Viskositet. Koeffisienten for dynamisk viskositet. Den fysiske betydning av koeffisienten for viskositeten

viskositetsindeks - en nøkkelparameter for arbeidsmediet eller gass. I fysiske betingelser, kan den viskositet defineres som den indre friksjon som bevirkes av bevegelsen av partiklene som utgjør massen av væske (gass) mediet, eller ganske enkelt, bevegelsen motstand.

Hva er viskositet

En enkel empirisk erfaring viskositet bestemmelse: den glatte skråflaten samtidig helt opp i en like stor mengde vann og olje. Vann strømmer raskere olje. Det er mer flytende. Beveger seg raskt tømme olje forhindrer en høyere friksjon mellom molekylene (indre motstand - viskositet). Således fluidviskositeten omvendt proporsjonal med dens fluiditet.

viskositetsindeks: formelen

I en forenklet form av fremgangsmåten ifølge viskøst fluid i rørledningen kan betraktes som plane parallelle lag A og B med det samme overflatearealet S, hvor avstanden mellom disse er størrelsen av h.

Disse to sjikt (A og B) beveger seg med forskjellige hastigheter (V og V + AVa). Et lag som har den høyeste hastigheten (V + AVs), omfatter bevegelse av laget B, som beveger seg med en lavere hastighet (V). På samme tid B-laget har en tendens til å bremse ned hastigheten av laget A. Den fysiske betydning av viskositetskoeffisienten er at friksjonen av molekylene som utgjør den strømningsmotstanden av lagene danner en kraft som Isaak Nyuton rives ved følgende formel:

F = μ x S x (AVs / h)

her:

• AVs - forskjell mellom bevegelseshastigheten av fluidstrømnings lag;
• h - avstand mellom væskestrømmen lagene;
• S - overflatearealet av fluidstrømmen laget;
• μ (mu) - faktor som avhenger av egenskapene til en væske, kalles absolutt dynamisk viskositet.

I SI enheter formel er som følger:

μ = (F x h) / (S x AVs) = [x Pa s] (x Pascal sekunder)

Hvor F - påvirkning av tyngdekraften (vekt) enhet av den hydrauliske væskevolum.

verdi av viskositeten

I de fleste tilfeller er koeffisienten av dynamiske viskositet måles i centipois (cP) i henhold til systemet cgs (centimeter, gram, sekund). I praksis, er viskositeten av den flytende masse forhold som er relatert til dens volum, det vil si væske tetthet:

ρ = m / V

her:

• ρ - tetthet av væsken;
• m - massen av fluid;
• V - volum av væske.

Forholdet mellom den dynamiske viskositet (μ) og tetthet (ρ) kalles en kinematisk viskositet ν (ν - gresk - nu):

ν = μ / ρ = ^[m2 / s]

Forresten, fremgangsmåter for bestemmelse av viskositeten koeffisienten er forskjellige. For eksempel, den kinematiske viskositet er fortsatt målt i henhold til GHS-systemet i centistoke (cSt) og et submultiplum kvanta - Stokes (St):

• Første klasse = 10 ^{-4 2} m / s = 1 cm ² / s;
• 1sSt = 10 ^{-6 2} m / s = 1 ^mm2 / S.

Bestemmelse av viskositeten av vann

Viskositetskoeffisienten av vann blir bestemt ved å måle fluidstrømningstiden gjennom den kalibrerte kapillarrør. Denne enheten er kalibrert ved bruk av en kjent standard væske-viskositet. For å bestemme kinematiske viskositet, målt i ^mm2 / s, fluidstrømningstiden, målt i sekunder, blir multiplisert med en konstant verdi.

Som en sammenligningsenhet anvendes viskositeten av destillert vann, hvis verdi er tilnærmet konstant, selv ved temperaturforandringer. Viskositet - et forhold mellom den tid i sekunder som er nødvendig for fast volum av destillert vann til utløpet av et kalibrert hull, til den samme verdi for testvæsken.

viscometers

Viskositeten måles i grader Engler (° e) Saybolt Universal Seconds ( "SUS) eller Redwood grader (° RJ) avhengig av hvilken type av reometeret. Tre typer av viskosimetre forskjellige i mengde av strømmende flytende medium.

Viscometer å måle viskositeten i europeisk enhets Engler grader (° E), beregnet pr 200 ^cm3 av strømmende flytende medium. Viscometer å måle viskositeten i Saybolt Universal Seconds ( "SUS eller" SSU), som brukes i USA, som inneholdt 60 ^cm3 av prøvevæske. I England, hvor brukt Redwood grader (° RJ), gjennomfører viskosimeter å måle viskositeten av 50 ^cm3 væske. Hvis for eksempel 200 ^cm3 av en olje strømmer til ti ganger langsommere enn den samme mengde vann gir en viskositet 10 ° Engler E.

Ettersom temperaturen er en viktig faktor i å forandre viskositeten forholdet blir målingene utføres vanligvis først ved en konstant temperatur på 20 ° C og deretter ved dens høyere verdier. Resultatet således uttrykkes ved å tilsette en passende temperatur, for eksempel 10 ° E / 50 ° C eller 2,8 ° E / 90 ° C. væskens viskositet ved 20 ° C høyere enn dens viskositet ved høyere temperaturer. Hydrauliske oljer har en viskositet ved de følgende respektive temperaturer:

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

oversettings verdier

Bestemmelse av viskositet forekommer i forskjellige systemer (American, britisk, GHS) og derfor er ofte nødvendig for å oversette data fra et målesystem til et annet. For å konvertere verdier for viskositeten til fluidet i grader Engler i centistokes ^(mm2 / s) ved hjelp av den følgende empiriske formel:

ν (cst) = 7,6 x ° E x (1-1 / ° E3)

For eksempel:

• 2 ° E = 7,6 x 2 x (1-1 / 23) = 15,2 x (0,875) = 13,3 cSt;
• 9 ° E = 7,6 x 9 x (1-1 / 93) = 68,4 x (0,9986) = 68,3 cSt.

For raskt å kunne bestemme standarden viskositeten av det hydrauliske formel kan forenkles olje som følger:

ν (cst) = 7,6 x ° E ^(mm2 / s)

Etter å ha ν kinematisk viskositet i ^mm2 / s eller cSt, kan den bli omdannet til en dynamisk viskositet koeffisient μ, ved hjelp av følgende forhold:

μ = ν x ρ

Eksempel. Oppsummering av forskjellige formler oversettings Engler grader (° E) centistoke (cSt) og centipois (eps), anta at hydraulisk olje med en tetthet ρ = 910 kg / m ³ har en kinematisk viskositet på 12 ° E, i enheter av centistokes:

ν = 7,6 x 12 x (1-1 / 123) = 91,2 x (0,99) = 90,3 ^mm2 / s.

Siden 1sSt = 10 ^{-6 2} m / s og 1 br = N x 10 ^-3 s / m ^{2 og} deretter den dynamiske viskositet vil være lik:

μ = ν x ρ = 90,3 x 10 ^-6 · 910 = 0,082 x N s / ^m2 = 82 cP.

Viskositetskoeffisienten av gassen

Det bestemmes av sammensetningen (kjemisk, mekanisk) gass til en temperatur og trykk som påføres i de gassdynamiske beregninger i forbindelse med gassbevegelse. I praksis blir viskositeten av gassen tatt hensyn til i utformingen utvikling av gassfelt, hvor beregningen er utført koeffisient endres avhengig av endringer i gassammensetning (særlig viktig for gasskondensat innskudd), temperatur og trykk.

Vi beregner koeffisienten for viskositeten av luft. De fremgangsmåter som vil være tilsvarende de som er beskrevet ovenfor, de to vannstrømmer. Anta at Parallelt bevegelige to gass-strømmer U1 og U2, men med forskjellige hastigheter. Mellom lagene av konveksjon vil inntreffe (interpenetrering) molekyler. Som et resultat, vil momentum raskere flytting luftstrømmen reduseres og i utgangspunktet går sakte - akselerert.

Koeffisienten av viskositeten av luft, i henhold til Newtons lov, uttrykkes ved følgende formel:

F = -h x (dU / dZ) x S

her:

• dU / dZ er hastighetsgradienten;
• S - område av støtkraften;
• Faktor h - den dynamiske viskositet.

viskositetsindeks

Viskositetsindeks (VI) - en parameter som korrelerer forandring i viskositet og temperatur. Korrelasjonen er en statistisk avhengighet forhold, i dette tilfellet de to verdier ved hvilke temperaturendring er ledsaget av systematisk variasjon av viskositeten. Jo høyere viskositetsindeks, jo mindre forandringen mellom de to verdier, dvs. viskositeten for arbeidsmediet er mer stabil med temperatur.

Viskositeten av oljer

På grunnlaget for den moderne olje viskositetsindeks på mindre enn 95-100 enheter. Så i hydrauliske maskiner og utstyr kan brukes tilstrekkelig stabil væske som begrenser stor variasjon i viskositet under betingelser for kritiske temperaturer.

"Gunstige" koeffisient viskositet kan opprettholdes ved å innføre en spesiell oljeadditiver (polymer), oppnådd ved destillasjon av petroleum. De øker viskositetsindeksen oljen ved å begrense endringer i egenskapene til det tillatte området. I praksis innføring av nødvendige mengde av additiver med lav viskositetsindeks basisolje kan heves til 100-105 enheter. Imidlertid således oppnådde blanding ble forringer dets egenskaper under høyt trykk og varmebelastning, og dermed redusere effektiviteten av tilsetningsmidlet.

I strømkretser må brukes kraftige hydrauliske væsker, med en viskositetsindeks på 100 enheter. Væsker som inneholder tilsetninger som øker viskositetsindeksen, blir brukt i hydrauliske styrekretser og andre systemer som opererer i området fra lav / middels trykk, i et begrenset temperaturområde forandrer seg med små lekkasjer og satsvis. Ettersom trykket øker og øker viskositeten, men prosessen foregår ved trykk over 30,0 MPa (300 bar). I praksis er denne faktoren ofte neglisjert.

Måling og regulering

I henhold til den internasjonale ISO-standarder, er viskositeten av vann (eller andre væsker) uttrykt i centistokes: cSt ^(mm2 / s). Målinger av viskositet prosessoljer bør utføres ved temperaturer mellom 0 ° C, 40 ° C og 100 ° C. I alle fall, i en markering oljens viskositet bør være angitt ved henvisningstallet 40 ° C. Bort Viskositetsverdien er angitt ved 50 ° C. Marks, oftest brukt i ingeniør hydraulikk, spenner fra ISO VG 22 til ISO VG 68.

Hydraulisk olje VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 ved en temperatur på 40 ° C har viskositeter i forhold til sitt merking: 22, 32, 46, 68 og 100 cSt. Den optimale kinematiske viskositet arbeidsmediet i hydrauliske systemer ligger i området fra 16 til 36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers - SAE) har etablert områder av viskositet ved spesifikke temperaturer og hensiktsmessige koder som er tilordnet dem. Tallet etter bokstaven W, - et absolutt dynamisk viskositet koeffisient μ ved 0 ° F (-17,7 ° C), og ν den kinematiske viskositet bestemt ved 212 ° F (100 ° C). Denne indekserings regard flergradsoljen som brukes i bilindustrien (overføring, motor, og D. osv.).

Effekten av viskositeten på hydraulisk arbeids

Fastsettelse av viskositeten til væsken er ikke bare vitenskapelig og pedagogisk interesse, men bærer også viktig praktisk betydning. De hydrauliske væsker som ikke bare overfører energi fra pumpen til den hydrauliske motor, men også for å smøre alle deler og komponenter tas ut fra den varme som utvikles friksjons par. Samsvarer ikke med arbeidet til arbeidsmediet viskositet kan alvorlig forstyrre effektiviteten av hydraulikk.

Den høye viskositet for arbeidsfluid (olje meget høy tetthet) fører til følgende negative effekter:

• Den økte strømningsmotstand i det hydrauliske fluid bevirker stort trykkfall i det hydrauliske system.
• Deselerasjon kontroll av hastighet og mekaniske bevegelser av aktuatorene.
• Utvikling av pumpen kavitasjon.
• Null eller meget lav luft frigjøring fra det hydrauliske oljetanken.
• Et merkbart tap av kraft (reduserende effektivitet) av hydraulikk på grunn av de høye kostnadene for energi for å overvinne den indre friksjon i fluidet.
• Øket dreiemoment fra drivmotoren til maskinen som følge av å øke belastningen på pumpen.
• Den temperaturstigning i det hydrauliske fluid frembringes av øket friksjon.

Således har den fysikalske betydningen av koeffisienten for viskositet er i sin slag (positiv eller negativ) av hvilke komponenter og mekanismer for kjøretøyer, maskiner og utstyr.

Tap av hydraulisk kraft

Den lave viskositeten av arbeidsfluid (med lav tetthet olje) fører til følgende negative effekter:

• Fallende volumetriske virkningsgrad av pumpene som et resultat av økende innvendig lekkasje.
• Økningen i indre lekkasje av hydrauliske komponenter i hele det hydrauliske system - pumper, ventiler, ventil, hydrauliske motorer.
• Øket slitasje av pumpeenheter og pumper jamming på grunn av utilstrekkelig hydraulisk fluid viskositet som er nødvendig for smøring av rubbing deler.

kompressibilitet

Enhver væske under trykk komprimeres. Når det gjelder oljer, kjølevæske og smøreolje som brukes i maskinteknikk hydraulikk, empirisk funnet at kompresjonsprosessen er omvendt proporsjonal med den flytende masse på dens volum. Mengden av trykkstag for mineraloljer er betydelig lavere for vann og mye lavere for de syntetiske fluider.

I enkle lavtrykks hydraulisk fluidum kompressibilitet ubetydelig effekt på å redusere det opprinnelige volum. Men kraftige maskiner med høytrykks-hydraulisk drivsylindre og store, manifesterer denne prosessen seg synlig. Ved hydraulisk mineralolje ved et trykk på 10,0 MPa (100 bar), reduserer volumet av 0,7%. I dette tilfelle kan en endring i kompresjonsvolumet i liten grad påvirker den kinematiske viskositet og type av olje.

konklusjon

Bestemmelse av viskositet gjør det mulig å forutsi driften av utstyr og maskineri under forskjellige betingelser, ta hensyn til endringer i væske eller gassammensetning, trykk, temperatur. Også kontroll av de indikatorer som er relevante til olje- og gassindustrien, verktøy og andre næringer.