Viskoznost. Koeficient dinamične viskoznosti. Fizikalni pomen koeficienta viskoznosti

viskoznost indeks - ključni parameter delovne tekočine ali plina. V fizičnem smislu, lahko viskoznost opredeljena kot notranjega trenja, ki ga predlaga gibanja delcev, ki tvorijo maso tekočine (plinastega) medij ali bolj preprosto upornosti gibanjem.

Kaj je viskoznost

Preprosta določitev empirične izkušnje viskoznost: gladka nagnjeno ploskev istočasno vlijemo v enako količino vode in olja. Voda teče hitrejše olje. To je bolj tekoče. Premikanje hitro odtekanje olja preprečuje večje trenje med svojimi molekulami (notranja upornost - viskoznost). Tako viskoznost fluida obratno sorazmerna z njeno pretočnost.

indeks viskoznosti: formula

V poenostavljeni obliki procesa viskoznega fluida v cevovodu se lahko šteje kot ravne vzporedne plasti A in B z enako površino S, razdalja med katerima je obseg h.

Ti dve plasti (A in B) premikajo z različnimi hitrostmi (V in V +? V). Plast, ki ima največjo hitrost (V +? V), vključuje gibanje plasti B, ki se gibljejo z manjšo hitrostjo (V). Hkrati B plast nagiba k upočasni hitrost plasti A. fizikalni pomen koeficienta viskoznosti, da je trenje molekul sestavljajo odpornost toka slojev tvori silo, ki Isaak Nyuton z naslednjo formulo opisan:

F = | j x S x (? V / h)

tukaj:

• ? V - razlika med hitrostjo pretoka fluida plasti toka;
• h - razdalja med tekočimi plasti toka;
• S - površina tekočine plasti pretoka;
• μ (mu) - faktor, odvisen od lastnosti tekočine, imenovano absolutna dinamična viskoznost.

V SI enote formul je naslednja:

μ = (F x h) / (I x? V) = [Pa x y] (x Pascal sekundo)

Kadar F - sila težnosti (mas) na enoto volumna hidravlične tekočine.

vrednost viskoznosti

V večini primerov je koeficient dinamične viskoznosti merimo v centipoise (KP) v skladu s sistemom CGS (centimeter, gram, drugo). V praksi se je viskoznost masnem razmerju tekočine povezan z njenega volumna, t.j. gostote tekočine:

ρ = m / V

tukaj:

• ρ - gostota tekočine;
• m - masa tekočine;
• V - volumen tekočine.

Razmerje med dinamične viskoznosti (| j) in gostoto (P) se imenuje kinematično viskoznost ν (ν - grščina - nu):

ν = μ / ρ = ^[m2 / s]

Mimogrede, metode za določitev koeficienta viskoznosti so različni. Na primer, kinematično viskoznost se vedno merijo v skladu s sistemom GHS v cSt (cSt) in submultiple količinah - Stokes (ST):

• 1. class = 10 ^-4 m ² / s = 1 ^cm2 / s;
• 1sSt = 10 ^-6 m ² / s = 1 ^mm2 / s.

Določanje viskoznosti vode

koeficient viskoznosti vode določimo z merjenjem pretočnega časa tekočine skozi kalibrirano kapilarne cevi. Ta naprava je kalibriran z uporabo znanega standardno tekočino viskoznost. Za določitev kinematično viskoznost, merjeno v ^mm2 / s, čas pretoka tekočine, v sekundah, ki se pomnoži s konstantno vrednost.

Kot primerjava enota uporabljena viskoznost destilirane vode, katere vrednost je skoraj konstantna tudi kadar temperaturne spremembe. Viskoznost - razmerje čas v sekundah, ki je potreben fiksno količino destilirane vode s potekom kalibrirano luknjo, v isti vrednosti za testne tekočine.

viskozimetri

Viskoznost merimo v stopinjah Engler (° E) Saybolt Univerzalni sekunde ( "SUS) ali Redwood stopinj (° RJ), odvisno od vrste reometrom. Trije tipi viskozimetri razlikujejo le v višini teče tekoči medij.

Viskozimetra merjenje viskoznosti v Evropski enot Engler stopinj (° E), izračunano na 200 cm ³ teče tekoči medij. Viskozimetra merjenje viskoznosti v Saybolt Universal sekundah ( "SUS ali" SSU), ki se uporablja v Združenih državah Amerike, ki vsebuje 60 ^cm3 preskusne tekočine. V Anglijo, kjer se uporabljajo Redwood stopinj (° RJ), izvaja viskozimetrom merjenje viskoznosti 50 ^cm3 tekočine. Na primer, če 200 ^cm3 iz olja tokov na desetkrat počasnejši kot enako količino vode, je viskoznost 10 ° Engler E.

Ker je temperatura ključni dejavnik pri spreminjanju razmerja viskoznosti, so meritve običajno izvedemo najprej pri konstantni temperaturi 20 ° C in nato pri svojih višjih vrednostih. Rezultat, s čimer je izražena z dodajanjem primerne temperature, npr 10 ° E / 50 ° C ali 2,8 ° E / 90 ° C. tekočina viskoznost pri 20 ° C višja od njegove viskoznost pri višjih temperaturah. Hidravlična olja imajo viskoznost pri naslednjih zadevnih temperaturah:

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

prevajanja vrednosti

Določanje viskoznosti pojavlja v različnih sistemih (ameriški, britanski, GHS), zato je pogosto potrebno prevajati podatkov iz enega merilnega sistema v drugega. Za pretvorbo vrednosti viskoznosti tekočine izražena v stopinjah Engler v cSt ^(mm2 / s) z uporabo naslednje empirično formulo:

ν (cSt) = 7,6 x ° E x (1-1 / ° E3)

Na primer:

• 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.

Za hitro določitev standardne viskoznost hidravličnega formule lahko poenostavimo olje, kot sledi:

ν (cSt) = 7,6 x ° E ^(mm2 / s)

Ob ν kinematično viskoznost v ^mm2 / s ali cSt, ga lahko pretvorimo v dinamični viskoznosti koeficientom | j, z naslednjo povezavo:

μ = ν x ρ

Primer. Če povzamemo različne formule prevajanja Engler stopinj (° E) cSt (cSt) in centipoise (cps), predpostavimo, da hidravlično olje z gostoto ρ = 910 kg / ^m3 ima kinematično viskoznost 12 ° E v enotah Cst:

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

Ker 1sSt = 10 ^-6 m ² / s in 1br = N x 10 ^-3 S / m ^2, potem je dinamična viskoznost je enaka:

μ = ν x ρ = 90,3 x 10 ^-6 · 910 = 0,082 x nS / m ² = 82 mPa • s.

koeficient viskoznosti plina

Opredeljen je z sestavka (kemično, mehansko) plina na temperaturo in tlak uporablja pri izračunih plin-dinamično povezane z gibanjem plinom. V praksi se je viskoznost plina upoštevati pri načrtovanju razvoja plinskih polj, kjer je izračun izvedenih koeficient spreminja glede na spremembe plinske sestave (še posebej pomembno za plin kondenzata depoziti), temperatura in tlak.

Izračunali smo koeficient viskoznosti zraka. Postopki bodo podobni tistim zgoraj obeh vodnih tokov opisano. Predpostavimo, vzporedno premikanje dva tokova plina U1 in U2, vendar na različnih stopnjah. Med plasti konvekcije bo prihajalo (prepletanje) molekule. Kot rezultat, bo zagon, hitrejše premikanje pretok zraka zmanjša in sprva počasi premika - pospešeno.

Koeficient viskoznosti zraka v skladu s Newtonov zakon, prikazana z naslednjo formulo izraženo:

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

tukaj:

• dU / DZ je gradient hitrosti;
• S - površina udarno silo;
• Factor h - dinamična viskoznost.

indeks viskoznosti

Indeks viskoznosti (VI) - parameter koreliranje spremembo viskoznosti in temperature. Korelacija je statistično odvisnost razmerja, v tem primeru obe vrednosti, pri katerih je sprememba temperature spremlja sistematično spremembo viskoznosti. Višji indeks viskoznosti, tem manjša je sprememba med vrednostmi, tj viskoznost delovne tekočine je bolj stabilen pri temperaturi.

Viskoznost olja

Na temeljih sodobne indeksa viskoznosti olja manj kot 95-100 enot. Tako v hidravličnem stroje in opremo lahko uporabimo dovolj stabilna tekočine, ki omejujejo velike razlike pri viskoznosti v pogojih kritičnih temperatur.

"Ugodno" koeficient viskoznosti lahko vzdržujemo z uvedbo posebnih oil dodatke (polimeri), pridobljeno z destilacijo nafte. Povečujejo indeksa viskoznosti olja je z omejevanjem sprememb v značilnostih dopustnega območja. V praksi lahko uvedba potrebno količino aditivov nizek indeks viskoznosti lokaciji olje se dvigne na 100-105 enot. Vendar pa je bil Tako dobljeno zmes škoduje njegovih lastnosti pod visokim tlakom in toplotne obremenitve, s čimer se zmanjša učinkovitost dodatka.

Na oblasti je treba vezja uporabljati močnih hidravličnih tekočin z indeksom viskoznosti 100 enot. Tekočine, ki vsebujejo dodatke, ki povečujejo indeksa viskoznosti, ki se uporabljajo v hidravličnih krmilnih vezij in druge sisteme, ki delujejo v območju od nizko / srednje pritisk na omejenem spremembe temperaturno območje, z majhnimi tesnjenje in šaržno. Kot povečanjem tlaka in povečanje viskoznosti, ki pa proces se zgodi pri tlakih nad 30,0 MPa (300 bar). V praksi se ta dejavnik pogosto zanemarjena.

Merjenje in indeksacijo

V skladu z mednarodnimi standardi ISO, je viskoznost vode (ali druge tekočine), izraženo v cSt: cSt ^(mm2 / s). Meritve procesnih viskoznost olja je treba izvajati pri temperaturi med 0 ° C, 40 ° C in 100 ° C. V vsakem primeru je znamka viskoznosti kodnem olja se navede na napotitvena številka 40 ° C. Stran viskoznost podana pri 50 ° C. Oznake, najpogosteje uporabljena pri inženirskih hidravlike območju od ISO VG 22 ISO VG 68.

Hidravlično olje VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 pri temperaturi 40 ° C ima viskoznost, ki ustrezajo oznaki: 22, 32, 46, 68 in 100 cSt. Optimalna kinematična viskoznost delovne tekočine hidravlične sisteme leži v območju od 16 do 36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers - SAE) je vzpostavila razpone viskoznosti pri določenih temperaturah in ustrezne oznake so jim dodeljene. Številka po črko W, - absolutni dinamična viskoznost koeficient μ pri 0 ° F (-17,7 ° C), in ν kinematično viskoznost določeno pri 212 ° F (100 ° C). Ta indeksiranje upoštevanju multigrade olja, ki se uporabljajo v avtomobilski industriji (prenos, motorja, in tako naprej. D.).

Vpliv viskoznosti na hidravličnem delu

Določanje viskoznosti tekočine ni samo znanstvena in izobraževalna interes, ampak opravlja tudi pomembno praktičnega pomena. Hidravlične tekočine, ne samo prenos energije iz črpalke hidravličnega motorja, ampak tudi za mazanje vseh delov in komponent se umakne iz toplote ustvari trenja parov. Ne ustreza delu viskoznosti delovne tekočine lahko resno ogrozi učinkovitost hidravlike.

Visoka viskoznost delovne tekočine (olje zelo visoko gostoto), vodi do naslednjih negativne učinke:

• Povečana odpornost Pretok hidravlične tekočine povzroči prekomerno padec tlaka v hidravličnem sistemu.
• Pojemek nadzor nad hitrostjo in mehanskih gibov iz pogonov.
• Razvoj črpalke kavitacije.
• Nič ali zelo nizko sprostitev zraka iz rezervoarja hidravličnega olja.
• Opazno izguba moči (zmanjšanje učinkovitosti) hidravlike zaradi visokih stroškov energije za premagovanje notranjega trenja tekočine.
• Povečan navor pogonskega stroja stroja s povečanjem obremenitve na črpalki povzročil.
• Dvig temperature hidravlične tekočine, ustvarjenega s povečano trenje.

Tako je fizikalni pomen koeficienta viskoznosti v svojem učinku (pozitivno ali negativno) o sestavnih delih in mehanizmov za vozila, stroje in opremo.

Izguba hidravlične moči

Nizka viskoznost delovne tekočine (nizek olja gostote) povzroči naslednje negativne učinke:

• Falling prostorninski izkoristek črpalk zaradi povečanja notranje puščanje.
• Povečanje notranje puščanje hidravličnih komponent v celotnem hidravličnem sistemu - črpalke, ventili, ventili, hidravlična motorja.
• Povečana obrabo črpalne enote in črpalke motenje zaradi nezadostnega viskoznosti hidravlične tekočine, potrebne za mazanje drgnjenje delov.

stisljivost

Vsaka tekočina pod tlakom stisnemo. V zvezi z olja, hladilne tekočine in maziv, ki se uporabljajo v strojništvu hidravlike, empirično ugotovljeno, da je proces stiskanja obratno sorazmerna z maso tekočine na njegov obseg. Količina elementa stiskanja za mineralna olja so znatno nižje za vodo in veliko nižja za sintetične tekočine.

V preprostem nizek tlak hidravlične stisljivosti tekočine zanemarljiv učinek na zmanjšanje volumna. Toda zmogljivi stroji z visokotlačnim hidravlični pogonskih valjev in velika, ta proces se kaže vidno. V hidravličnem mineralnega olja pri tlaku 10,0 MPa (100 bar), volumen zmanjša za 0,7%. V tem primeru je sprememba prostornine stiskanja v manjši meri vpliva na kinematično viskoznost in vrsto olja.

zaključek

Določanje viskoznosti omogoča napovedati delovanje stroje in opremo pri različnih pogojih, upoštevajoč spremembe v tekočinski ali plinski sestavka, tlak, temperatura. Tudi nadzor kazalnikov, pomembnih za naftno in plinsko industrijo, komunalnih storitev in drugih gospodarskih panogah.