Koeficient viskoznosti. Koeficient dinamične viskoznosti. Fizični pomen koeficienta viskoznosti

Koeficient viskoznosti je ključni parameter delovne tekočine ali plina. V fizikalnem smislu je viskoznost mogoče opredeliti kot notranji trenje, ki ga povzroča gibanje delcev, ki predstavljajo maso tekočega (plinastega) medija ali, preprosto, odpornost proti gibanju.

Kaj je viskoznost?

Najenostavnejša empirična izkušnja določanja viskoznosti: gladko količino vode hkrati prelijemo na gladko nagnjeno površino z enako količino vode in olja. Odtoki vode hitreje kot olje. Je bolj tekoč. Premično olje preprečuje hiter pretok večjega trenja med svojimi molekulami (notranji upor - viskoznost). Viskoznost tekočine je tako obratno sorazmerna z njeno tekočino.

Koeficient viskoznosti: formula

V poenostavljeni obliki lahko postopek gibanja viskozne tekočine v cevovodu upoštevamo v obliki ravnih vzporednih plasti A in B z isto površino S, razdalja med katero je h.

Ti dve plasti (A in B) premikata z različnimi hitrostmi (V in V + Delta-V). Plast A, ki ima najvišjo hitrost (V + Delta-V), vključuje sloj B, ki se premika s počasnejšo hitrostjo (V). Hkrati plast B nagiba k upočasnitvi hitrosti sloja A. Fizični pomen koeficienta viskoznosti je, da trenje molekul, ki predstavljajo odpornost plasti toka, tvori silo, ki Isaac Newton opisano z naslednjo formulo:

F = mikro-× S × (Delta-V / h)

Tukaj:

• Delta-V je razlika v hitrostih gibanja tekočinskih plasti;
• h je razdalja med plasti pretoka tekočine;
• S je površina plasti tekočega pretoka;
• mu- (mu) je koeficient, ki je odvisen od lastnosti tekočine, se imenuje absolutna dinamična viskoznost.

V enotah sistema SI formula je naslednja:

mikro- = (F × h) / (S × Delta-V) = [Pa × s] (Pascal × sekunda)

Tukaj F je teža (teža) enote volumna delovne tekočine.

Vrednost viskoznosti

V večini primerov je koeficient dinamična viskoznost se meri v centipoise (cps) v skladu s sistemom enot CGS (centimeter, gram, drugo). V praksi je viskoznost povezana z razmerjem med maso tekočine in njenim volumnom, to je z gostoto tekočine:

rho- = m / V

Tukaj:

• rho- gostota tekočine;
• m masa tekočine;
• V je prostornina tekočine.

Razmerje dinamične viskoznosti (mu-) in gostote (rho-) imenujemo kinematična viskoznost nu- (nu- - v grškem - nu):

nu- = mu- / rho- = [m²/ s]

Mimogrede, metode za določanje koeficienta viskoznosti so različne. Na primer, kinematična viskoznost se še vedno meri v skladu s sistemom GHS v centistokih (cSt) in v stebrih (St):

• 1Cm = 10^-4 m²/ s = 1 cm²/ s;
• 1 sSt = 10^-6 m²/ s = 1 mm²/ s.

Določanje viskoznosti vode

Koeficient viskoznosti vode določimo z merjenjem časa pretoka tekočine skozi kalibrirano kapilarno cev. Ta naprava se kalibrira z uporabo standardne tekočine z znano viskoznostjo. Za določitev kinematične viskoznosti, merjeno v mm²/ s, čas pretoka tekočine, izmerjen v sekundah, se pomnoži s konstantno vrednostjo.

Kot primerjalno enoto se uporablja viskoznost destilirane vode, katere vrednost je skoraj konstantna tudi pri spremembi temperature. Koeficient viskoznosti je razmerje med časom v sekundah, da se za iztek iz kalibrirane luknje zahteva določena količina destilirane vode, na podobno vrednost za preskusno tekočino.

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.

Viskozimetr, ki meri viskoznost v evropski enoti, je stopnja Engler (° E), izračunana na 200 cm³ tekoči tekoči medij. Viskozimeter, ki meri viskoznost v univerzalnih sekundah ("SUS ali" SSU "), ki se uporablja v ZDA, vsebuje 60 cm³ preskusna tekočina. V Angliji, kjer se uporabljajo stopinje Redwood (° RJ), viskozimeter meri viskoznosti 50 cm³ tekočina. Na primer, če je 200 cm³ določenega olja teče desetkrat počasneje od podobne količine vode, potem viskoznost Englerja znaša 10 ° E.

Ker je temperatura ključni faktor, ki spreminja koeficient viskoznosti, se meritve najprej izvedejo pri konstantni temperaturi 20 ° C in nato pri višjih temperaturah. Rezultat je tako izražen z dodajanjem ustrezne temperature, na primer: 10 ° E / 50 ° C ali 2,8 ° E / 90 ° C. Viskoznost tekočine pri 20 ° C je višja od njegove viskoznosti pri višjih temperaturah. Hidravlična olja imajo pri ustreznih temperaturah naslednjo viskoznost:

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

Prevod vrednot

Določanje koeficienta viskoznosti poteka v različnih sistemih (ameriški, angleški, GHS), zato je pogosto potrebno pretvoriti podatke iz enega dimenzionalnega sistema v drugega. Za pretvorbo vrednosti viskoznosti tekočine, izražene v stopinjah Engler, do centistokov (mm²/ c) uporabite naslednjo empirično formulo:

nu- (cSt) = 7,6 × ° E × (1-1 / ° E3)

Na primer:

• 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.

Za hitro določitev standardne viskoznosti hidravličnega olja je formula lahko poenostavljena, kot sledi:

nu- (cSt) = 7,6 × ° E (mm²/ c)

Kinematična viskoznost nu- in mm²/ s ali sSt, ga je mogoče prevedeti v koeficient dinamične viskoznosti mu-, z uporabo naslednje povezave:

mu- = nu- × ρ

Primer. V povzetku različnih formul za prevod Englerjevih stopinj (° E), centistokov (cSt) in centipoise (cp), predpostavljamo, da je hidravlično olje z gostoto rho- = 910 kg / m³ ima kinematično viskoznost 12 ° E, ki je v enotah cSt:

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

Ker je lcCm = 10^-6m²/ c in lc = 10^-3 H × s / m², potem bo dinamična viskoznost:

mu- = nu- × rho- = 90,3 × 10^-6 middot-910 = 0,082 N × s / m² = 82 cP.

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.

Izračunajte koeficient viskoznosti zraka. Procesi bodo podobni dvema vodnima tokovoma, ki smo jih obravnavali zgoraj. Predpostavimo, da se dva plinska toka U1 in U2 premikata vzporedno, vendar pri različnih hitrostih. Med plasti bo prišlo do konvekcije (vzajemno prodiranje) molekul. Posledično se bo hitrost premikajočega se zračnega toka hitreje zmanjševala in se bo sprva počasneje premikala.

Koeficient viskoznosti zraka glede na Newtonov zakon, se izrazi z naslednjo formulo:

F = -h × (dU / dZ) × S

Tukaj:

• dU / dZ je hitrostni gradient;
• S je območje vpliva sile;
• Koeficient h je dinamična viskoznost.

Indeks viskoznosti

Indeks viskoznosti (IV) je parameter, ki povezuje spremembo viskoznosti in temperature. Korelacijska odvisnost je statistično razmerje, v tem primeru dveh količin, pri katerih spreminjanje temperature spremlja sistematično spremembo viskoznosti. Višji indeks viskoznosti, manjša je sprememba med dvema vrednostima, to je viskoznost delovne tekočine, ko se temperatura spremeni.

Viskoznost olj

Na osnovi sodobnih olj je indeks viskoznosti pod 95-100 enot. Zato lahko v hidravličnih sistemih strojev in opreme uporabimo zadostno stabilne delovne tekočine, ki omejujejo veliko variacijo viskoznosti pri kritičnih temperaturah.

Koeficient "ugodne" viskoznosti lahko vzdržujemo z uvedbo posebnih aditivov (polimerov) destilacijo olja. Povečajo indeks viskoznosti olj z omejevanjem spremembe te značilnosti v dovoljenem obsegu. V praksi se lahko pri uvajanju zahtevane količine dodatkov indeks z nizko viskoznostjo baznega olja poveča na 100-105 enot. Hkrati tako dobljena mešanica poslabša njene lastnosti pod visokim tlakom in toplotno obremenitvijo, 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 zanemarja.

Merjenje in indeksiranje

V skladu z mednarodnimi standardi ISO je viskoznostni koeficient vode (in drugih tekočih medijev) izražen v centistokih: cSt (mm²/ s). Meritve viskoznosti procesnih olj je treba opraviti pri temperaturi 0 ° C, 40 ° C in 100 ° C. V vsakem primeru mora biti v kodi razreda olja viskoznost označena s številko pri temperaturi 40 ° C. V GOST je vrednost viskoznosti podana pri 50 ° C. Znamke, ki se najpogosteje uporabljajo v inženirski hidravliki, segajo od ISO VG 22 do 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.

Ameriško združenje avtomobilskih inženirjev (SAE) je določilo obseg spremembe viskoznosti pri določenih temperaturah in jim dodelilo ustrezne šifre. Številka, ki sledi črki W, je absolutni dinamični koeficient viskoznosti m = 0 ° F (-17,7 ° C) in kinematično viskoznost nu- je bil določen pri 212 ° F (100 ° C). Ta indeksacija zadeva vsa sezonska olja, ki se uporabljajo v avtomobilski industriji (prenos, motor, itd.).

Vpliv viskoznosti na delovanje hidravlike

Določanje koeficienta viskoznosti tekočine ni samo znanstvenega in kognitivnega interesa, ampak ima tudi pomemben praktični pomen. V hidravličnih sistemih delovne tekočine ne samo prenašajo energijo iz črpalke na hidravlične motorje, temveč tudi mazanje vseh komponent komponent in preusmeritev sproščene toplote iz tornih pari. Viskoznost delovne tekočine, ki ne ustreza načinu delovanja, lahko resno vpliva na učinkovitost celotne hidravlike.

Visoka viskoznost delovne tekočine (olje z zelo visoko gostoto) povzroči naslednje negativne pojave:

• Povečana odpornost na pretok hidravlične tekočine povzroča prekomeren padec tlaka v hidravličnem sistemu.
• Upočasnitev krmilne hitrosti in mehanskih gibov aktuatorjev.
• Razvoj kavitacije v črpalki.
• Nič ali prenizkega izpusta zraka iz olja v rezervoarju.
• Zaznana izguba moči (zmanjšana učinkovitost) hidravlike zaradi visokih stroškov energije za premagovanje notranjega trenja tekočine.
• Povečan navor primarnega motorja stroja, ki ga povzroča naraščajoča obremenitev črpalke.
• Povečanje temperature hidravlične tekočine zaradi povečanega trenja.

Tako fizični pomen koeficienta viskoznosti leži v njegovem vplivu (pozitivnih ali negativnih) na vozlišča in mehanizme vozil, strojev in opreme.

Hidravlična izguba moči

Nizka viskoznost delovne tekočine (olje z nizko gostoto) povzroči naslednje negativne pojave:

• Padec volumetrične učinkovitosti črpalk zaradi povečanja notranjih puščanj.
• Povečanje notranjih puščanj hidravličnih komponent celotnega hidravličnega sistema - črpalke, ventili, hidravlični razdelilniki, hidravlični motorji.
• Povečana obraba nihajnih sklopov in zagozditev črpalk zaradi nezadostne viskoznosti delovne tekočine, potrebne za zagotovitev mazanja delov tornih delov.

Stiskljivost

Vsaka tekočina pod tlakom stisnemo. V zvezi z olji in hladilnimi sredstvi, ki se uporabljajo v strojni hidravliki, je empirično ugotovljeno, da je kompresijski proces obratno sorazmeren z maso tekočine na njeno prostornino. Količina stiskanja je višja za mineralna olja, veliko nižja za vodo in veliko nižja za sintetične tekočine.

V preprostih nizkotlačnih hidravličnih sistemih stiskljivost tekočine zanemarljivo vpliva na zmanjšanje začetnega volumna. Toda pri močnih strojih z visokotlačnim hidravličnim pogonom in velikimi hidravličnimi cilindri se ta proces opazno kaže. Hidravlično mineralna olja pri tlaku 10,0 MPa (100 barov) se volumen zmanjša za 0,7%. Obenem kinematična viskoznost in vrsta olja v majhnem obsegu vplivata na spremembo volumna kompresije.

Zaključek

Določitev koeficienta viskoznosti omogoča napovedovanje delovanja opreme in mehanizmov v različnih pogojih, ob upoštevanju sprememb v sestavi tekočine ali plina, tlaka, temperature. Nadzor nad temi kazalniki je pomemben tudi v sektorju nafte in plina, gospodarstvu občin in drugih panogah.