Autoparts-remix.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Единица измерения динамической вязкости в системе си

Единица измерения динамической вязкости в системе си

Измерение вязкости и плотности лакокрасочных материалов и других продуктов.
ГОСТ 8420, ГОСТ 9070, ГОСТ 18992

Измерение вязкости
Вязкость — характеристика сил внутреннего трения.

Единица вязкости в системе СИ — Паскаль*секунда. В системе CGS единица вязкости — Пуаз.

Приборы для измерения вязкости называются вискозиметрами.
В вискозиметрах используются два разных принципа измерения вязкости: по скорости вытекания жидкости из малого отверстия или из капилляра (Вискозиметр ВЗ-246, Стандартная Кружка ВМС); по скорости падения шарика в вязкой жидкости.

Первый принцип основан на формуле Пуазейля, дающей зависимость между объемом жидкости, вытекающей из трубки радиусом R и длиной I.
Второй принцип измерения вязкости основан на измерении скорости падения шара в вязкой среде (формула Стокса).

Одним из широко используемых приборов для измерения вязкости является вискозиметр Энглера, в котором измеряется время вытекания 200 г. жидкости по сравнению со временем вытекания 200 г воды через то же отверстие. Вязкость измеряют в градусах Энглера, что соответствует отношению времени вытекания жидкости ко времени вытекания воды при тех же условиях.

Вязкость, определенная через силу сопротивления движению называется еще динамической вязкостью. Существует понятие кинематической вязкости — это вязкость, отнесенная к единичной плотности.

Измеряется кинематическая вязкость в единицах L 2 T -1 , т. е. M 2 /сек в системе СИ. Та же единица в СГС-системе называется стоксом.
Существует еще понятие ударной вязкости, определяемой, как работа для излома твердого тела, отнесенная к единице поперечного сечения излома.
Обратная вязкости величина называется текучестью.

Иногда в технике пользуются понятием удельной вязкости, т. е. отношением вязкости жидкости к вязкости воды.
Для измерения условной вязкости грубодисперсных материалов применяется Стандартная кружка ВМС.

Измерение плотности

Точные измерения плотности твердого тела возможны, если изготовить из данного материала тело правильной формы: параллелепипед, цилиндр или шар. Тогда, определив объем легко найти плотность по отношению массы к объему.

В том случае, когда тело имеет неправильную форму, его объем можно найти, погружая его в жидкость, налитую в мерный стакан. По количеству вытесненной жидкости определяют объем и затем плотность. Более высокой точности можно добиться гидростатическим взвешиванием. Для этого нужно взвесить тело в воздухе и взвесить, погрузив тело в жидкость с известной плотностью (вода, CCl4 и т.д.). Измеряя вес тела в воздухе (Р) и в воде (р), находим объем тела V, а затем и плотность (удельный вес).
При точных взвешиваниях плотность воды при данной температуре и давлении находят по соответствующим таблицам. При взвешивании тела в воздухе необходимо также учитывать архимедову силу, действующую на тело в воздухе.

Плотность жидкостей измеряется путем взвешивания сосуда с точно известным объемом — мерной колбой, мензуркой, пипеткой. Для прецизионных измерений используют ампулы с точно известным объемом, а также специальные приборы — Пикнометры. Объем пикнометра наиболее точно можно определить, взвешивая его с какой-либо стандартной жидкостью — с водой или с четыреххлористым углеродом.

Плотность газов определяется из основных соотношений молекулярной физики, определяющих, что один моль идеального газа занимает при нормальных условиях объем в 22,4 л (т. н. молекулярный объем).
Плотность газа можно измерить оптическим методом по изменению показателя преломления. Показатель преломления газа связан линейно с концентрацией молекул — числом частиц в единице объема N — линейной зависимостью.

Оптические методы измерения показателей преломления рассмотрены в разделе «рефрактометрия» в следующей главе, посвященном оптическим измерениям. Здесь укажем, что измерения плотности газов по показателю преломления являются наиболее точными методами, поскольку в качестве выходных измерительных устройств в них могут использоваться интерферометры — наиболее точные инструменты из всех известных в настоящее время средств измерения.

Единица измерения динамической вязкости в системе си

Физические величины. Вязкость жидкости

Вязкость – свойство жидкости, которое определяет сопротивление жидкости к внешнему воздействию. Вязкость можно представить как внутреннее трение между отдельными слоями жидкости при их смещении относительно друг друга.

Существуют два основных параметра для определения вязкости жидкости: динамическая (или абсолютная) вязкость и кинематическая вязкость. Динамическая вязкость представляется как отношение единицы силы, необходимой для смещения слоя жидкости на единицу расстояния, к единице площади слоя.

Определяющее уравнение для динамической вязкости

В международной системе единиц СИ при выражении единицы давления сдвига F/S в паскалях, градиента скорости grad υ (изменение скорости жидкости, отнесённого к расстоянию между слоями) в секундах в минус первой степени динамическая вязкость µ выразится в паскалях-секундах (П·с). В метрической системе единица вязкости представляется в грамм/сантиметр в секунду, называемой пуаз. Принятое обозначение пуаз – П

1 П·с = 10 пуаз.

Единицы измерения динамической вязкости паскаль-секунда и пуаз значительны по своему размеру и применяют дольные единицы – миллипаскаль-секунда мПа и сантипуаз сП

Читать еще:  1398 орб в ч 74930

1 мПа·с = 1 сП.

Переводные множители для расчёта динамической вязкости приведены в таблице.

Величина обратная динамической вязкости жидкости определяется как текучесть жидкости и в международной системе единиц (СИ) выражается Па -1 ·С -1 .

Формула для определения кинематической вязкости при заданной динамической вязкости выглядит так:

Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ – квадратный метр на секунду, в метрической системе – квадратный сантиметр на секунду называемый стокс. Принятое обозначение стокса – Ст.

1 м 2 /с = 10 4 Ст

Единица измерения кинематической вязкости квадратный метр на секунду и стокс значительна по своему размеру и для практических применений используют дольные единицы – квадратный миллиметр на секунду и сантистокс сСт

1 мм 2 /с = 1 сСт.

Переводные множители для расчёта кинематической вязкости приведены в таблице:

При необходимости пересчёта параметров вязкости можно воспользоваться соотношением соблюдая размерности физических величин, например:

Вязкость нефти

Вязкость — важнейшее технологическое свойство нефти. Классификация

Величина вязкости учитывается при оценке скорости фильтрации в пласте, при выборе типа вытесняющего агента, при расчете мощности насоса добычи нефти и др.

Параметр вязкость наиболее тесно отражает взаимодействие углеводородов и гетероатомных соединений и коррелирует со степенью их проявления.

Вязкость (абсолютная, динамическая) характеризует силу трения (внутреннего сопротивления), возникающую между 2 смежными слоями внутри жидкости или газа на единицу поверхности при их взаимном перемещении (рис 1).

Динамическая вязкость определяется по уравнению Ньютона:

, (1)

где А — площадь перемещающихся слоев жидкости или газа ;

F — сила, требующаяся для поддержания разницы скоростей движения между слоями на величину dv;

dy — расстояние между движущимися слоями жидкости (газа);

dv — разность скоростей движущихся слоев жидкости (газа).

μ — коэффициент пропорциональности, абсолютная, динамическая вязкость.

Рис 1. Движение 2 х слоев жидкости относительно друг друга

Размерность динамической вязкости определяется из уравнения Ньютона:

система СИ — [Па*с, мПа*с], паскаль /сек;

система СГС — [пуаз (пз), сантипуз (спз)] = [г/ (см*сек)].

С вязкостью связан параметр — текучесть (j) — величина обратная вязкости:

(2)

Кроме динамической вязкости для расчетов используют также параметр Кинематическая вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой с учетом силы тяжести.

(3)

Единицы измерения кинематической вязкости:

система СИ — [м 2 /сек, мм 2 /се];

система СГС — [стокс (ст), сантистокс (сст)];сст =1·10-4 м 2 /сек.

Вязкость сепарированной нефти с возрастанием температуры уменьшается, а с возрастанием давления увеличивается.

С увеличением молекулярного веса фракции, температурного интервала выкипания фракции, плотности величина вязкости возрастает .

Вязкость нефти уменьшается с повышением количества углеводородного газа растворенного в ней, и тем больше, чем выше молекулярная масса газа (рис 2).

При увеличением молекулярной массы углеводородного компонента от СН4 к С4Н10, растворенного в нефти вязкость нефтей будет уменьшаться, за счет увеличения доли неполярных соединений (газ идеальная система).

Однако не все компоненты газа подчиняются такой закономерности.

С увеличением количества азота растворенного в нефти вязкость нефтей в пластовых условиях будет возрастать.

С увеличением молекулярной массы жидкого углеводородного компонента от С5Н12 и выше, растворенного в нефти, ее вязкость будет возрастать за счет увеличения доли полярных компонентов (нефть неидеальная система).

Рис 2. Изменение вязкости нефти Балаханского месторождения при насыщении ее газом

Вязкость смесей аренов больше вязкости смесей алканов. Поэтому, нефти с высоким содержанием ароматических углеводородов более вязкие чем нефти парафинового основания

Чем больше в нефти содержится смол и асфальтенов (больше полярных компонентов), тем выше вязкость.

Вязкость сырых нефтей больше вязкости сепарированных.

Величина вязкости нефти коррелирует с величиной плотностью или удельным весом нефти.

Вязкость пластовой нефти всегда значительно отличается от вязкости сепарированной нефти, вследствие большого количества растворенного газа, содержащегося в ней, пластовых температур.

Повышение температуры вызывает уменьшение вязкости нефти (рис 3 а).

Повышение давления, ниже давления насыщения приводит к увеличению газового фактора и, как следствие, к уменьшению вязкости.

Повышение давления выше давления насыщения для пластовой нефти приводит к увеличению величины вязкости (рис 3 б).

Минимальная величина вязкости имеет место, когда давление в пласте становится равным пластовому давлению насыщения (рис 3 б).

По данным Г. Требина вязкость нефти в пластовых условиях различных месторождений изменяется от сотен мПа*с до десятых долей мПа*с (около 25 % залежей), от до 7 мПа*с (около 50 % залежей) и от 5 до 30 мПа*с (около 25 %).

Рис 3 Изменение вязкости пластовой нефти от температуры (а) и давления (б)

Однако известны месторождения нефти, вязкость которых в пластовых условиях достигает значительной величины: Русское месторождение Тюменской области (μ ≈ 700-800 мПа*с), залежи Ухтинского месторождения Коми (μ ≈ 2300 мПа*с), пески Атабаска в Канаде.

В пластовых условиях вязкость нефти может быть в 10 ки раз меньше вязкости сепарированной нефти или нефти в поверхностных условиях.

Читать еще:  Шрус правый приора цена

Для Арланского месторождения — разница более 20.

В пласте на нефть воздействует содержащийся в пласте газ и пластовая температура.

Влияние плотности нефти на вязкость: легкие нефти менее вязкие, чем тяжелые.

Классификация нефти по вязкости:

незначительная вязкость — μ 25 мПа* с;

сверхвязкие (СВН) — μ > 30 мПа*.

Например, вязкость нефтей залежей:

верхнемеловые отложения Северного Кавказа 0,2-0.3 мПа*с; девон в Татарстане, Башкирии, мел Западной Сибири — 1-5 мПа*с;

Ашальчинское месторождение сверхвязкой нефти, Ярегское месторождение в Коми ( шахтный способ добычи) — более 30 мПа*с.

Обзор методов измерения вязкости. Публикация компании Rheotek, перевод с английского.

Измерение вязкости нефтепродуктов

Абсолютная и кинематическая вязкость

При воздействии на жидкость внешних сил она сопротивляется потоку благодаря внутреннему трению. Вязкость — мера этого внутреннего трения.

Кинематическая вязкость — мера потока имеющей сопротивление жидкости под влиянием силы тяжести. Когда две жидкости равного объема помещены в идентичные капиллярные вискозиметры и двигаются самотеком, вязкой жидкости требуется больше времени для протекания через капилляр. Если одной жидкости требуется для вытекания 200 секунд,а другой — 400 секунд, вторая жидкость в два раза более вязкая, чем первая по шкале кинематической вязкости.

Абсолютная вязкость, иногда называемая динамической или простой вязкость, является произведением кинематической вязкости и плотности жидкости:
Абсолютная вязкость = Кинематическая вязкость * Плотность.

Размерность кинематической вязкости — L2/T, где L — длина, и T — время. Обычно используется сантистокс (cSt). ЕДИНИЦА СИ кинематической вязкости — mm2/s, что равно 1 cSt. Абсолютная вязкость выражается в сантипуазах (сПуаз). ЕДИНИЦА СИ абсолютной вязкости — миллипаскаль-секунда (mPa-s), где 1 сПуаз = 1 mPa-s.

Другие общепринятые, но устаревшие единицы кинематической вязкости — Универсальные Секунды Сейболта (SUS) и Фурановые Секунды Сейболта (SFS). Эти единицы могут быть преобразованы в сантистоксы согласно инструкциям, приведенным в ASTM D 2161.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Зависимость, в которой вязкость является константой независимо от напряжения или скорости сдвига, называется законом вязкости Ньютона. Закону вязкости Ньютона подчиняются большинство обычных растворителей, минеральные основные масла, синтетические основные масла, полностью синтетические однокомпонентные масла. Они называются ньютоновскими жидкостями.

Неньютоновские — жидкости могут быть определены как те, для которых вязкость не константа, а изменяется в зависимости от скорости сдвига или напряжения сдвига, при котором измеряется. Большинство современных моторных масел — обладают свойством мультивязкости, и изготовлены с применением высокомолекулярных полимеров, называемыми модификаторами вязкости. Вязкость таких масел уменьшается с увеличением в скорости сдвига. Они называются «жидкостями, разжижающимися при сдвиге» (shear-thinning)становящимися тоньше сдвигом» жидкостями(газами). Примерами других неньютоновских жидкостей являются краска для потолков, притирочная паста и «резиновый» цемент.

Методы измерения вязкости

Вискозиметры можно классифицировать по трем главным типам:
1. Капиллярные вискозиметры измеряют расход фиксированного объема жидкости через малое отверстие при контролируемой температуре. Скорость сдвига можно измерить примерно от нуля до 106 с-1, заменяя капиллярный диаметр и приложенное давление. Типы капиллярных вискозиметров и их режимы работы:
Стеклянный капиллярный вискозиметр (ASTM D 445) — Жидкость проходит через отверстие устанавливаемого — диаметра под влиянием силы тяжести. Скорость сдвига — меньше чем 10 с-1. Кинематическая вязкость всех автомобильных масел измеряется капиллярными вискозиметрами.

Капиллярный вискозиметр высокого давления (ASTM D 4624 и D 5481) —Фиксированный объем жидкости выдавливается через стеклянный капилляр диаметра под действием приложенного давления газа. Скорость сдвига может быть изменена до 106 с-1. Эта методика обычно используется, чтобы моделировать вязкость моторных масел в рабочих коренных подшипниках. Эта вязкость называется, вязкостью при высокой температуре и высоком сдвиге (HTHS) и измеряется при 150 oC и 106 с-1. HTHS вязкость измеряется также имитатором конического подшипника, ASTM D 4683 (см. ниже).

2. Ротационные вискозиметры используют для измерения сопротивления жидкости течению вращающий момент на вращающемся вале. К ротационным вискозиметрам относятся имитатор холодной прокрутки двигателя (CCS), миниротационный вискозиметр (MRV), вискозиметр Брукфильда и имитатор конического подшипника (TBS). Скорость сдвига может быть изменена за счет изменения габаритов ротора, зазора между ротором и стенкой статора и частоты вращения.

Имитатор холодной прокрутки (ASTM D 5293) — CCS измеряет кажущуюся вязкость в диапазоне от 500 до 200000 сПуаз. Скорость сдвига располагается между 104 и 105 c-1. Нормальный диапазон рабочей температуры — от 0 до -40 oC. CCS показал превосходную корреляцию с пуском двигателя при низких температурах. Классификация вязкости SAE J300 определяет низкотемпературную вязкостную эффективность моторных масел пределами по CCS и MRV.

Минироторный вискозиметр (ASTM D 4684) — тест MRV, который связан с механизмом прокачиваемости масла, является измерением при низкой скорости сдвига. Главная особенность метода — медленная скорость охлаждения образца. Образец подготавливается так, чтобы иметь определенную тепловую предысторию, которая включает нагревание, медленно охлаждение, и циклы пропитки. MRV измеряет кажущееся остаточное напряжение, которое, если большее чем пороговое значение, указывает на потенциальную проблему отказа прокачивания, связанную с проникновением воздуха. Выше некоторой вязкости (в настоящее время определенной как 60000 сПуаз по SAE J 300), масло может быть вызвать отказ прокачиваемости по механизму, называемому «эффект ограниченного потока». Масло SAE 10W, например, должно иметь максимальную вязкость 60000 сПуаз при -30 o C без остаточного напряжения. С помощью этого метода измеряют также кажущуюся вязкость при скоростях сдвига от 1 до 50 c-1.
Вискозиметр Брукфильда — определяет вязкость в широких пределах (от 1 до 105 Пуаз) при низкой скорости сдвига (до 102 c-1).

Читать еще:  Зеркальный элемент калина с подогревом

ASTM D 2983 используется прежде всего для определения низкотемпературной вязкости автомобильных трансмиссионных масел, масел для автоматических трансмиссий гидравлических и тракторных масел. Температура — испытаний находится в диапазоне от -5 до -40 o C.

ASTM D 5133, метод сканирования Брукфильда, измеряет вязкость образца по Брукфильду, при охлаждении с постоянной скоростью 1 o C/час. Подобно MRV, метод ASTM D 5133 предназначен для определения прокачиваемости масла при низких температурах. С помощью этого испытания определяется точка структурообразования, определенная как температура, при которой образец достигает вязкости 30,000 сПуаз. Определяется также индекс(показатель) структурообразования как самая большая скорость увеличения вязкости от -5oC к самой низкой испытательной температуре. Этот метод находит применение для моторных масел, и требуется согласно ILSAC GF-2.

Имитатор конического подшипника (ASTM D 4683) — эта методика также позволяет измерять вязкость моторных масел при высокой температуре и высокой скорости сдвига (см. Капиллярный Вискозиметр высокого давления). Очень высокие скорости сдвига получаются за счет чрезвычайно малого зазора между ротором и стенкой статора.

3. Разнообразные приборы используют множество других принципов; например, время падения стального шарика или иглы в жидкости, сопротивление вибрации зонда, и давления, прилагаемого к зонду текущей жидкостью.

Индекс вязкости

Индекс вязкости (ИВ) — эмпирическое число, указывающее степень изменения в вязкости масла в пределах данного диапазона температур. Высокий ИВ означает относительно небольшое изменение вязкости с температурой, а низкий ИВ означает большое изменение вязкости с температурой. Большинство минеральных основных масел имеет ИВ между 0 и 110, но ИВ полимерсодержащего масла (multigrage) часто превышает 110.

Для определения индекса вязкости требуется определить кинематическую вязкость при 40oC и 100oC. После этого ИВ определяют из таблиц по ASTM D 2270 или ASTM D 39B. Так как ИВ определяется из вязкости при 40oC и 100oC, он не связан с низкотемпературной или HTHS вязкостью. Эти значения получают с помощью CCS, MRV, низкотемпературного вискозиметра Брукфильда и вискозиметров высокой скорости сдвига.

SAE не использует ИВ, для классификации моторных масел начиная с 1967, потому что этот термин технически устарел. Однако, методика Американского нефтяного института API 1509 описывает систему классификации основных масел, используя ИВ как один из нескольких параметров, чтобы обеспечить принципы взаимозаменяемости масел и универсализацию шкалы вязкости.

Основные типы модификаторов вязкости

Химическая структура и размер молекул — наиболее важные элементы молекулярной архитектуры модификаторов вязкости. Имеется множество типов модификаторов вязкости, выбор зависит от специфических обстоятельств.

Все выпускаемые сегодня модификаторы вязкости, состоят из алифатических углеродных цепочек. Главные структурные различия находятся в боковых группах, которые отличаются и химически, и по размеру. Эти изменения в химической структуре обеспечивают различные свойства модификаторов вязкости типа масел, такие как способность к загустеванию, зависимость вязкости от температуры, окислительная стабильность и характеристики экономии топлива.

Полиизобутилен (PIB или полибутен) — преобладающие модификаторы вязкости в конце 1950-ых, с тех пор PIB модификаторы были заменены модификаторами других типов, потому что они обычно не обеспечивают удовлетворительную работу при низких температурах и работу дизельных двигателей. Однако, низкмолекулярные PIB все еще широко используется в автомобильных трансмиссионных маслах.
Полиметилакрилат (PMA) — PMA модификаторы вязкости содержат алкильные боковые цепочки, которые препятствуют образованию кристаллов воска в масле, таким образом обеспечивая превосходные свойства при низкой температуре.

Олефиновые сополимеры (OCP) — OCP модификаторы вязкости широко используются для моторных масел благодаря их низкой стоимости и удовлетворительной моторной эффективности. Выпускаются различные OCP, отличные главным образом по молекулярному весу и отношению этилена к пропилену.

Сложные эфиры сополимера стирола и малеинового ангидрида (стироловые эфиры) — стироловые эфиры — мультифункциональные модификаторы вязкости высокой эффективности. Комбинация различных алкильных групп придает маслам, содержащим такие добавки, превосходные свойства при низкой температуре. Стирольные модификаторы вязкости использовались в маслах для энергосберегающих двигателей и по-прежнему используются в трансмиссионных маслах для автоматических коробок передач.

Насыщенные стиролдиеновые сополимеры — модификаторы на основе гидрогенизированныз сополимеров стирола с изопреном или бутадиеном способствуют экономии топлива, хорошими характеристиками вязкости при низких температурах и выскокотемпературными свойствами.

Насыщенные радиальные полистиролы (STAR) — модификаторы на основе гидрогенизированных радиальных полистирольных модификаторов вязкости показывают хорошее сопротивление сдвигу при относительно низкой стоимости обработки, по сравнению с другими типами модификаторов вязкости. Их свойства при низкой температуре подобны свойствам модификаторов OCP.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector