Koeficijent viskoznosti. Koeficijent dinamičke viskoznosti. Fizičko značenje koeficijenta viskoznosti

Koeficijent viskoznosti je ključni parametar radnog fluida ili plina. Fizikalno, viskoznost se može definirati kao unutarnje trenje uzrokovano kretanjem čestica koje tvore masu tekućeg (plinovitog) medija, ili, jednostavnije, otpornosti na kretanje.

Što je viskoznost?

Najjednostavnije empirijsko iskustvo u određivanju viskoznosti: glatka količina vode se istovremeno ulijeva na glatku nagnutu površinu s istom količinom vode i ulja. Voda se ispušta brže od ulja. To je više tekućine. Kretanje ulja sprječava brzi protok veće trenje između molekula (unutarnji otpor - viskoznost). Dakle, viskoznost tekućine je obrnuto proporcionalna njegovoj fluidnosti.

Koeficijent viskoznosti: formula

U pojednostavljenom obliku, postupak gibanja viskozne tekućine u cjevovodu može se uzeti u obzir u obliku ravnih paralelnih slojeva A i B s istom površinom S, udaljenost između kojih je h.

Ova dva sloja (A i B) kreću se različitim brzinama (V i V + Delta-V). Sloj A, koji ima najveću brzinu (V + Delta-V), uključuje sloj B koji se kreće pri manjoj brzini (V). Istodobno, sloj B nastoji usporiti brzinu sloja A. Fizičko značenje koeficijenta viskoznosti je da trenje molekula koje predstavljaju otpornost slojeva toka tvori silu koja Isaac Newton opisane slijedećom formulom:

F = mikro- × S × (Delta-V / h)

ovdje:

• Delta-V je razlika u brzinama kretanja slojeva protoka tekućine;
• h je udaljenost između slojeva tekućine;
• S je površina sloja tekućeg protoka;
• mu- (mu) je koeficijent koji ovisi o svojstva tekućine, zove se apsolutna dinamička viskoznost.

U jedinicama SI sustava, formula je sljedeća:

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

Ovdje F je gravitacija (težina) jedinice volumena radne tekućine.

Viskoznost vrijednost

U većini slučajeva, koeficijent dinamička viskoznost mjeri se centipoise (cps) u skladu s sustavom CGS jedinica (centimetar, gram, drugi). U praksi, viskoznost se odnosi na omjer mase tekućine prema volumenu, tj. Gustoći tekućine:

rho = m / V

ovdje:

• rho- je gustoća tekućine;
• m je masa tekućine;
• V je volumen tekućine.

Omjer između dinamičke viskoznosti (mu-) i gustoće (rho-) naziva se kinematičkom viskoznošću nu- (nu- - na grčki - nu):

nu- = mu- / rho- = [m²/ s]

Usput, metode određivanja koeficijenta viskoznosti su različite. Na primjer, kinematička viskoznost još uvijek se mjeri u skladu s GHS sustavom u centistokima (cSt) i u stolcima (St):

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

Određivanje viskoznosti vode

Koeficijent viskoznosti vode određuje se mjerenjem vremena protjecanja tekućine kroz kalibriranu kapilarnu cijev. Ovaj uređaj kalibriran je standardnom tekućinom poznate viskoznosti. Za određivanje kinematičke viskoznosti, mjereno u mm²/ s, vrijeme protjecanja tekućine, izmjereno u sekundama, množi se konstantnom vrijednošću.

Kao jedinica usporedbe, koristi se viskoznost destilirane vode čija je vrijednost gotovo konstantna i pri promjeni temperature. Koeficijent viskoznosti je omjer vremena u sekundama da je potrebna fiksna količina destilirane vode da izlazi iz kalibrirane rupice, na sličnu vrijednost za testnu tekućinu.

viskozimetara

Viskoznost se mjeri u stupnjevima Engler (° E) Saybolt Universal sekunde ( „SUS) ili Redwood stupnjeva (° RJ), ovisno o vrsti reometru. Tri vrste viskozimetre se razlikuju samo u iznosu od teče tekućeg medija.

Viskozimetar koji mjeri viskozitet u europskoj jedinici je stupanj Engler (° E), izračunat na 200 cm³ tekući tekući medij. Viskozimetar koji mjeri viskoznost u Universal Saybolt sekundama ("SUS ili" SSU ") koji se koristi u SAD-u sadrži 60 cm³ tekućinu za ispitivanje. U Engleskoj, gdje se koriste Redwood stupnjevi (° RJ), viskozimetar mjeri viskoznosti od 50 cm³ tekućina. Na primjer, ako je 200 cm³ određenog ulja protječe deset puta sporije od sličnog volumena vode, a viskoznost Englera je 10 ° E.

Budući da je temperatura ključni čimbenik koji mijenja koeficijent viskoznosti, mjerenja se obično vrše na konstantnoj temperaturi od 20 ° C, a zatim na višim temperaturama. Rezultat se tako izražava dodavanjem odgovarajuće temperature, na primjer: 10 ° E / 50 ° C ili 2,8 ° E / 90 ° C Viskoznost tekućine na 20 ° C veća je od viskoznosti pri višim temperaturama. Hidraulična ulja imaju sljedeće viskoznosti na odgovarajućim temperaturama:

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

Prijevod vrijednosti

Određivanje koeficijenta viskoznosti javlja se u različitim sustavima (američki, engleski, GHS) i stoga je često potrebno prevesti podatke iz jednog dimenzijskog sustava u drugi. Za prevođenje vrijednosti viskoznosti tekućine, izražene u stupnjevima Engler, do centistoka (mm²/ c) koristiti sljedeću empirijsku formulu:

nu- (cSt) = 7,6 × EE (1-1 / ° E3)

Na primjer:

• 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.

Da bi se brzo odredila standardna viskoznost hidrauličkog ulja, formula se može pojednostavniti na sljedeći način:

nu- (cSt) = 7,6 ° C (mm²/ c)

Imaju kinematičku viskoznost nu- u mm²/ s ili sŠT, moguće je prevesti u koeficijent dinamičke viskoznosti mu-, koristeći sljedeći odnos:

mu- = nu- ρρ

Primjer. Sažimanja različite formule prevođenje Englera stupnjeva (° E) centistoksima (cSt) i centipoise (CPS), pretpostaviti da hidraulično ulje gustoće rho = 910 kg / m³ ima kinematičku viskoznost od 12 ° E, koja je u jedinicama cSt:

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

Budući da je lcCm = 10^-6m²/ c i lc = 10^-3 H × s / m², tada će dinamička viskoznost biti:

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

Koeficijent viskoznosti plina

Određuje se sastavom (kemijska, mehanička) plina, koja utječe na temperaturu, tlak i koristi se u plinsko-dinamičkim proračunima povezanim s kretanjem plina. U praksi, viskoznost plina uzima se u obzir kod projektiranja plinskih polja, gdje se izračun provedenih promjena koeficijenata, ovisno o promjenama u sastavu plina (posebno važnih za plinski kondenzat depozita), temperature i tlaka.

Izračunajte koeficijent viskoznosti zraka. Procesi će biti slični dvama tokovima vode koja su gore diskutirana. Pretpostavimo da se dva plina U1 i U2 kreću paralelno, ali pri različitim brzinama. Između slojeva bit će konvekcija (uzajamno prodiranje) molekula. Kao rezultat toga, zamah strujanja pokretnog zraka će se brže smanjivati, a početno će se sporije spustiti.

Koeficijent viskoznosti zraka, prema Newtonov zakon, izražava se sljedećom formulom:

F = -h × (dU / dZ) × S

ovdje:

• dU / dZ je gradijent brzine;
• S je područje djelovanja sile;
• Koeficijent h je dinamička viskoznost.

Indeks viskoznosti

Indeks viskoznosti (IV) je parametar koji korelira promjenu viskoznosti i temperature. Korelacijska ovisnost je statistički odnos, u ovom slučaju dviju veličina, kod kojih promjena temperature prati sustavnu promjenu viskoznosti. Što je veći indeks viskoznosti, to je manja promjena između dviju vrijednosti, tj. Viskoznost radne tekućine je stabilnija kada se temperatura mijenja.

Viskoznost ulja

Na bazi modernih ulja, indeks viskoznosti je ispod 95-100 jedinica. Stoga se u hidrauličkim sustavima strojeva i opreme mogu koristiti dovoljno stabilni radni fluidi koji ograničavaju široku varijaciju viskoznosti pri kritičnim temperaturama.

"Povoljan" koeficijent viskoznosti može se održavati uvođenjem posebnih aditiva (polimera) destilacija ulja. Oni povećavaju indeks viskoznosti ulja ograničavanjem varijacije ove karakteristike unutar dopuštenog raspona. U praksi, prilikom uvođenja potrebne količine aditiva, indeks niske viskoznosti baznog ulja može se povećati na 100-105 jedinica. Istovremeno, tako dobivena smjesa pogoršava svojstva pod visokim pritiskom i toplinskim opterećenjem, čime se smanjuje učinkovitost aditiva.

U energetskim krugovima moćnih hidrauličkih sustava potrebno je koristiti radne tekućine s indeksom viskoznosti od 100 jedinica. Radni fluidi s poboljšivačima indeksa viskoznosti koriste se u hidrauličkim upravljačkim krugovima i drugim sustavima koji rade u niskom / srednjem tlačnom području u ograničenom rasponu promjena temperature, uz malo propuštanja i u serijskom načinu rada. Uz povećanje tlaka, viskoznost se također povećava, ali taj se proces javlja pri tlakovima iznad 30,0 MPa (300 bar). U praksi je ovaj čimbenik često zanemaren.

Mjerenje i indeksiranje

U skladu s međunarodnim ISO standardima, koeficijent viskoznosti vode (i ostalih tekućih medija) izražava se u centistokima: cSt (mm²/ s). Mjerenja viskoznosti procesnih ulja trebala bi se provoditi pri temperaturama od 0 ° C, 40 ° C i 100 ° C. U svakom slučaju, kod šifre razreda ulja, viskoznost treba pokazati na slici pri temperaturi od 40 ° C. U GOST-u viskoznost je dana na 50 ° C. Najčešće korištene marke u inženjerskoj hidraulici kreću se od ISO VG 22 do ISO VG 68.

Hidraulična ulja VG 22, VG ​​32, VG ​​46, VG 68, VG 100 pri 40 ° C imaju vrijednosti viskoznosti koje odgovaraju njihovom obilježavanju: 22, 32, 46, 68 i 100 cSt. Optimalna kinematička viskoznost hidrauličke tekućine u hidrauličkim sustavima leži u rasponu od 16 do 36 cSt.

Američko društvo inženjera automobila (SAE) utvrdilo je varijacije viskoznosti na određenim temperaturama i dodijelilo ih odgovarajućim kodovima. Slika koja slijedi slovo W je apsolutni dinamički koeficijent viskoznosti mu-0 ° F (-17.7 ° C), i kinematičku viskoznost nu- je određena na 212 ° F (100 ° C). Ova indeksacija odnosi se na sva sezonska ulja koja se koriste u automobilskoj industriji (prijenos, motor, itd.).

Učinak viskoznosti na rad hidrauličkih sustava

Određivanje viskoznosti fluida nije samo znanstvena, obrazovna interes, ali također nosi važnu praktično značenje. U hidrauličkim sustavima, radni fluidi ne samo da prenose energiju iz crpke na hidraulične motore, već i podmazuju sve komponente komponenti i odvlače oslobađenu toplinu iz parova trenja. Viskoznost radnog fluida koja ne odgovara načinu rada može ozbiljno utjecati na učinkovitost cjelokupne hidraulike.

Visoka viskoznost radne tekućine (ulje vrlo visoke gustoće) dovodi do sljedećih negativnih pojava:

• Povećana otpornost na protok hidrauličke tekućine uzrokuje pretjeran pad tlaka u hidrauličkom sustavu.
• Usporavanje brzine upravljanja i mehaničkih kretanja pokretača.
• Razvoj kavitacije u pumpi.
• Nula ili preniska oslobadanja zraka iz ulja u spremniku.
• Znatan gubitak snage (smanjena učinkovitost) hidraulike zbog visokih troškova energije za prevladavanje unutarnjeg trenja tekućine.
• Povećani zakretni moment primarnog stroja stroja uzrokovan povećanjem opterećenja na crpki.
• Povećanje temperature hidrauličke tekućine uzrokovano povećanim trenjem.

Stoga, fizičko značenje koeficijenta viskoznosti leži u njegovu utjecaju (pozitivnom ili negativnom) na čvorove i mehanizme vozila, strojeva i opreme.

Gubitak hidrauličke snage

Niska viskoznost radne tekućine (ulje niske gustoće) dovodi do sljedećih negativnih pojava:

• Pad volumetrijske učinkovitosti crpki kao rezultat povećanja unutarnjih propuštanja.
• Povećanje unutarnjih propusta u hidrauličkim komponentama cijelog hidrauličkog sustava - pumpi, ventili, hidraulički razdjelnici, hidraulični motori.
• Povećano trošenje skliznih sklopova i kliniranje pumpi zbog nedovoljne viskoznosti radnog fluida koji je neophodan kako bi se osiguralo podmazivanje trenja.

stlačivost

Bilo koja tekućina pod tlakom komprimira se. S obzirom na ulja i rashladne tekućine koji se koriste u hidraulički strojogradnji, empirijski je utvrđeno da je proces kompresije obrnuto proporcionalan masi tekućine po volumenu. Količina kompresije veća je za mineralna ulja, mnogo niža za vodu i mnogo niža za sintetičke tekućine.

U jednostavnim hidrauličkim sustavima s niskim tlakom, kompresibilnost tekućine zanemarivo utječe na smanjenje početnog volumena. No, kod snažnih strojeva s visokotlačnim hidrauličkim pogonom i velikim hidrauličkim cilindrima, ovaj proces se očituje očito. u hidrauličkom mineralna ulja pri tlaku od 10,0 MPa (100 bara), volumen se smanjuje za 0,7%. Istovremeno, kinematička viskoznost i tip ulja utječu na promjenu volumena kompresije u maloj mjeri.

zaključak

Određivanje koeficijenta viskoznosti omogućava predviđanje rada opreme i mehanizama u različitim uvjetima, uzimajući u obzir promjene u sastavu tekućine ili plina, tlaka, temperature. Također, kontrola tih pokazatelja je relevantna u sektoru nafte i plina, općinskom gospodarstvu i drugim industrijama.