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:  Киа Рио 3 ( KIA Rio) с пробегом обзор неисправностей и недостатков

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.

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.

ОФС.1.2.1.0015.15 Вязкость

Содержимое (Table of Contents)

Читайте также:  Formula от Pirelli шаг назад, два вперед

ОФС.1.2.1.0015.15 Вязкость

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

Вязкость ОФС.1.2.1.0015.15

Взамен ГФ XII, ч.1, ОФС 42-0038-07

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Основными кинематическими переменными для жидкостей служат деформация и ее скорость. Поэтому для изучения реологических характеристик жидких сред устанавливают связь между приложенными внешними нагрузками и кинематическими параметрами.

Жидкости, вязкость которых не зависит от напряжения сдвига и при определенной концентрации и температуре является постоянной величиной в соответствии с законом Ньютона, называются ньютоновскими. Жидкости, вязкость которых не подчиняется закону Ньютона и зависит от напряжения сдвига, называются неньютоновскими.

Различают динамическую, кинематическую, относительную, удельную, приведенную и характеристическую вязкости. Для неньютоновских жидкостей, главным образом, характерна структурная вязкость. Структурная (эффективная или кажущаяся) вязкость – вязкость при данном напряжении сдвига.

Динамическая вязкость или коэффициент вязкости (η) – это приходящаяся на единицу поверхности тангенциальная сила, называемая также напряжением сдвига (τ), выраженная в паскалях (Па), которую необходимо приложить для того, чтобы переместить слой жидкости площадью 1 м 2 со скоростью (v) 1 метр в секунду (м∙c -1 ), находящийся на расстоянии (х) 1 м относительно другого слоя, параллельно плоскости скольжения.

Величина dv/dx представляет собой градиент скорости и определяет скорость сдвига D, выраженную в обратных секундах (с -1 ).

Таким образом, вязкость (η) определяется отношением напряжения сдвига (τ) к скорости сдвига D и определяется по формуле:

Динамическая вязкость (η) в системе СИ выражается в Паскаль-секундах (Па ∙ с) или миллипаскаль-секундах (мПа ∙ с); в системе СГС – в пуазах (П) или сантипуазах (сП). Также динамическая вязкость может измеряться в дин ∙ с/см 2 и кгс ∙ с/м 2 и производных от них единицах.

При измерении вязкости ньютоновских жидкостей в капиллярных вискозиметрах определяют кинематическую вязкость.

Кинематическую вязкость (ν), выраженную в метрах квадратных на секунду (м 2 ∙ с -1 ), получают делением величины динамической вязкости η на плотность жидкости ρ, выраженную в килограммах на метр кубический (кг ∙ м -3 ), измеренную пикнометром или плотномером при той же температуре:

Кинематическая вязкость в системе СИ выражается в метрах квадратных на секунду (м 2 ∙с –1 ) или миллиметрах квадратных на секунду (мм 2 ∙ с –1 ); в системе СГС – в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).

При работе с растворами используются такие реологические характеристики, как относительная, удельная, приведенная и характеристическая вязкости.

Относительная вязкость (ηотн.) – отношение вязкости раствора к вязкости растворителя:

Часто вязкость выражают как удельную вязкость (ηуд), которая показывает, какая часть вязкости раствора обусловлена присутствием в нем растворенного вещества:

(3)

η – вязкость раствора;

ηо – вязкость растворителя.

Удельная вязкость, отнесенная к единице концентрации раствора, называется приведенной вязкостью (ηприв):

где с – концентрация раствора.

Для растворов полимеров вязкость является функцией молекулярных масс, формы, размеров и гибкости макромолекул. Чтобы определить структурные характеристики полимеров, приведенную вязкость экстраполируют к нулевой концентрации. В этом случае вводится понятие характеристической вязкости [η]:

(5)

Характеристическая вязкость выражается в единицах, обратных единицам концентрации.

Для определения вязкости применяются капиллярные, ротационные вискозиметры и вискозиметры с падающим шариком.

Капиллярные вискозиметры обычно используются для определения вязкости при одном значении скорости сдвига, поэтому применяются в основном для исследования ньютоновских жидкостей. Они просты и удобны в обращении.

Ротационные вискозиметры позволяют определять реологические свойства жидкостей в широком диапазоне скоростей сдвига, что особенно важно для неньютоновских жидкостей.

Вискозиметр с падающим шариком (вискозиметр Гепплера) предназначен для измерения вязкости прозрачных ньютоновских жидкостей.

Читайте также:  Пробои прокладки ГБЦ как понять и что делать - Авто Гуру

Допускается использование других вискозиметров при условии, что точность и правильность измерений будет не хуже, чем в случае использования вискозиметров, описанных ниже.

Измерение вязкости на капиллярных вискозиметрах

Для измерения кинематической вязкости применяются капиллярные вискозиметры типа Оствальда и Уббелоде различной модификации.

Стеклянные капиллярные вискозиметры предназначены для определения вязкости:

1) прозрачных жидкостей – серии ВПЖ и ВПЖТ;

2) малых объемов прозрачных жидкостей – серии ВПЖМ и ВПЖТМ;

3) непрозрачных жидкостей – серии ВНЖ и ВНЖТ.

На рис. 1 и 2 представлен общий вид вискозиметров серии ВПЖ.

» data-medium-file=»https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?fit=144%2C300&ssl=1″ data-large-file=»https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?fit=182%2C380&ssl=1″ src=»https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?resize=144%2C300″ alt=»Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-1″ width=»144″ height=»300″ srcset=»https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?resize=144%2C300&ssl=1 144w, https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?w=182&ssl=1 182w» sizes=»(max-width: 144px) 100vw, 144px» data-recalc-dims=»1″ />

Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-1

Рисунок 1 – Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-1

1, 2, 4 – трубки; 3 – измерительный резервуар;

М1, М2 – отметки измерительного резервуара.

Рисунок 2 – Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-2

1, 2 – трубки; 3 – измерительный резервуар;

М1, М2 – отметки измерительного резервуара.

Вискозиметр состоит из капилляра с радиусом R и длиной L, через который под действием силы тяжести протекает жидкость объема V.

Если Н – средняя высота жидкости, g – ускорение силы тяжести, то кинематическая вязкость (ν) в миллиметрах квадратных на секунду (мм 2 ∙ с -1 ) равна:

где – постоянная прибора, обычно выражаемая в миллиметрах квадратных на секунду квадратную (мм 2 ∙ с -2 ).

Если известна плотность испытуемой жидкости ρ, то, зная v, можно вычислить динамическую вязкость η (мПа ∙ с):

ρ – плотность испытуемой жидкости (мг∙мм -3 ), полученная умножением относительной плотности (d) на 0,9982.

Для определения вязкости в каждом конкретном случае капиллярные вискозиметры выбирают в соответствии с табл. 1 и 2 по известным значениям К и V в зависимости от характера испытуемой жидкости, ее объема и значения вязкости.

Методика. Перед проведением измерений вискозиметр следует тщательно промыть и высушить.

В колено трубки 2 вискозиметра наливают измеренный объем жидкости и вискозиметр помещают в вертикальном положении в водяной термостат с температурой (20 ± 0,1) о С, если в фармакопейной статье не указана другая температура, удерживая его в этом положении не менее 30 мин для установления температурного равновесия. Производят повышение уровня жидкости в вискозиметре через отверстие 1 (в случае вискозиметра ВПЖ-1 закрывают трубку 4) до тех пор, пока жидкость не поднимется выше отметки М1. Тогда повышение уровня прекращают, и жидкость опускается. Время t, которое требуется, чтобы мениск прошел расстояние между отметками М1 и М2, замеряют секундомером с точностью до 0,2 с.

Время истечения испытуемой жидкости определяют как среднее не менее чем трех измерений. Полученные данные являются приемлемыми при условии, что результаты двух последовательных измерений отличаются не более чем на 1 %.

Для определения относительной вязкости жидкости ηотн измеряют время истечения между верхней и нижней меткой мениска той жидкости, относительно которой проводят измерения tоср. Затем в том же чистом и сухом вискозиметре при тех же условиях определяют время истечения испытуемой жидкости tcp..

Одновременно при той же температуре, при которой определяют вязкость, измеряют плотности испытуемых жидкостей ρо и ρ пикнометрическим методом и рассчитывают относительную вязкость по формуле:

(8)

Для определения характеристической вязкости готовят не менее 5 испытуемых растворов различной концентрации. При этом должно выполняться условие возможности линейной экстраполяции приведенной вязкости к нулевой концентрации, т.е. концентрации раствора следует выбирать минимальными в пределах чувствительности и точности метода измерения. Для каждой концентрации раствора определяют tcp. и рассчитывают приведенную вязкость. Затем строят зависимость ηприв. от концентрации с и графически или линейным методом наименьших квадратов экстраполируют приведенную вязкость к нулевой концентрации, т.е. находят характеристическую вязкость.

Таблица 1 — Характеристики капиллярных вискозиметров серии ВПЖ-1 и ВПЖТ-1

Диапазон измерения вязкости, мм 2 /с

Ссылка на основную публикацию
Что такое mAh (миллиампер-часы) на аккумуляторе
Что такое мАч Все, что нужно знать о мобильных аккумуляторах Аккумулятор — это один из самых важных элементов любого мобильного...
Что можно забирать из отеля
С какого возраста хозяева отдают маленьких щенков время отлучения от матери Завести питомца – это ответственный шаг, ведь собака станет...
Что можно изготовить из старого жесткого диска
Как из старого жесткого диска HDD сделать часы, зеркало или сейф Новости Apple Не торопитесь выбрасывать жесткие диски, оставшиеся после...
Что такое Power Bank (Повер Банк) как его выбрать, для чего он нужен, обзор популярных моделей
Как выбрать внешний аккумулятор (Powerbank) для телефона Развитие мобильных технологий диктует свои критерии к современным мобильным девайсам. Смартфоны, планшетные ПК,...
Adblock detector