Viscosidade. O coeficiente de viscosidade dinámica. O significado físico do coeficiente de viscosidade

Índice de viscosidade - un parámetro clave do fluído de traballo ou de gas. En termos físicos, a viscosidade pode ser definida como a fricción interna provocada polo movemento das partículas que constitúen a masa do medio líquido (gasoso), ou, máis simplemente, a resistencia ao movemento.

Cal é a viscosidade

Unha determinación experiencia empírica viscosidade simple: a superficie inclinada suave vertida á vez nunha cantidade igual de auga e aceite. A auga flúe aceite máis rápido. É máis fluído. Movéndose rapidamente drenar o aceite impide unha fricción maior entre as súas moléculas (resistencia interna - viscosidade). Así, a viscosidade do fluído inversamente proporcional á súa fluidez.

Índice de viscosidade: a fórmula

Nunha forma simplificada do proceso de fluído viscoso na tubaxe poden ser consideradas como capas paralelas planas A e B, coa mesma área de superficie S, a distancia entre os que é a magnitude de h.

Estas dúas capas (A e B) moverse con velocidades diferentes (V e V? V). Unha capa que ten a máis alta velocidade (V AV), implica o movemento da capa B, que se cambiar a unha velocidade máis lenta (V). Ao mesmo tempo a capa B tende a abrandar a velocidade da capa A. O significado físico do coeficiente de viscosidade é que a fricción das moléculas que constitúen a resistencia ó desaugadoiro das capas forma unha forza que Isaak Nyuton descrito pola seguinte fórmula:

F = μ × S (? V / h)

aquí:

• ? V - diferenza entre a velocidade de movemento das capas de evacuación de fluído;
• h - a distancia entre as capas de transmisión de líquidos;
• S - área de superficie da capa de fluxo de fluído;
• μ (mu) - factor segundo as propiedades dun líquido, chamado absoluto viscosidade dinámica.

En unidades SI fórmula é a seguinte:

μ = (F h) / (S? V) = [Pa x s] (× Pascal segundo)

Onde F - a forza da gravidade (peso) unidade de volume do fluído hidráulico.

valor de viscosidade

Na maioría dos casos, o coeficiente de viscosidade dinámica é medida en centipoise (CP), de conformidade cos CGS sistema (centímetro, herba, segundo). Na práctica, a viscosidade da proporción en masa de líquido está relacionada co seu volume, isto é, densidade líquida:

ρ = m / V

aquí:

• ρ - densidade do líquido;
• m - masa de fluído;
• V - volume de líquido.

A relación entre a viscosidade dinámica (μ) e densidade (ρ) chámase unha viscosidade cinemática ν (ν - grego - nu):

ν = μ / ρ = [m ² / s]

De feito, os métodos para a determinación do coeficiente de viscosidade son diferentes. Por exemplo, a viscosidade cinemática aínda mídese segundo o sistema de GHS en centistokes (CST) e de cantidades submúltiplos - Stokes (ST):

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

Determinación da viscosidade da auga

coeficiente de viscosidade de auga é determinada medindo o tempo de fluxo de fluído a través do tubo capilar calibrado. O dispositivo é calibrado usando un líquido de viscosidade estándar coñecido. Para determinar a viscosidade cinemática, medida en mm ² / s, o tempo de evacuación do fluído, medida en segundos, multiplícase por un valor constante.

Como unha unidade de comparación é utilizada a viscosidade de auga destilada, cuxo valor é case constante, mesmo cando os cambios de temperatura. Viscosidade - unha proporción do tempo en segundos que é necesaria volume fixo de auga destilada para o termo dun orificio calibrado, para o mesmo valor para o neto de proba.

Viscosímetros

A viscosidade é medida en graos Segundos Engler (E °) Saybolt Universal ( "SUS) ou clases Redwood (° RJ), dependendo do tipo de reómetro. Tres tipos de viscosetros difiren só na cantidade de fluxo medio líquido.

Viscosímetro medida da viscosidad en unidades Europea graos Engler (° E), calculado a 200 ^cm3 de fluír medio líquido. Viscosímetro medida da viscosidad en segundos Saybolt Universal ( "SUS ou" Ssu), utilizados nos Estados Unidos, que contén 60 ^cm3 de líquido de proba. En Inglaterra, onde emprega graos Redwood (° RJ), conduce viscosímetro medir a viscosidade de 50 cm ³ de líquido. Por exemplo, se 200 ^cm3 de un aceite flúe a dez veces máis lentas do que a mesma cantidade de auga, a viscosidade é de 10 ° Engler E.

Xa que a temperatura é un factor clave na mudanza da relación de viscosidade, as medicións son xeralmente realizada inicialmente a unha temperatura constante de 20 ° C e, a continuación, os seus valores máis altos. O resultado, polo tanto, é expresada pola adición dunha temperatura adecuada, por exemplo, 10 ° E / 50 ° C ou 2,8 ° E / 90 ° C. viscosidade do líquido a 20 ° C máis elevada que a súa viscosidade a temperaturas máis elevadas. aceites hidráulicos teñen unha viscosidade ás seguintes temperaturas respectivas:

190 CST a 20 ° C = 45,4 CST a 50 ° C = 11,3 CST a 100 ° C.

valores de translación

Determinación de viscosidade ocorre en sistemas diferentes (American, británica, GHS) e, polo tanto, son moitas veces necesarios para traducir os datos a partir dun sistema de medida para o outro. Para converter os valores de viscosidade do fluído expresado en graos Engler en centistokes ^(mm2 / s) a través da seguinte fórmula empírica:

ν (CST) = 7,6 × ° E × (1-1 / ° E3)

Por exemplo:

• 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.

A fin de determinar rapidamente a viscosidade patrón de fórmula hidráulico pode ser simplificado de aceite do seguinte xeito:

ν (CST) = 7,6 × ° E ^(mm2 / s)

Tendo viscosidade cinemática ν en mm ² / s ou CST, pode ser convertido nun coeficiente de viscosidade dinámica μ, utilizando a seguinte relación:

μ = ν × ρ

Exemplo. Resumindo varias fórmulas tradución graos Engler (E) ° centistokes (CST) e centipoises (CPS), supoña que o aceite hidráulico, cunha densidade ρ = 910 kg / m ³ ten unha viscosidade cinemática de 12 ° E, en unidades de centistokes:

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

Desde 1sSt = 10 ^-6 m ² / s e 1br = N × 10 ^-3 S / m ^2, entón a viscosidade dinámica será igual a:

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

coeficiente de viscosidade do gas

Ela é determinada pola composición (química, mecánica) de gas a unha temperatura e presión aplicada nos cálculos de gas-dinámico asociados co movemento de gas. Na práctica, a viscosidade do gas é tido en conta no desenvolvemento de creación de campos de gases, en que o cálculo se realiza cambios coeficiente dependendo dos cambios de composición do gas (especialmente importantes para os depósitos de condensado de gas), temperatura e presión.

Calculamos o coeficiente de viscosidade de aire. Os procesos serán similares aos descritos anteriormente os dous fluxos de auga. Supoña paralelo movendo dous gas fluxos U1 e U2, pero en taxas diferentes. Entre as capas de convección terá lugar moléculas (interpenetração). Como resultado, o momento de fluxo de aire máis rápido en movemento vai diminuír e, inicialmente, movéndose lentamente - acelerado.

O coeficiente de viscosidade de aire, segundo a lei de Newton, expresada pola seguinte fórmula:

F = × -h (DU / dz) × S

aquí:

• dU / dz é o gradiente de velocidade;
• S - área de forza de impacto;
• Factor H - a viscosidade dinámica.

Índice de viscosidade

Índice de viscosidade (VI), - un parámetro de correlacionar a modificación na viscosidade e temperatura. A correlación é unha dependencia estatística, neste caso, os dous valores en que o cambio de temperatura é acompañada por variación sistemática da viscosidade. Canto maior sexa o índice de viscosidade, menor será o cambio entre os dous valores, isto é, a viscosidade do fluído de traballo é máis estable coa temperatura.

A viscosidade dos aceites

Nos fundamentos do índice de viscosidade do aceite moderno de menos que 95-100 unidades. Así, en máquinas e equipos hidráulico pode ser usado suficientemente líquidos estables que restrinxen ampla variación na viscosidade en condicións de temperaturas críticas.

coeficiente "favorables" de viscosidade pode ser mantida pola introdución dun aceite de aditivos especiais (polímeros) obtidos por destilación de petróleo. Aumentan o índice de viscosidade do aceite, limitando os cambios nas características da variedade permisible. Na práctica, a introdución da cantidade necesaria de aditivos do aceite de base de baixo índice de viscosidade pode ser aumentado para 100-105 unidades. Con todo, mestura así obtida foi prexudica as súas propiedades baixo alta presión ea carga de calor, reducindo así a eficacia do aditivo.

En circuítos de alimentación debe ser utilizado poderosos fluídos hidráulicos cun índice de viscosidade de 100 unidades. Fluídos que conteñen aditivos que aumentan o índice de viscosidade, úsanse nos circuítos de control hidráulico e outros sistemas que operan na gama de presión baixa / media, nun número limitado de modificacións franxa de temperatura con pequenas fugas e discontinua. Como a presión aumenta ea viscosidade aumenta, pero o proceso ocorre a presións superiores a 30,0 MPa (300 bar). Na práctica, este factor é moitas veces negligenciada.

Medición e indexación

Segundo as normas internacionais ISO, a viscosidade da auga (e outros líquidos) exprésase en centistokes: CST ^(mm2 / s). As medicións de viscosidade aceites de proceso debe ser realizada a temperaturas entre 0 ° C, 40 ° C e 100 ° C. En calquera caso, o código de marca de viscosidade do aceite debe ser indicado co numeral 40 º C. Lonxe viscosidade é dada a 50 º C. Marcas, a maioría das veces usados en enxeñaría hidráulica, varían de 22 a ISO VG VG 68 ISO.

VG aceite hidráulico 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 a unha temperatura de 40 ° C posúen viscosidades correspondentes á súa etiquetaxe: 22, 32, 46, 68 e 100 CST. A viscosidade cinemática óptima do fluído de traballo nos sistemas hidráulicos encóntrase na gama de 16 a 36 CST.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers - SAE) estableceu pistas de viscosidades a temperaturas específicas e códigos axeitados asignados a eles. O número que segue letra W, - un coeficiente de viscosidade dinámica μ absoluto a 0 ° F (-17,7 ° C), ea viscosidade cinemática ν determinado a 212 ° F (100 ° C). Esa indexación en conta aceites multissérie utilizados na industria do automóbil (a transmisión, o motor, e así por diante. D.).

O efecto da viscosidade en obra hidráulica

A determinación da viscosidade do fluído non é único interese científico e educativo, pero tamén leva significado práctico importante. Os fluídos hidráulicos non só transferir a enerxía a partir da bomba para o motor hidráulico, senón tamén para lubrificar as partes e compoñentes é retirada a partir dos pares de fricción de calor xerada. non corresponde ao traballo da viscosidade do fluído de traballo pode perturbar gravemente a eficacia do sistema hidráulico.

A alta viscosidade do fluído de traballo (aceite de moi alta densidade) leva aos seguintes efectos negativos:

• O aumento da resistencia ao fluxo do fluído hidráulico provoca excesiva caída de presión no sistema hidráulico.
• Desaceleración de control de velocidade e os movementos mecánicos dos actuadores.
• Desenvolvemento de cavitación da bomba.
• Cero ou moi baixo de liberación de aire desde o tanque de aceite hidráulico.
• Unha perda notable de potencia (eficiencia de redución) de hidráulica, debido ao elevado custo da enerxía para superar a fricción interna do fluído.
• Aumento do torque do motor principal do servidor causada polo aumento da carga sobre a bomba.
• O aumento de temperatura do fluído hidráulico xerado polo rozamento.

Deste xeito, o significado físico do coeficiente de viscosidade está na súa repercusión (positivo ou negativo) sobre os compoñentes e mecanismos de vehículos, maquinaria e equipamentos.

Perda de potencia hidráulica

A baixa viscosidade do fluído de traballo (aceite de baixa densidade) provoca os seguintes efectos negativos:

• Caída eficiencia volumétrica das bombas como consecuencia do aumento das fugas internas.
• O aumento na fuga interna de compoñentes hidráulicos en todo o sistema hidráulico - bombas, válvulas, válvulas, motores hidráulicos.
• Un maior desgaste das unidades de bombeo e bombas debido á interferencia insuficiente viscosidade do fluído hidráulico necesario para a lubricación de pezas de fricción.

compresibilidade

Calquera líquido a presión é a presión. No que se refire a aceites, lubricantes e refrixerantes utilizados no sistema hidráulico de enxeñería mecánica, empiricamente, que descubriron que o proceso de compresión é inversamente proporcional á masa de fluído no seu volume. A cantidade de elemento de compresión para aceites minerais son significativamente máis baixos para a auga e moito máis baixa para os fluídos sintéticos.

Na baixa presión compresibilidade do fluído hidráulico simple efecto desdeñable sobre a redución do volume inicial. Pero poderosas máquinas con alta presión cilindros de accionamento hidráulico e grande, este proceso manifesta-se visiblemente. En hidráulico aceite mineral a unha presión de 10,0 MPa (100 bar), o volume diminúe de 0,7%. Neste caso, un cambio no volume de compresión a unha pequena distancia influír a viscosidade cinemática e tipo de aceite.

conclusión

Determinación da viscosidade permite predicir o funcionamento do equipo e maquinaria baixo varias condicións, tendo en conta os cambios na composición do fluído ou do gas, a presión, a temperatura. Ademais, o control dos indicadores relevantes para a industria do petróleo e do gas, utilidades e doutras industrias.