Độ nhớt. Hệ số nhớt động lực. Ý nghĩa vật lý của hệ số độ nhớt

Chỉ số độ nhớt - một thông số quan trọng của chất lỏng làm việc hoặc khí. Về thể chất, độ nhớt có thể được định nghĩa là xích mích nội bộ gây ra bởi sự chuyển động của các hạt cấu thành khối lượng của chất lỏng (khí) trung bình, hay đơn giản hơn, các kháng phong trào.

độ nhớt là gì

Việc xác định kinh nghiệm thực nghiệm độ nhớt đơn giản: bề mặt dốc trơn tru đồng thời đổ vào một số tiền bằng nước và dầu. Nước chảy dầu nhanh hơn. Đó là chất lỏng hơn. Di chuyển một cách nhanh chóng để ráo dầu ngăn chặn một ma sát cao hơn giữa các phân tử của nó (nội bộ kháng - độ nhớt). Do đó, độ nhớt chất lỏng tỉ lệ nghịch với độ chảy của nó.

Chỉ số độ nhớt: công thức

Trong một hình thức đơn giản của quá trình chất lỏng nhớt trong các đường ống có thể được coi lớp song song như phẳng A và B với diện tích bề mặt tương tự S, khoảng cách giữa đó là tầm quan trọng của h.

Hai lớp (A và B) di chuyển với vận tốc khác nhau (V và V + ΔV). Một lớp có tốc độ cao nhất (V + ΔV), liên quan đến sự chuyển động của lớp B, di chuyển với tốc độ chậm hơn (V). Cùng lúc đó lớp B có xu hướng làm chậm tốc độ của lớp A. Ý nghĩa vật lý của hệ số độ nhớt là ma sát của các phân tử cấu thành kháng dòng chảy của các lớp tạo thành một lực lượng mà Isaak Nyuton mô tả theo công thức sau:

F = μ × S × (ΔV / h)

ở đây:

• ΔV - chênh lệch giữa tốc độ chuyển động của lớp dòng chảy;
• h - khoảng cách giữa các lớp dòng chất lỏng;
• S - diện tích bề mặt của lớp dòng chảy;
• μ (mu) - yếu tố tùy thuộc vào tính chất của một chất lỏng, gọi là tuyệt đối độ nhớt động.

Trong SI đơn vị công thức như sau:

μ = (F × h) / (S × ΔV) = [Pa × s] (× Pascal giây)

Trong trường hợp F - lực hấp dẫn (trọng lượng) đơn vị khối lượng chất lỏng thủy lực.

giá trị của độ nhớt

Trong hầu hết các trường hợp, hệ số độ nhớt động được đo bằng centipoaso (cP) phù hợp với các hệ thống cgs (cm, gram, thứ hai). Trên thực tế, độ nhớt của chất lỏng tỷ lệ khối lượng có liên quan đến khối lượng của nó, ví dụ: mật độ chất lỏng:

ρ = m / V

ở đây:

• ρ - mật độ của chất lỏng;
• m - khối lượng của chất lỏng;
• V - thể tích chất lỏng.

Tỷ lệ giữa độ nhớt động lực (μ) và mật độ (ρ) được gọi là độ nhớt động học ν (ν - Hy Lạp - nu):

ν = μ / ρ = [m ² / s]

Ngẫu nhiên, phương pháp xác định hệ số độ nhớt khác nhau. Ví dụ, độ nhớt động học vẫn đo phù hợp với các hệ thống phân loại của GHS tính theo đơnvị centistoke (cSt) và một số lượng submultiple - Stokes (St):

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

Xác định độ nhớt của nước

hệ số độ nhớt của nước được xác định bằng cách đo thời gian dòng chảy qua các ống mao quản cỡ. Thiết bị này được hiệu chỉnh bằng cách sử dụng độ nhớt chất lỏng tiêu chuẩn được biết đến. Để xác định độ nhớt động học, đo bằng mm ² / s, thời gian dòng chảy chất lỏng, đo bằng giây, được nhân với một giá trị không đổi.

Là một đơn vị so sánh được sử dụng độ nhớt của nước cất, có giá trị là gần như không thay đổi ngay cả khi nhiệt độ thay đổi. Độ nhớt - một tỷ lệ lớn thời gian trong vài giây mà là cần thiết khối lượng cố định của nước cất để kết thúc một lỗ cỡ, với giá trị tương tự cho các chất lỏng thử nghiệm.

viscometers

Độ nhớt được đo bằng độ Engler (° E) Saybolt phổ Giây ( "SUS) hoặc độ Redwood (° RJ) tùy thuộc vào loại Rheometer. Ba loại viscometers chỉ khác nhau ở số lượng chảy môi trường lỏng.

Nhớt kế đo độ nhớt trong đơn vị châu Âu Engler độ (° E), tính theo 200 cm ³ chảy môi trường lỏng. Nhớt kế đo độ nhớt trong Giây Saybolt Universal ( "SUS hoặc" SSU), được sử dụng tại Hoa Kỳ, có chứa 60 cm ³ thử nghiệm chất lỏng. Ở Anh, nơi sử dụng độ Redwood (° RJ), tiến hành nhớt kế đo độ nhớt của 50 cm ³ chất lỏng. Ví dụ, nếu 200 cm ³ từ một loại dầu chảy vào chậm hơn so với cùng một lượng nước gấp mười lần, độ nhớt là 10 ° Engler E.

Kể từ khi nhiệt độ là một yếu tố quan trọng trong việc thay đổi tỷ lệ độ nhớt, các phép đo thường được thực hiện ban đầu tại một nhiệt độ ổn định là 20 ° C và sau đó ở giá trị cao hơn của nó. Kết quả, do đó, được thể hiện bằng cách thêm một nhiệt độ thích hợp, ví dụ: 10 ° E / 50 ° C hoặc 2,8 ° E / 90 ° C. độ nhớt chất lỏng ở 20 ° C cao hơn độ nhớt của nó ở nhiệt độ cao. dầu thủy lực có độ nhớt ở nhiệt độ tương ứng sau đây:

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

giá trị dịch

Xác định độ nhớt xảy ra trong các hệ thống khác nhau (Mỹ, Anh, GHS) và do đó thường được yêu cầu để dịch dữ liệu từ một hệ thống đo lường khác. Để chuyển đổi các giá trị của độ nhớt của chất lỏng thể hiện bằng độ Engler tính theo đơnvị centistoke (mm ² / s) bằng cách sử dụng công thức kinh nghiệm sau:

ν (cst) = 7,6 × ° E × (1-1 / ° E3)

Ví dụ:

• 2 ° E = 7,6 × 2 × (1-1 / 23) = 15,2 × (0875) = 13,3 cSt;
• 9 ° E = 7,6 × 9 × (1-1 / 93) = 68,4 × (0,9986) = 68,3 cSt.

Để nhanh chóng xác định độ nhớt tiêu chuẩn của công thức thủy lực có thể được đơn giản hóa dầu như sau:

ν (cst) = 7,6 × ° E (mm ² / s)

Có độ nhớt động học ν trong mm ² / s hoặc cSt, nó có thể được chuyển đổi thành một hệ số nhớt động lực μ, bằng cách sử dụng mối quan hệ sau:

μ = ν × ρ

Ví dụ. Tóm tắt khác nhau công thức dịch Engler độ (° E) đơnvị centistoke (cSt) và centipoaso (cps), giả định rằng dầu thủy lực với mật độ ρ = 910 kg / m ³ có một độ nhớt động học của 12 ° E, trong các đơn vị của đơnvị centistoke:

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

Kể từ 1sSt = 10 ^-6 m ² / s và 1br = N × 10 ^-3 s / m ^2, sau đó độ nhớt động sẽ bằng:

μ = ν × ρ = 90,3 × 10 ^-6 · 910 = 0,082 × N s / m ² = 82 CPS.

hệ số độ nhớt của khí

Nó được xác định bởi các thành phần (hóa chất, cơ khí) khí ở nhiệt độ và áp suất áp dụng trong các tính toán khí động kết hợp với phong trào khí. Trên thực tế, độ nhớt của khí được đưa vào tài khoản trong việc phát triển thiết kế các mỏ khí, nơi mà các tính toán được thực hiện thay đổi hệ số phụ thuộc vào thay đổi thành phần khí (đặc biệt quan trọng đối với tiền gửi khí ngưng tụ), nhiệt độ và áp suất.

Chúng tôi tính toán hệ số độ nhớt của không khí. Các quy trình sẽ tương tự như những mô tả ở trên hai dòng nước. Giả song song di chuyển hai khí suối U1 và U2, nhưng ở mức độ khác nhau. Giữa các lớp đối lưu sẽ xảy ra (thâm nhập) phân tử. Kết quả là, đà luồng khí di chuyển nhanh hơn sẽ giảm và bước đầu di chuyển chậm - tăng tốc.

Hệ số độ nhớt của không khí, theo pháp luật của Newton, biểu diễn bằng công thức sau:

F = -h × (dU / dZ) × S

ở đây:

• dU / dZ là gradient vận tốc;
• S - diện tích lực tác động;
• Yếu tố h - độ nhớt động.

chỉ số độ nhớt

Chỉ số độ nhớt (VI) - một tham số tương ứng sự thay đổi về độ nhớt và nhiệt độ. Mối tương quan là một mối quan hệ phụ thuộc thống kê, trong trường hợp này hai giá trị mà tại đó sự thay đổi nhiệt độ được đi kèm với sự thay đổi hệ thống của độ nhớt. Càng cao chỉ số độ nhớt, càng ít sự thay đổi giữa hai giá trị, ví dụ: độ nhớt của chất lỏng làm việc là ổn định hơn với nhiệt độ.

Độ nhớt của dầu

Tại cơ sở của chỉ số độ nhớt dầu hiện đại dưới 95-100 đơn vị. Vì vậy, trong máy móc thiết bị thủy lực có thể được sử dụng đầy đủ các dịch ổn định để hạn chế biến đổi lớn về độ nhớt trong điều kiện nhiệt độ rất quan trọng.

"Thuận lợi" hệ số độ nhớt có thể được duy trì bằng cách giới thiệu một phụ gia dầu đặc biệt (polyme) thu được bằng cách chưng cất dầu mỏ. Họ tăng dầu Chỉ số độ nhớt bằng cách hạn chế những thay đổi trong đặc điểm của dãy phép. Trên thực tế sự ra đời của số lượng cần thiết của phụ gia chỉ số độ nhớt thấp dầu gốc có thể được nâng lên 100-105 đơn vị. Tuy nhiên, hỗn hợp do đó thu được là làm suy yếu tính chất của nó dưới áp suất cao và tải nhiệt, do đó làm giảm hiệu quả của các chất phụ gia.

Trong điện mạch phải được sử dụng chất lỏng thủy lực mạnh mẽ với một chỉ số độ nhớt của 100 đơn vị. Chất lỏng có chứa các chất phụ gia làm tăng chỉ số độ nhớt, được sử dụng trong mạch điều khiển thủy lực và hệ thống khác hoạt động trong phạm vi áp thấp / trung bình, trong một sự thay đổi nhiệt độ giới hạn với rò rỉ nhỏ và batchwise. Khi tăng áp suất và độ nhớt tăng lên, nhưng quá trình này xảy ra ở áp suất trên 30,0 MPa (300 bar). Trên thực tế, yếu tố này thường bị bỏ quên.

Đo lường và đánh chỉ mục

Phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế ISO, độ nhớt của nước (và các chất lỏng khác) được thể hiện trong đơnvị centistoke: cSt (mm ² / s). Đo của các loại dầu nhớt quá trình nên được thực hiện ở nhiệt độ từ 0 ° C, 40 ° C và 100 ° C. Trong mọi trường hợp, trong các mã hiệu độ nhớt dầu nên được chỉ ra tại số 40 ° C. Đi độ nhớt được đưa ra ở 50 ° C. Marks, thường được dùng trong thủy lực kỹ thuật, dao động từ ISO VG 22 ISO VG 68.

Thủy lực VG dầu 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 ở nhiệt độ 40 ° C có độ nhớt tương ứng với nhãn mác của họ: 22, 32, 46, 68 và 100 cSt. Độ nhớt động học tối ưu của chất lỏng làm việc trong hệ thống thủy lực nằm trong khoảng 16-36 cSt.

American Society Kỹ sư ô tô (Society of Automotive Engineers - SAE) đã thiết lập phạm vi của độ nhớt ở nhiệt độ cụ thể và mã thích hợp giao cho họ. Số sau chữ W, - một động μ hệ số độ nhớt tuyệt đối ở 0 ° F (-17,7 ° C), và ν độ nhớt động học xác định tại 212 ° F (100 ° C). indexing Về vấn đề này các loại dầu đa cấp được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô (hộp số, động cơ, và vân vân. D.).

Ảnh hưởng của độ nhớt trên công trình thuỷ lợi

Xác định độ nhớt của chất lỏng không phải là chỉ quan tâm đến khoa học và giáo dục, mà còn mang ý nghĩa thiết thực quan trọng. Các chất lỏng thủy lực không chỉ chuyển năng lượng từ bơm đến động cơ thủy lực, mà còn để bôi trơn tất cả các bộ phận và linh kiện được rút khỏi tạo ra nhiệt cặp ma sát. Không tương ứng với công việc của độ nhớt chất lỏng làm việc có thể nghiêm trọng phá vỡ tính hiệu quả của các hệ thống thuỷ lực.

Độ nhớt cao của chất lỏng làm việc (dầu mật độ rất cao) dẫn đến những tác động tiêu cực sau đây:

• Tăng sức đề kháng dòng chảy của chất lỏng thủy lực gây sụt áp quá mức trong hệ thống thủy lực.
• Giảm tốc độ kiểm soát tốc độ và chuyển động cơ học của các thiết bị truyền động.
• Phát triển của máy bơm cavitation.
• Không hoặc rất thấp xả khí từ bồn chứa dầu thủy lực.
• Một mất mát đáng kể sức mạnh (giảm hiệu quả) của thủy lực do chi phí cao của năng lượng khắc phục ma sát nội bộ của chất lỏng.
• Tăng mô-men xoắn của động lực của máy gây ra bằng cách tăng tải trên bơm.
• Sự gia tăng nhiệt độ của chất lỏng thủy lực được tạo ra bởi tăng ma sát.

Như vậy, ý nghĩa vật lý của hệ số độ nhớt là tác động của nó (tích cực hay tiêu cực) về các thành phần và cơ chế cho các loại xe, máy móc và thiết bị.

Mất điện thủy lực

Độ nhớt thấp của chất lỏng làm việc (dầu mật độ thấp) gây ra các tác động tiêu cực sau đây:

• Rơi hiệu quả tích của máy bơm như là kết quả của việc tăng rò rỉ nội bộ.
• Việc tăng rò rỉ nội bộ của các thành phần thủy lực trong toàn bộ hệ thống thủy lực - máy bơm, van, van, động cơ thủy lực.
• Tăng mặc của các đơn vị bơm và bơm gây nhiễu do thiếu độ nhớt chất lỏng thủy lực cần thiết để bôi trơn các bộ phận cọ xát.

nén

Bất kỳ chất lỏng dưới áp suất được nén. đối với các loại dầu, chất làm nguội và chất bôi trơn dùng trong thủy lực cơ khí với, theo kinh nghiệm người ta thấy rằng quá trình nén là tỉ lệ nghịch với khối lượng chất lỏng vào khối lượng của nó. Lượng thành viên nén để dầu khoáng là thấp hơn đáng kể cho nước và thấp hơn nhiều cho chất lỏng tổng hợp.

Trong áp suất thấp thủy lực chất lỏng nén ảnh hưởng không đáng kể đơn giản về việc giảm khối lượng ban đầu. Nhưng máy mạnh mẽ với áp suất cao xi lanh thủy lực ổ đĩa và lớn, quá trình này thể hiện rõ ràng. Trong thủy lực dầu khoáng ở áp suất 10,0 MPa (100 bar), khối lượng giảm 0,7%. Trong trường hợp này, sự thay đổi về khối lượng nén đến một mức độ nhỏ ảnh hưởng đến độ nhớt động học và các loại dầu.

phần kết luận

Xác định độ nhớt cho phép để dự đoán hoạt động của các thiết bị và máy móc trong điều kiện khác nhau, có tính đến những thay đổi tài khoản trong chất lỏng hoặc khí thành phần, áp suất, nhiệt độ. Ngoài ra, kiểm soát các chỉ số liên quan đến ngành công nghiệp dầu khí, dịch vụ và các ngành khác.