Viskositet. Koefficienten för dynamisk viskositet. Den fysiska innebörden av det viskositetskoefficient

viskositetsindex - en nyckelparameter av arbetsfluiden eller gas. I fysiska termer, kan viskositeten definieras som den inre friktionen som orsakas av rörelsen hos de partiklar som utgör massan hos den (gasformigt) medium vätska, eller, enklare, rörelsen motståndet.

Vad är viskositeten

En enkel empirisk erfarenhet viskositetsbestämning: den släta sluttande yta samtidigt hälldes i en lika stor mängd av vatten och olja. Vatten rinner snabbare olja. Det är mer flytande. Rör sig snabbt dränera oljan förhindrar en högre friktion mellan dess molekyler (inre resistans - viskositet). Sålunda, fluidens viskositet omvänt proportionell mot dess fluiditet.

viskositetsindex: formeln

I en förenklad form av processen för viskös fluid i rörledningen kan betraktas som plana parallella skikt A och B med samma ytarea S, avståndet mellan vilka är storleken av h.

Dessa två skikt (A och B) rör sig med olika hastigheter (V och V + AV). Ett skikt som har den högsta hastigheten (V + AV), innefattar rörelsen av skiktet B, som rör sig med en lägre hastighet (V). Samtidigt tenderar B-skiktet för att minska hastigheten av skiktet A. Den fysiska innebörden av det viskositetskoefficienten är att friktionen av molekylerna som utgör motståndet av skikten flöde bildar en kraft som Isaak Nyuton beskrivas med följande formel:

F = μ × S × (AV / h)

här:

• AV - skillnaden mellan rörelsehastigheten för fluidflödesskikt;
• h - avståndet mellan vätskeströmmen skikten;
• S - ytarea av fluidflödesskiktet;
• μ (mu) - faktor som beror på egenskaper hos en vätska, som kallas absolut dynamiska viskositeten.

In SI enheter formel är följande:

μ = (F x h) / (S x AV) = [Pa x s] (× Pascalsekund)

Där F - tyngdkraften (vikt) enhet av den hydrauliska vätskevolymen.

värdet av viskositet

I de flesta fall, koefficienten för dynamisk viskositet mäts i centipoise (cP) i enlighet med system cgs (centimeter, gram, sekund). I praktiken, är viskositeten hos den vätskemassförhållandet relaterat till sin volym, dvs vätskedensitet:

ρ = m / V

här:

• ρ - vätskans densitet;
• m - massan av fluid;
• V - volym av vätska.

Förhållandet mellan den dynamiska viskositeten (μ) och densitet (ρ) kallas en kinematisk viskositet ν (ν - grekiska - nu):

ν = μ / ρ = [m ² / s]

Incidentally, metoder för bestämning av viskositetskoefficienten är olika. Till exempel, den kinematiska viskositeten fortfarande mäts i enlighet med GHS-systemet i centistoke (cSt) och en undermultipel kvantiteter - Stokes (St):

• 1 klass = 10 ^-4 m ² / s = 1 cm ² / s;
• 1sSt = 10 ^-6 m ² / s = 1 mm ² / s.

Bestämning av viskositeten för vatten

Viskositetskoefficient vatten bestäms genom mätning av fluidflödestiden genom den kalibrerade kapillärröret. Denna anordning är kalibrerad med användning av en känd standard vätskeviskositet. För att bestämma kinematiska viskositeten, mätt i mm ² / s, vätskeflödestiden, mätt i sekunder, multipliceras med ett konstant värde.

Som en jämförelseenhet används viskositeten för destillerat vatten, vars värde är nästan konstant även när temperaturen ändras. Viskositet - ett förhållande mellan den tid i sekunder som behövs fast volym av destillerat vatten till utgången av en kalibrerat hål, till samma värde för testvätskan.

viskosimetrar

Viskositeten mäts i grader Engler (° E) Saybolt Universal Seconds ( "SUS) eller Redwood grader (° RJ), beroende på vilken typ av reometer. Tre typer av viskosimetrar endast skiljer i mängden strömmande vätskemedium.

Viskosimeter mätning av viskositeten i den europeiska enhets Engler grader (° E), räknat per 200 cm ³ av strömmande vätskemedium. Viskosimeter mätning av viskositeten i Saybolt Universal Seconds ( "SUS eller" SSU), som används i USA, innehåller 60 cm ³ av testvätska. I England, där används Redwood grader (° RJ), genomför viskometer mätning av viskositeten hos 50 cm ³ av vätska. Till exempel, om 200 cm ³ från en oljeflöden vid tio gånger långsammare än samma mängd vatten, är viskositeten 10 ° Engler E.

Eftersom temperaturen är en nyckelfaktor för att ändra förhållandet viskositet, är mätningarna genomföres vanligen initialt vid en konstant temperatur av 20 ° C och sedan vid sina högre värden. Resultatet, således, uttrycks genom att lägga till en lämplig temperatur, t ex 10 ° E / 50 ° C eller 2,8 ° E / 90 ° C flytande viskositet vid 20 ° C högre än dess viskositet vid högre temperaturer. Hydrauloljor ha en viskositet vid följande respektive temperaturer:

190 cSt vid 20 ° C = 45,4 cSt vid 50 ° C = 11,3 cSt vid 100 ° C.

värden översättnings

Bestämning av viskositeten sker i olika system (amerikanska, brittiska, GHS) och därför krävs ofta för att översätta data från ett mätsystem till ett annat. För att konvertera värdena av fluidens viskositet uttryckt i grader Engler i centistoke (mm ² / s) med användning av följande empiriska formel:

ν (est) = 7,6 x ° E x (1-1 / ° E3)

Till exempel:

• 2 ° E = 7,6 x 2 x (1-1 / 23) = 15,2 x (0875) = 13,3 cSt;
• 9 ° E = 7,6 x 9 x (1-1 / 93) = 68,4 x (0,9986) = 68,3 cSt.

För att snabbt bestämma den standardviskositet av den hydrauliska formel kan förenklas olja enligt följande:

ν (est) = 7,6 x ° E (mm ² / s)

Med ν kinematisk viskositet i mm ² / s eller cSt, kan den omvandlas till en dynamisk viskositet koefficient μ, med användning av följande samband:

μ = ν × ρ

Exempel. Sammanfattar olika formler översättnings Engler grader (° E) centistokes (cSt) och centipoise (cps), antag att hydraulolja med en densitet ρ = 910 kg / m ³ har en kinematisk viskositet av 12 ° E, i enheter om centistok:

ν = 7,6 x 12 x (1-1 / 123) = 91,2 x (0,99) = 90,3 mm ² / s.

Sedan 1sSt = 10 ^{-6 m2} / s och 1br = N x 10 ^-3 S / M ^2, då den dynamiska viskositeten kommer att vara lika med:

μ = ν × ρ = 90,3 x 10 ^-6 · 910 = 0,082 × Ns / m ² = 82 cPs.

Viskositetskoefficient av gasen

Det bestäms av kompositionen (kemisk, mekanisk) gas till en temperatur och tryck som appliceras i de gas-dynamiska beräkningar associerade med gas rörelse. I praktiken är viskositeten av gasen beaktas vid utformningen utveckling av gasfält, där beräkningen genomföres koefficient ändras beroende på de förändringar gas sammansättning (särskilt viktiga för gaskondensat insättningar), temperatur och tryck.

Vi beräknar viskositetskoefficient på luft. Processerna kommer att vara liknande de som beskrivits ovan de två vattenflöden. Antag parallell förflyttning två gas-strömmar U1 och U2, men med olika hastigheter. Mellan skikten av konvektion kommer att inträffa (integrationen) molekyler. Som ett resultat kommer fart rör sig snabbare luftflöde minskar och initialt rör sig långsamt - påskyndas.

Viskositetskoefficienten av luft, i enlighet med Newtons lag, uttryckt av följande formel:

F = -h × (dU / dZ) x S

här:

• dU / dZ är hastighetsgradienten;
• S - området slagkraft;
• Faktor h - den dynamiska viskositeten.

viskositetsindex

Viskositetsindex (VI) - en parameter som korrelerar förändringen i viskositet och temperatur. Korrelationen är en statistisk beroendeförhållande, i detta fall de två värdena vid vilka temperaturförändringen åtföljs av systematisk variation av viskositet. Den högre index viskositet, desto mindre är förändringen mellan de två värdena, d.v.s. viskositeten hos arbetsfluiden är mer stabil med temperaturen.

Viskositeten hos oljorna

Vid grundvalarna för den moderna oljeviskositetsindex på mindre än 95-100 enheter. Så i hydrauliska maskiner och utrustning kan användas tillräckligt stabila vätskor som begränsar bred variation i viskositet under betingelser med kritiska temperaturer.

"Gynnsam" viskositetskoefficient kan upprätthållas genom att införa en speciell oljetillsatser (polymerer) som erhållits genom destillation av petroleum. De ökar viskositetsindex olja genom att begränsa förändringar i egenskaperna för det tillåtna området. I praktiken införandet av nödvändig kvantitet av tillsatser med låg viskositetsindex basoljan kan höjas till 100-105 enheter. Var dock på så sätt erhållna blandningen försämrar dess egenskaper under högt tryck och värmebelastning, och därigenom minska effektiviteten av tillsatsen.

I strömkretsar måste användas kraftfulla hydrauliska fluider med ett index på 100 enheter viskositet. Vätskor innehållande tillsatsmedel som ökar viskositetsindex, används i hydrauliska styrkretsar och andra system som arbetar i området av låg / medeltryck, i en begränsad förändringar temperaturområde med små läckor och satsvis. När trycket ökar och viskositeten ökar, men processen sker vid tryck över 30,0 MPa (300 bar). I praktiken är denna faktor ofta försummas.

Mätning och indexering

I enlighet med de internationella ISO-standarder, är viskositeten hos vatten (och andra vätskor), uttryckt i centistoke: cSt (mm ² / s). Mätningar av viskositet processoljor skall utföras vid temperaturer mellan 0 ° C, 40 ° C och 100 ° C. I vilket fall, i en kodmarkering oljeviskositeten bör visas vid hänvisningsbeteckningen 40 ° C. Bort viskositet ges vid 50 ° C. Märken, som oftast används i tekniska hydraulik, intervall från ISO VG 22 till ISO VG 68.

Hydraulolja VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 vid en temperatur av 40 ° C har viskositeter som motsvarar deras märkning: 22, 32, 46, 68 och 100 cSt. Den optimala kinematiska viskositeten hos arbetsfluiden i hydrauliska system ligger inom området 16 till 36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers - SAE) har etablerat intervall av viskositeter vid specifika temperaturer och lämpliga koder som tilldelats dem. Det tal som följer bokstaven W, - en absolut dynamisk viskositet koefficient μ vid 0 ° F (-17,7 ° C), och ν den kinematiska viskositeten bestämd vid 212 ° F (100 ° C). Denna indexering beaktande multigrade oljor som används inom bilindustrin (transmission, motor, och så vidare. D.).

Effekten av viskositeten på hydraulisk arbete

Fastställande av vätskans viskositet är inte bara vetenskapliga och pedagogiska intresse, men också bär viktig praktisk betydelse. Hydraulvätskorna inte bara överföra energi från pumpen till den hydrauliska motorn, men också för att smörja alla delar och komponenter tas ut från de värme genererade friktionsparen. Inte överensstämmer med arbetet av arbets vätskans viskositet kan allvarligt störa effektiviteten i hydrauliken.

Den höga viskositeten hos arbetsfluiden (olja mycket hög densitet) leder till följande negativa effekter:

• Det ökade motståndet hos den hydrauliska fluidflödet orsakar överdriven tryckfall i det hydrauliska systemet.
• Retardation kontroll av hastighet och mekaniska rörelser av manövreringsorganen.
• Utveckling av pump kavitation.
• Noll eller mycket låg luftavskiljning från den hydrauliska oljetanken.
• En märkbar förlust av effekt (minskar effektiviteten) av hydraulik på grund av de höga kostnaderna för energi för att övervinna den inre friktionen hos fluiden.
• Ökat vridmoment hos drivmotorn på maskinen som orsakas av att öka belastningen på pumpen.
• Temperaturökningen hos hydraulvätskan som genereras av ökad friktion.

Sålunda, är den fysiska innebörden av koefficienten för viskositet i dess inverkan (positiv eller negativ) på komponenterna och mekanismer för fordon, maskiner och utrustning.

Förlust av hydraulkraft

Den låga viskositeten hos arbetsfluiden (låg densitet olja) orsakar följande negativa effekter:

• Fallande volymetriska verkningsgraden av pumparna som ett resultat av ökande inre läckage.
• Ökningen av inre läckage av hydrauliska komponenter i hela hydraulsystemet - pumpar, ventiler, ventil, hydrauliska motorer.
• Ökat slitage av pumpar och pumpar störning på grund av otillräcklig hydraulvätska viskositet som är nödvändig för smörjning av gnugga delar.

kompressibilitet

Någon vätska under tryck komprimeras. Med avseende på oljor, kylmedel och smörjmedel som används i mekanisk ingenjörs hydraulik, empiriskt det sig att komprimeringsprocessen är omvänt proportionell mot den flytande massan på dess volym. Mängden av kompressionselementet till mineraloljor är betydligt lägre för vatten och mycket lägre för de syntetiska vätskor.

I enkla lågtrycks hydraulvätska kompressibilitet försumbar effekt på att minska den ursprungliga volymen. Men kraftfulla maskiner med högt tryck hydrauliska drivcylindrar och stora, manifesterar denna process i sig synligt. I hydraulisk mineralolja vid ett tryck av 10,0 MPa (100 bar), minskar volymen av 0,7%. I detta fall, en förändring i kompressionsvolymen i liten utsträckning påverka den kinematiska viskositeten och typ av olja.

slutsats

Bestämning av viskositet gör det möjligt att förutsäga funktionen hos maskiner under olika betingelser, med hänsyn till förändringar i fluid eller gassammansättning, tryck, temperatur. Även kontroll av indikatorerna är relevanta för olje- och gasindustrin, verktyg och andra industrier.