкости должно обязательно сопровождаться указанием температуры, при которой определялась вязкость.

Читайте также:  Твитеры, ВЧ-динамики, пищалки - зачем они и как отличить хорошие от плохих

Определение кинематической вязкости нефтепродукта в капиллярных вискозиметрах

Приборы для определения вязкости называются вискозиметрами. Чаще всего для определения кинематической вязкости по ГОСТ 33-82 пользуются стеклянными вискозиметрами типа.

Пинкевича и ВПЖТ-2 с помощью которых измеряют кинематическую вязкость продуктов при положительных и отрицательных значениях температуры. В основе метода лежит известная формула Пуазейля для динамической вязкости:

  • Р – давление, при котором происходит истечение жидкости из капилляра
  • r – радиус капилляра
  • L – длина капилляра
  • V – объем жидкости, протекающей через капилляр
  • t – время истечения жидкости в объеме V.

Приборы и материалы

В работе используют: Вискозиметр типа ВПЖТ-2 термо-статирующее устройство, обеспечивающее длительное поддержание заданной температуры с точностью ± 0,03оС при точных и ± 0,1оС – при технических измерениях Термометр ртутный стеклянный с ценой наименьшего деления шкалы 0,05оС для точных и 0,2оС – для технических измерений секундомер термостатирующую жидкость: дистиллированную воду, глицерин или смесь глицерина с водой в соотношении 1:1

Порядок проведения измерения

Для определения кинематической вязкости вискозиметр подбирают таким образом, чтобы время течения нефтепродукта было не менее 200 с. Затем его тщательно промывают и высушивают. Пробу испытуемого продукта профильтровывают через бумажный фильтр. Вязкие продукты перед фильтрованием подогревают до 50–100оС. При наличии в продукте воды его осушают сульфатом натрия или крупнокристаллической поваренной солью с последующим фильтрованием. В термостатирующем устройстве устанавливают требуемую температуру. Точность поддержания выбранной температуры имеет большое значение, поэтому термометр термостата должен быть установлен так, чтобы его резервуар оказался примерно на уровне середины капилляра вискозиметра с одновременным погружением всей шкалы. В противном случае вводится поправка на выступающий столбик ртути по формуле:

  • B – коэффициент температурного расширения рабочей жидкости термометра:
    • для ртутного термометра – 0,00016
    • для спиртового – 0,001
  • h – высота выступающего столбика рабочей жидкости термометра, выраженная в делениях шкалы термометра
  • T1 – заданная температура в термостате, оС
  • T2 – температура окружающего воздуха вблизи середины выступающего столбика, оС.

Определение времени истечения повторяют несколько раз. В соответствии с ГОСТ 33-82 число измерений устанавливают в зависимости от времени истечения: пять измерений – при времени истечения от 200 до 300 с; четыре – от 300 до 600 с и три – при времени истечения свыше 600 с. При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством температуры и отсутствием пузырьков воздуха.
Для подсчета вязкости определяют среднее арифметическое значение времени истечения. При этом учитывают только те отсчеты, которые отличаются не более чем на ± 0,3 % при точных и на ± 0,5 % при технических измерениях от среднего арифметического.

Обработка результатов измерений

Кинематическую вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t вычисляют по формуле:

  • С – постоянная вискозиметра, мм2/с2
  • t – среднее арифметическое учитываемых отсчетов времени истечения жидкости, с
  • g – ускорение силы тяжести в месте измерения вязкости, м/с2
  • 9,807 – нормальное ускорение силы тяжести, м/с2
  • К = 1 + 0,00004^t – коэффициент, учитывающий изменение гидростатического напора жидкости вследствие расширения ее при нагревании
  • ^T – разность между температурой продукта при заполнении вискозиметра и его температурой при определении вязкости.

Кинематическую вязкость нефтепродукта вычисляют с точностью до четвертой значащей цифры

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector