Viskositet. Koefficienten for den dynamiske viskositet. Den fysiske betydning af viskositetskoefficient

viskositetsindeks - en nøgleparameter af arbejdsfluidet eller gas. Rent fysisk, kan viskositeten defineres som den indre friktion forårsaget af bevægelse af partiklerne, der udgør massen af væske (gasformig) medium, eller, mere enkelt, bevægelsen modstand.

Hvad er viskositeten

En simpel empirisk oplevelse viskositet bestemmelse: den glatte skrånende overflade samtidigt hældt i en tilsvarende mængde vand og olie. Vand strømmer hurtigere olie. Det er mere flydende. Bevæger sig hurtigt dræne olien forhindrer en højere friktion mellem dens molekyler (intern modstand - viskositet). Således fluidviskositeten omvendt proportional med dets fluiditet.

viskositetsindeks: formlen

I forenklet form af fremgangsmåden af viskose fluid i rørledningen kan betragtes som flade parallelle lag A og B med samme overfladeareal S er afstanden mellem hvilke er størrelsen af h.

Disse to lag (A og B) bevæger sig med forskellige hastigheder (V og V + AV). Et lag med den højeste hastighed (V + AV), involverer bevægelsen af laget B, bevæger sig med en lavere hastighed (V). Samtidig B-laget tendens til at bremse hastigheden af laget A. Den fysiske betydning af viskositetskoefficienten er, at friktionen af molekylerne udgør strømningsmodstanden af lagene danner en kraft, som Isaak Nyuton beskrives ved følgende formel:

F = μ × S × (AV / h)

her:

• AV - forskel mellem bevægelseshastigheden af fluidstrømningsledninger lag;
• h - afstand mellem væskestrømmen lag;
• S - overfladeareal af fluidstrømmen lag;
• μ (mu) - faktor afhængigt af egenskaberne af en væske, kaldet absolut dynamisk viskositet.

I SI-enheder formel er som følger:

μ = (F × h) / (S × AV) = [Pa xs] (× Pascal sekund)

Hvor F - tyngdekraften (vægt) enhed af hydraulikvæsken volumen.

værdi af viskositet

I de fleste tilfælde koefficienten for den dynamiske viskositet måles i centipoise (cP) efter systemets CGS (centimeter, gram, sekund). I praksis er viskositeten af den flydende masse forhold relateret til dets volumen, dvs. væskedensitet:

ρ = m / V

her:

• ρ - væskens densitet;
• m - masse af fluid;
• V - væskevolumen.

Forholdet mellem den dynamiske viskositet (μ) og densitet (ρ) kaldes en kinematisk viskositet ν (ν - græsk - nu):

ν = μ / ρ = ^[m2 / s]

I øvrigt, fremgangsmåder til bestemmelse af viskositetskoefficienten er forskellige. For eksempel den kinematiske viskositet er stadig målt i overensstemmelse med GHS-systemet i centistoke (cSt) og et submultiplum mængder - Stokes (St):

• 1st Class = 10 ^-4 m ² / s = 1 cm ² / s;
• 1sSt = 10 ^-6 m ² / s = 1 ^mm2 / s.

Bestemmelse af viskositeten af vand

Viskositetskoefficient af vand bestemmes ved måling fluidstrømmen tid gennem den kalibrerede kapillarrør. Denne indretning kalibreres under anvendelse af en kendt standard flydende viskositet. At bestemme kinematisk viskositet, målt i ^mm2 / s, fluidstrømningen tid, målt i sekunder, multipliceres med en konstant værdi.

Som en sammenligningsenhed anvendes viskositeten af destilleret vand, hvis værdi er næsten konstant, selv når de temperaturændringer. Viskositet - et forhold mellem tid i sekunder, der er behov for fast volumen af destilleret vand til udløbet af en kalibreret hul, til den samme værdi for prøvevæsken.

viskosimetre

Viskositeten måles i grader Engler (° E) Saybolt Universal Seconds ( "SUS) eller Redwood grader (° RJ) afhængig af typen af rheometer. Tre typer af viskosimetre kun afviger i mængden af strømmende flydende medium.

Viscometer måling af viskositeten i europæisk enhed Engler grader (° E), beregnet pr 200 ^cm3 strømmende flydende medium. Viscometer måling af viskositeten i Saybolt Universal Seconds ( "SUS eller" SSU), der anvendes i USA, indeholdende 60 ^cm3 testvæske. I England, hvor der anvendes Redwood grader (° RJ), gennemfører viskosimeter måling af viskositeten af 50 ^cm3 væske. For eksempel, hvis 200 ^cm3 fra en olie strømmer med ti gange langsommere end den samme mængde vand, er viskositeten 10 ° Engler E.

Da temperaturen er en nøglefaktor i at ændre viskositetsforhold målingerne udføres sædvanligvis i første omgang ved en konstant temperatur på 20 ° C og derefter ved dens højere værdier. Resultatet således udtrykkes ved at tilsætte en passende temperatur, fx 10 ° E / 50 ° C eller 2,8 ° E / 90 ° C flydende viskositet ved 20 ° C højere end dens viskositet ved højere temperaturer. Hydrauliske olier 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

oversættelse værdier

Bestemmelse af viskositet optræder i forskellige systemer (amerikansk, britisk, GHS) og derfor ofte nødvendigt at oversætte data fra et målesystem til et andet. At konvertere værdierne af viskositeten af væsken udtrykt i grader Engler i centistokes ^(mm2 / s) under anvendelse af følgende empiriske formel:

ν (cSt) = 7,6 × ° E × (1-1 / ° E3)

For eksempel:

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

For hurtigt bestemme standard viskositet af den hydrauliske formel kan forenkles olie som følger:

ν (cSt) = 7,6 × ° E ^(mm2 / s)

Under ν kinematisk viskositet i ^mm2 / s eller cSt, kan den omdannes til en dynamisk viskositet koefficient μ under anvendelse af følgende forhold:

μ = ν × ρ

Eksempel. Opsummerer forskellige formler oversættelse Engler grader (° E) centistokes (cSt) og centipoise (cps), antage, at hydraulikolie med en massefylde ρ = 910 kg / m ³ har en kinematisk viskositet på 12 ° E, i enheder af centistokes:

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

Siden 1sSt = 10 ^{-6 m2} / s og 1br = N × 10 ^-3 s / m ^2, så den dynamiske viskositet vil være lig med:

μ = ν × ρ = 90.3 x 10 ^-6 · 910 = 0,082 × N s / m ² = 82 cPs.

Viskositetskoefficient af gassen

Den bestemmes ved sammensætningen (kemisk, mekanisk) gas til en temperatur og tryk, der påføres på gas--dynamiske beregninger forbundet med gas bevægelse. I praksis er viskositeten af gassen tages i betragtning ved udformningen udvikling af gasfelter, hvor beregningen foretages koefficientværdier skifter afhængigt af ændringerne gassammensætningen (særligt vigtige for gas kondensat indskud), temperatur og tryk.

Vi beregner viskositetskoefficient på luft. Processerne vil svare til de ovenfor beskrevne de to vandstrømme. Antag parallel flytte to gas streams U1 og U2, men med forskellige hastigheder. Mellem lagene af konvektion vil forekomme (interpenetration) molekyler. Som et resultat, vil momentum hurtigere bevægende luftstrøm falde, og begynde med bevæger sig langsomt - accelereret.

Viskositetskoefficienten af luft, ifølge Newtons lov, udtrykkes ved følgende formel:

F = -h × (dU / dZ) × S

her:

• dU / dZ er hastighedsgradienten;
• S - område med stødkraft;
• Faktor h - den dynamiske viskositet.

viskositetsindeks

Viskositetsindeks (VI) - en parameter korrelering af ændringen i viskositet og temperatur. Korrelationen er en statistisk afhængighed forhold, i dette tilfælde de to værdier, ved hvilken ændringen temperatur ledsages af systematisk variation af viskositet. Jo højere viskositetsindeks, jo mindre ændringen mellem de to værdier, dvs. viskositeten af arbejdsfluidet er mere stabil med temperaturen.

Viskositeten af olierne

På fundamentet af den moderne viskositet olie indeks på mindre end 95-100 enheder. Så i hydrauliske maskiner og udstyr kan anvendes tilstrækkeligt stabile væsker, der begrænser bred variation i viskositet under betingelser med kritiske temperaturer.

"Gunstige" viskositetskoefficient kan opretholdes ved at indføre en særlig olieadditiver (polymerer) opnået ved destillation af råolie. De øger viskositetsindeks olie ved at begrænse ændringer i karakteristika for det tilladte område. I praksis indføres nødvendige mængde additiver med lav viskositet indeks baseolie kan hæves til 100-105 enheder. Dog således opnåede blanding var svækker dets egenskaber under højt tryk og varme belastning, hvilket reducerer effektiviteten af additivet.

I kraft skal kredsløb anvendes kraftige hydrauliske væsker med et viskositetsindeks på 100 enheder. Væsker indeholdende additiver, der forøger viskositeten indeks, anvendes i hydrauliske styrekredsløb og andre systemer, der opererer i området fra lav / medium tryk, i et begrænset temperaturområde ændringer med små lækager og batchvis. Når trykket stiger og stiger viskositeten, men processen sker ved tryk over 30,0 MPa (300 bar). I praksis er denne faktor ofte overset.

Måling og indeksering

I overensstemmelse med de internationale ISO-standarder, er viskositeten af vand (og andre væsker), udtrykt i centistokes: cSt ^(mm2 / s). Målinger af viskositet procesolier bør udføres ved temperaturer mellem 0 ° C, 40 ° C og 100 ° C. Under alle omstændigheder bør i mark olieviskositet koden angives ved henvisningstallet 40 ° C. Væk viskositet er givet ved 50 ° C Marks, der oftest anvendes i engineering hydraulik, spænder fra ISO VG 22 til ISO VG 68.

Hydraulikolie VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 ved en temperatur på 40 ° C har viskositeter, der svarer til deres mærkning: 22, 32, 46, 68 og 100 cSt. Den optimale kinematiske viskositet af arbejdsfluidet i hydrauliske systemer ligger i området fra 16 til 36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers - SAE) har etableret serier af viskositeter ved specifikke temperaturer og passende koder tildelt til dem. Tallet efter bogstavet W, - en absolut dynamisk viskositet koefficient μ ved 0 ° F (-17,7 ° C), og ν den kinematiske viskositet bestemmes ved 212 ° F (100 ° C). This indeksering henvisning multigrade olier, der anvendes i automobilindustrien (transmission, motor, og så videre. D.).

Effekten af viskositet på hydraulisk arbejde

Bestemmelse af viskositeten af væsken er ikke kun videnskabelig og uddannelsesmæssig interesse, men også bærer vigtig praktisk betydning. De hydrauliske væsker ikke blot overføre energi fra pumpen til den hydrauliske motor, men også til at smøre alle dele og komponenter udtages fra varmen genereret friktion par. Ikke svarer til det arbejde, som arbejder flydende viskositet kan alvorligt forstyrre effektiviteten af hydraulikken.

Den høje viskositet af arbejdsfluidet (olie meget høj densitet) fører til følgende negative virkninger:

• Den forøgede strømningsmodstand af hydraulikvæsken forårsager voldsomme trykfald i det hydrauliske system.
• Deceleration kontrol af hastighed og mekaniske bevægelser af aktuatorer.
• Udvikling af pumpe kavitation.
• Nul eller meget lav luft frigivelse fra den hydrauliske olietank.
• En mærkbar tab af effekt (nedsætter effektiviteten) af hydraulik grund af de høje omkostninger til energi for at overvinde den indre friktion af fluidet.
• Øget drejningsmoment af primus motor i maskinen med at øge belastningen på pumpen.
• Temperaturstigningen af det hydrauliske fluidum genereret af forøget friktion.

Således fysiske betydning af viskositetskoefficienten er i sin virkning (positiv eller negativ) på komponenterne og mekanismer til køretøjer, maskiner og udstyr.

Tab af hydraulisk effekt

Den lave viskositet af arbejdsfluidet (low density olie) bevirker følgende negative virkninger:

• Falling volumetrisk virkningsgrad af pumperne som følge af stigende intern lækage.
• Stigningen i interne lækage af hydrauliske komponenter i hele hydrauliksystem - pumper, ventiler, ventil, hydrauliske motorer.
• Forøget slid af pumpeenheder og pumper jamming grund af utilstrækkelig hydraulikvæske viskositet nødvendig til smøring af gnide dele.

kompressionsevne

Enhver væske under tryk komprimeres. Med hensyn til olier, køle- og smøremidler, der anvendes i maskinindustrien hydraulik, empirisk det konstateret, at kompressionen er omvendt proportional med den flydende masse på dens volumen. Mængden af komprimering for at mineralolier er væsentligt lavere for vand og meget lavere for de syntetiske væsker.

I simple lavtrykshydraulik- fluidkompressibilitet ubetydelig indvirkning på oprindelige volumen formindskes. Men kraftige maskiner med højt tryk hydraulisk drev cylindre og store, denne proces manifesterer sig synligt. I hydraulisk mineralolie ved et tryk på 10,0 MPa (100 bar), formindsker lydstyrken med 0,7%. I dette tilfælde en ændring i kompression volumen til ringe udstrækning påvirke den kinematiske viskositet og type olie.

konklusion

Bestemmelse af viskositet gør det muligt at forudsige driften af udstyr under forskellige betingelser, under hensyntagen til ændringer i væske eller gas sammensætning, tryk, temperatur. Også kontrol af indikatorerne er relevante for olie- og gasindustrien, forsyningsselskaber og andre industrier.