Что такое вязкость кинематическая: Кинематическая / динамическая вязкость

Содержание

Понятие динамической и кинетической вязкости

« Назад

Вязкостью называется свойство жидкости сопротивляться внешнему воздействию благодаря внутреннему трению, возникающему между слоями.

Для определения вязкости существует два основных параметра: динамическая вязкость и кинематическая вязкость, которые связаны между собой соотношением:

Где ν – кинематическая вязкость, м²/с;

µ — динамическая вязкость, Па*с;

ρ – плотность жидкости, кг/м³.

Между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга, возникает сила. Эта сила прямо пропорциональна скорости движения и площади соприкосновения.

В 1687 году И. Ньютоном был установлен закон вязкого течения жидкости:

где τ – касательные напряжения;

Коэффициент пропорциональности µ и назвали динамической вязкостью жидкости.

Динамическая и кинематическая вязкости зависят от температуры рабочей среды. Причем для газов и жидкостей эта зависимость различна. Это связано с различием во взаимодействии молекул. Для капельных жидкостей оба коэффициента убывают с возрастанием температуры.

Для определения вязкости используются специальные приборы – вискозиметры (U-образная стеклянная трубка). Одно из колен вискозиметра содержит впаянный капилляр, который оканчивается шариком. Под шариком и над ним нанесены метки, которые ограничивают определенный объем.

Для определения вязкости жидкости необходимо выбрать эталонную жидкость, вязкость которой является известной величиной. Для определения вязкости рабочей жидкости используется формула:

где µ — вязкость рабочей жидкости;

µ₀ – вязкость эталонной жидкости;

t – время истечения через капилляр исследуемой жидкости;

t₀ – время истечения через капилляр эталонной жидкости;

ρ – плотность исследуемой жидкости;

ρ₀ – плотность эталонной жидкости.

Так же существует понятие условной вязкости. Это отношение времени истечения через вискозиметр испытуемой жидкости при рабочей температуре к времени истечения дистиллированной воды при температуре 20°С (водное число). Водное соотношение является постоянной величиной для каждого прибора. Это соотношения выражается условными градусами.

где ВУ – условная вязкость;

t_H₂_O – водное число.

Еще один метод определения вязкости жидкости – метод Стокса.

Он заключается в бросании различных шариков в жидкость и измерении скорости их падения. На шарик действуют три силы: сила тяжести, выталкивающая сила и сила сопротивления окружающей среды.

где F_тяж– сила тяжести;

m – масса шарика;

r – радиус шарика;

ρ_ш– плотность шарика.

где F_A_{– выталкивающая сила.}

где F_c_{– сила сопротивления окружающей среды;}

ϑ – скорость движения шарика.

Подставив выражения для сил, действующих на шарик в итоговое уравнение, можно найти вязкость жидкости:

где d – диаметр шарика;

t – время падения шарика;

l – расстояние, пройденной шариком.

« Назад

Кинематическая вязкость масла

Кинематическая вязкость представляет собой отношение динамической вязкости к плотности вещества. Своим происхождением она обязана классическим методам измерения вязкости, среди которых измерение времени вытекания заданного объема через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром. 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 для вытекания требуется 200 секунд, а другой – 400, то по шкале кинематической вязкости вторая жидкость в два раза более вязкая, чем первая.

Кинематическая вязкость определяется легко и точно, поэтому для контроля над качеством производимых смазочных масел предпочтение отдают именно этому параметру.

По причине отсутствия стандартизированных методов испытаний масел в условиях деформации сдвига успешно используется такой эксплуатационный показатель качества как стабильность кинематической вязкости. Она выражается через степень изменения вязкости под воздействием условий, приближенных к эксплуатационным (термоокисление, сдвиговые деформации, загрязнение сажей и т.д.).

Чтобы производимое масло имело широкий вязкостный диапазон, необходимо применять базовое масло с очень высоким индексом вязкости. На сегодняшний день таковыми являются синтетические масла, например, Mobil на основе полиальфаолефинов, изопарафиновых углеводородов и алкилбензола, гидрокрекинговые масла и его смеси «синтетикой» (Shell Helix Ultra, BP Visco 5000 и т.д.). Индексы перечисленных баз лежат в диапазоне от ~135 (BP), до ~147 (Mobil) единиц. Для получения масел с диапазоном 5w-40 индекс нужно повысить минимум до ~155 единиц. Это можно сделать с помощью полимерных загустителей.

В качестве модификаторов вязкости применяются полимеры и сополимеры, полиизобутилен, полиметакрилаты, сополимеры олефинов (этилена, пропилена, бутилена), гидрированный сополимер стирола и бутадиена, гидрированный полиизопрен и др. С целью подчеркивания их высокомолекулярной природы, они вещества называются полимерными модификаторами вязкости (polymeric viscosity modifiers). В качестве депрессорных присадок (pour point depressants) применяются алкилнафталины, алкилфенолы и другие полимерные продукты.

Полимерные модификаторы вязкости эффективны в маслах, эксплуатируемых при умеренных нагрузках в отсутствии высокой деформации сдвига.

При больших нагрузках и высокой скорости сдвига длинные молекулы загустителей могут разрываться на мелкие фрагменты, вследствие чего эффективность загустителя при эксплуатации постепенно уменьшается. Именно поэтому новые масла с высоким индексом вязкости, стабильным в течение продолжительной работы в тяжелых условиях, получают не только добавлением полимерных присадок, но и путем модификации молекул базового масла (гидрокрекинг) либо путем использования синтетических базовых масел.

Теперь достаточно взглянуть на требования новых спецификаций SAE, API-ILSAC, ACEA и автопроизводителей, чтобы понять какие тесты не проходят высокозагущенные масла. Производители автомобилей и ГСМ сходятся во мнении относительно нежелательности использования высокозагущенных масел с широкими вязкостными диапазонами в условиях длительных интервалов и высоких нагрузок на двигатель.

Вязкость моторного масла: что такое, обозначения, стандарты

Учитывая большие объемы масла, используемого грузовиками и строительной техникой, фактор цены и ресурса смазочных материалов важен для бизнеса, особенно для крупных автопарков.

Это свойство прямо влияет на эффективность смазки, защиту от износа, а в холодном климате и на саму возможность запуска двигателя. Узлам, смазываемым принудительно маслонасосом, требуется обеспечение давления масла в определенных пределах, а оно находится в прямой пропорции с его вязкостью. Эффективность смазки разбрызгиванием (в первую очередь стенок цилиндров) зависит и от объема масла, выходящего через зазоры вкладышей, и от прочности масляной пленки, то есть вновь связана с вязкостью.

Появление в конструкции двигателей гидрокомпенсаторов, а затем и гидравлического привода фазовращателей также пришлось учитывать при составлении требований к вязкости моторного масла. Недостаточно вязкий продукт нарушает работу гидрокомпенсаторов, что выдает себя характерным стуком в механизме привода клапанов.

Зависимость вязкости от температуры

Моторное масло – это сложная по составу жидкость, состоящая из органических (базовое масло) и неорганических (часть пакета присадок) компонентов. У любого сорта материала есть ярко выраженная зависимость вязкости от температуры. По мере ее роста вязкость падает, снижается давление в масляной системе, уменьшается прочность масляной пленки. Поэтому при превышении определенной температуры масло может потерять это свойство настолько, что под нагрузкой трение в двигателе перейдет в сухое, а это неизбежно приведет к поломке.

При снижении температуры масло, напротив, густеет. Ухудшается прокачиваемость, возрастает сопротивление масляного фильтра, снижается объем масла, разбрызгиваемого в картере. При увеличении вязкости выше определенного порога становится невозможным запуск двигателя с помощью электростартера: его мощности не хватает, чтобы раскрутить коленчатый вал до нужных оборотов либо даже просто сдвинуть его с места.

Классическое минеральное базовое масло отличает наиболее ярко выраженная зависимость вязкости от температуры, то есть оно имеет минимальную ширину диапазона применяемости. По этой причине характеристики продукции приходится корректировать введением дополнительных присадок. Высококачественные синтетические базовые масла позволяют обеспечивать наиболее широкие границы применимости: при великолепных низкотемпературных свойствах масло не теряет способность смазывать и защищать мотор после прогрева и под нагрузкой.

Зависимость вязкости от срока службы смазочного материала

По мере эксплуатации масло неизбежно стареет, его вязкостные характеристики меняются:

окисляется и насыщается продуктами неполного сгорания топлива базовое масло;

разрушаются введенные в состав продукта стабилизаторы вязкости.

Для обеспечения нормальных интервалов замены масла необходимо, чтобы к концу срока его параметры оставались в пределах, заданных производителем двигателя. Старение масла становится к концу срока службы хорошо заметным: вязкость снижается, одновременно ухудшаются и низкотемпературные характеристики.

Используя высококачественные базовые масла и современные пакеты присадок, ROLF Lubricants GmbH может предложить продукцию не только со стандартными, но и с увеличенными сроками замены в соответствии со специфическими допусками автопроизводителей (например, BMW LL-01). В то же время намеренное увеличение интервалов замены, если оно прямо не оговорено в сервисной книжке для масел с конкретным допуском, не может быть рекомендовано.

Нужно учитывать, что сроки замены устанавливаются автопроизводителями для среднестатистических условий эксплуатации. В ряде случаев требуется сокращать интервалы обслуживания. Сюда относятся:

частые пробки, в которых двигатель работает на минимальных оборотах (наихудшие условия смазки) без набора километража на одометре;

жесткая эксплуатация (перегрузки, агрессивное вождение, внедорожная езда), когда возрастают темпы старения и окисления масла.

В таких условиях вязкостные свойства масла, как и другие эксплуатационные характеристики, уже могут выйти за установленные пределы быстрее, что ускорит рост износа двигателя. Именно поэтому в сервисных книжках обычно прямо предписываются сокращенные интервалы замены масла в описанных случаях.

Стандартизация вязкости смазочного материала

Для надежности смазки двигателя в первую очередь требуется, чтобы кинематическая вязкость масла при рабочей температуре находилась в определенных границах. Также особо оговаривается минимальная динамическая вязкость при повышенной температуре. При зимней же эксплуатации необходимо задать предельно высокую динамическую вязкость масла для определенной температуры, чтобы иметь уверенность в возможности прокрутки двигателя стартером и сохранении прокачиваемости материала насосом.

Общепринятая спецификация SAE J300 удобна и позволяет легко описывать и сравнивать вязкостные характеристики моторных масел. Ее принцип легко описывает простая таблица:

Группа классов вязкости

Маркировка по мере возрастания вязкости

Зимние масла

10W

15W

20W

25W

Летние масла

Таким образом, для сравнения двух масел достаточно сопоставить индексы заявленных классов. У летних масел увеличение числового индекса гарантирует, что вязкость при 100 градусах Цельсия (условная рабочая температура двигателя) попадает в больший диапазон числовых значений, чем у масла с меньшим индексом. Для зимних продуктов рост индекса означает ухудшение низкотемпературных свойств и увеличение температуры, при которой нормирована динамическая вязкость.

Однако сезонные масла в большинстве климатических поясов в эксплуатации неудобны, так как требуют замены два раза в год, даже если материал еще не потерял свои свойства. При небольших сезонных пробегах это экономически невыгодно. Поэтому большинство современных моторных масел, в том числе и выпускаемых ROLF Lubricants GmbH, являются всесезонными. У них в маркировке класса вязкости через дефис указываются два индекса, например SAE 10W-40.

Поскольку по мере старения масла его вязкость при рабочей температуре мотора неизбежно снижается, хорошим признаком качества и ресурса считается близость кинематической вязкости свежего продукта при 100 °С к верхней границе, заданной указанным классом SAE. Например, для класса SAE 30 максимум вязкости по стандарту равен 12,5 мм²/с, а у моторных масел ROLF она составляет:

ROLF 3-SYNTHETIC 5W-30: 12,2 мм²/с;

ROLF GT 5W-30 SN/CF: 12,1 мм²/с;

ROLF JP SAE 0W-30 ILSAC GF-5/API SN: 11,7 мм²/с;

ROLF JP SAE 10W-30 ILSAC GF-5/API SN: 12,0 мм²/с.

Моторные масла ROLF

Вязкость моторного масла

Вязкость – важнейшее свойство моторных масел. Она очень сильно зависит от температуры масла. В рабочем диапазоне – от температуры холодного пуска двигателя зимой до максимального его нагрева летом при работе с полной нагрузкой – вязкость моторного масла изменяется в сотни раз, а нередко и более. В меньшей степени вязкость моторного масла зависит от давления: с его увеличением она растет.

Вязкость – это мера трения между слоями жидкости. Различают динамическую (абсолютную) вязкость и кинематическую вязкость, равную отношению динамической вязкости к плотности масла. Единицами измерения для динамической и кинематической вязкости в системе СИ служат соответственно Па.с (паскаль-секунда) и м²/с. До сих пор довольно часто в документации используют устаревшие единицы вязкости пуаз (П) и стокс (Ст). Их соотношение с единицами в системе СИ таково: 1 Па.с = 10 П или 1 мПа.с = 1 сП; 1 Ст = 10–4 м²/с = 1 см²/с или 1 сСт = 1 мм²/с.

Большое значение имеет вязкостно-температурная характеристика моторного масла, называемая индексом вязкости. Чем больше его величина, тем более полога зависимость вязкости от температуры. Величину индекса вязкости моторного масла рассчитывают по значениям кинематической вязкости при 40 и 100°С согласно ГОСТ 25371-82.

Индекс вязкости хорошо очищенных минеральных масел из благоприятного сырья равен 90 – 105. Поэтому без присадок, повышающих индекс вязкости (загущающих), минеральные моторные масла не могут быть всесезонными. Синтетические моторные масла имеют индекс вязкости от 120 до 150. В тех же пределах находится индекс вязкости базовых масел, получаемых гидрокрекингом. Всесезонные моторные масла имеют индекс вязкости от 120 до 200 и более. Синтетические всесезонные масла могут быть загущенными и незагущенными.

Сегодня наибольшее распространение во всем мире получила классификация моторных масел по вязкости, стандартизованная SАЕ (Американское общество автомобильных инженеров). В таблице представлена последняя редакция стандарта SАЕ J300. Он подразделяет моторные масла на 11 классов, шесть из которых относятся к зимним (SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) и пять – к летним (SАЕ 20, 30, 40, 50, 60).

Всесезонные моторные масла, предназначенные для применения круглый год, обозначаются двумя классами: один зимний, второй – летний. Например SАЕ 0W-30, SAE 15W-40, SAE 20W-50 и т.п.

Для зимних классов установлены два максимальных значения низкотемпературной динамической вязкости масла и нижний предел кинематической вязкости при 100°С. Динамическая вязкость зимних масел в левой колонке таблицы характеризует проворачиваемость двигателя стартером, а приведенная в правой колонке – прокачиваемость масла насосом при соответствующей температуре. Для моторных масел летних классов установлены пределы кинематической вязкости при 100°С, а также минимальные значения динамической вязкости при 150°С и градиенте скорости сдвига 106 с^-1. Дело в том, что вязкость загущенных всесезонных масел зависит не только от температуры и давления, но и от скорости перемещения слоев масла, находящегося в зазоре между смазываемыми деталями. Градиент скорости сдвига – это отношение скорости движения одной поверхности трения относительно другой к величине зазора между ними, заполненного моторного маслом. С увеличением градиента скорости сдвига временно снижается вязкость загущенного моторного масла, но она снова возрастает, когда скорость сдвига уменьшается.

Чем меньше цифра, стоящая перед буквой W, тем меньше вязкость моторного масла при низкой температуре, легче холодный пуск двигателя стартером и лучше прокачиваемость масла по смазочной системе. Чем больше цифра, стоящая после буквы W, тем больше вязкость моторного масла при высокой температуре и надежнее смазывание двигателя при жаркой погоде.

В России моторные масла классифицированы согласно ГОСТ 17479.1-85. Примерное соответствие классов вязкости по ГОСТ классам вязкости SАЕ мы приводим во второй таблице.

Всесезонные масла согласно ГОСТ 17479.1-85 обозначают двумя цифрами, например, М-5з/16, М-6з/14 и т.п. Вторая цифра указывает номинальную кинематическую вязкость моторного масла при 100°С.

В заключение следует отметить, что для масел одного и того же вязкостного класса разные автопроизводители устанавливают различные интервалы температуры окружающего воздуха, в пределах которых данное масло применимо в двигателях автомобилей их производства. При выборе вязкостного класса моторного масла нужно строго выполнять требования инструкции по эксплуатации автомобиля.

Классификация моторных масел SAE J300 JUN 2001
Класс	Низкотемпературная вязкость		Высокотемпературная вязкость
	Проворачивание¹	Прокачиваемость²	Вязкость³ при 100°С, мм²/с		Вязкость⁴ при 150°С и скорости сдвига 106 с^-1, мПа. с
	Максимальная, мПа.с (при температуре)		Min	Max	Вязкость⁴ при 150°С и скорости сдвига 106 с^-1, мПа. с
0W	6 200 (–35°С)	60 000 (–40°С)	3,8
5W	6 600 (–30°С)	60 000 (–35°С)	3,8
10W	7 000 (–25°С)	60 000 (–30°С)	4,1
15W	7 000 (–20°С)	60 000 (–25°С)	5,6
20W	9 500 (–15°С)	60 000 (–20°С)	5,6
25W	13 000 (–10°С)	60 000 (–15°С)	9,3
20			5,6	9,3	2,6
30			9,3	12,5	2,9
40			12,5	16,3	2,9⁵
40			12,5	16,3	3,7⁶
50			16,3	<21,9	3,7
60			21,9	26,1	3,7
Примечания. ¹ – измеряется по методу ASTM D5293 на вискозиметре CCS. ² – измеряется по методу ASTM D4684 на вискозиметре MRV. Напряжение сдвига не допускается при любом значении вязкости. ³ – измеряется по методу ASTM D445 на капиллярном вискозиметре. ⁴ – измеряется по методам ASTM D4683 или CEC L-36-A-90 на коническом имитаторе подшипника. ⁵ – значение для классов SAE 0W-40, 5W-40, 10W-40. ⁶ – значение для классов SAE 40, 15W-40, 20W-40, 25W-40.

Примерное соотвествие классов вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 классам вязкости по SAE J300
Класс вязкости		Класс вязкости
По ГОСТ 17479.1-85	По SAE	По ГОСТ 17479.1-85	По SAE
3з	5W	24	60
4з	10W	3з/8	5W-20
5з	15W	4з/6	10W-20
6з	20W	4з/8	10W-20
6	20	4з/10	10W-30
8	20	5з/10	15W-30
10	30	5з/12	15W-30
12	30	6з/10	20W-30
14	40	6з/14	20W-40
16	40	6з/16	20W-40
20	50	5з/16	15W-40

Спецификация моторных масел по SAE (по показателю вязкости)

SAE (Society of Automotive Engineers – Общество Автомобильных инженеров). Спецификация SAE J300 является международным стандартом классификации моторных масел .

Вязкость масла – важнейшая характеристика моторного масла, определяющая способность масла обеспечивать стабильную работу двигателя, как в морозы (холодный пуск), так и в жаркую погоду (при максимальной нагрузке).

Температурные показатели моторного масла в своей основе содержат два главных значения: кинематическая вязкость (легкость текучести масла при заданной температуре под воздействием силы тяжести) и динамическая вязкость (показывает зависимость изменения вязкости масла от скорости перемещения смазываемых деталей относительно друг друга). Чем выше скорость, тем ниже вязкость, чем ниже скорость, тем выше вязкость.

Классы моторного масла

зимнее «W» – Winter-Зима ( SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W). Данные моторные масла характеризуются малой вязкостью, обеспечивают безопасный холодный пуск при температурах ниже ноля, но, не обеспечивают достаточно хорошее смазывание деталей летом.
летнее ( SAE 20, 30, 40, 50, 60). Масла данного класса отличаются высокой вязкостью.
всесезонное ( SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-20, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60). Сочетает в себе одновременно характеристики летнего и зимнего моторного масла.

Свойства вязкости при заданных низких температурах

Проворачиваемость определяют при помощи имитатора холодного пуска двигателя ( холодная прокрутка от стартера) CCS (Cold Cranking Simulator). Показатель динамической вязкости масла и температуры, при которых масло обладает достаточной текучестью, способной обеспечить безопасный пуск двигателя.

Прокачиваемость определяют, ссылаясь на показания мини-ротационного вискозиметра MRV(Mini-Rotary Viscometer) – на 5Со ниже. Способность прокачиваемости масла насосом в двигателе по системе смазки, исключающая возможность сухого трения деталей.

Свойства вязкости при заданных высоких температурах

Кинематическая вязкость при температуре 100 градусов Цельсия. Показывает минимальные и максимальные значения вязкости моторного масла при условии прогретого двигателя.

Динамическая вязкость HTHS (High Temperature High Shear) при 150 градусах Цельсия, и скорости сдвига 106 с-1. Определяет свойства моторного масла по энергосбережению. Показатель стабильности характеристик вязкости при экстремальных температурах.

Вас заинтересуют

Ваш вопрос успешно отправлен. Спасибо!

Закрыть

Классы моторного масла

зимнее «W» – Winter-Зима ( SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W). Данные моторные масла характеризуются малой вязкостью, обеспечивают безопасный холодный пуск при температурах ниже ноля, но, не обеспечивают достаточно хорошее смазывание деталей летом.
летнее ( SAE 20, 30, 40, 50, 60). Масла данного класса отличаются высокой вязкостью.
всесезонное ( SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-20, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60). Сочетает в себе одновременно характеристики летнего и зимнего моторного масла.

Свойства вязкости при заданных низких температурах

Свойства вязкости при заданных высоких температурах

Полезная информация о смазочных материалах

Почему придается большая важность выбору правильной вязкости моторного масла?

Прежде всего, при создании двигателя, все производители заранее рассчитывают необходимую вязкость моторного масла. Моторное масло должно эффективно прокачиваться по масляным каналам и обеспечивать разделение поверхностей трения, т.е. создавать масляную пленку нужной толщины между этими поверхностями. При недостаточной толщине масляной пленки или ее отсутствии возможно возникновение контактов металл-металл, и, как следствие, повышенный износ и задиры/сваривание поверхностей (см. рис.1). В реальной жизни, например, это приводит к так называемым «проворотам вкладышей и прихватам цилиндров».

Вязкость масла влияет на толщину масляной пленки, которая образуется между трущимися поверхностями. Чем выше вязкость масла, тем больше толщина масляной пленки, чем ниже вязкость, тем меньше толщина масляной пленки. В узлах, где конструктивно невозможно создание масляной пленки необходимой толщины (например, кулачок распредвала-толкатель), предотвращение износа осуществляется благодаря противоизносным/противозадирным присадкам масла.

Важно понимать 3 основных требования к вязкости масел:

1. Вязкость масла не должна быть слишком низкой, потому что это может привести к повреждению двигателя из-за возникновения трения «металл-металл»

2. Вязкость масла не должна быть очень большой потому, что деталям будет «трудно двигаться» относительно друг друга (представьте, что в двигатель «залили» битум) и его будет тяжело прокачать по масляным каналам, что приведет к отсутствию смазки в узлах трения и возникновению «сухого трения», а также повышенному расходу топлива.

3. Вязкость масла должна быть оптимальной! Она изначально рассчитывается при создании каждого конкретного типа двигателя и указывается в руководстве по эксплуатации и обслуживанию двигателя/автомобиля.

Зависимость вязкости моторного масла от температуры.

С ростом температуры вязкость моторного масла падает, т.е. масло становится более жидким. Вязкость масла может уменьшаться в интервале температур от 0°С до +100°С в сотни и тысячи раз (см. рис. 2) На практике этот эффект используется при замене масла – масло всегда меняют после прогрева двигателя, т.е. когда масло разжижается, иначе слить его максимально полно с двигателя нельзя.

«Обычное минеральное» моторное масло при 0°С гуще воды более чем в сотни и тысячи раз, а при +100°С всего лишь в десятки. Кинематическая вязкость моторного масла показывает именно «степень густоты» моторного масла. Она измеряется в сСт (сантиСтоксы или мм /с, 1 сСт = 1 мм /с).

Скорость падения кинематической вязкости с ростом температуры характеризуется ИНДЕКСОМ ВЯЗКОСТИ масла. Проще говоря, индекс вязкости показывает «степень разжижения» масла. Это безразмерная величина, т.е. не измеряется в каких-либо единицах (метрах, километрах, килограммах и т. д.) – это просто цифра!

Чем ниже индекс вязкости моторного масла, тем сильнее масло разжижается, т.е. толщина масляной пленки становится очень маленькой (а за этим следует повышенный износ – см. предыдущую часть). Чем выше индекс вязкости моторного масла, тем меньше масло разжижается, т.е. обеспечивается необходимая для защиты трущихся поверхностей толщина масляной пленки.

На практике, в случае реальных моторных масел, низкий индекс вязкости означает плохой запуск двигателя при низких температурах или плохая его защита от износа при высоких температурах.

Пример: отечественное масло M10ДМ (или М10Г2к) – минеральное масло (индекс вязкости ИВ ~100…110), запуск двигателя (при исправном состоянии) при -15°С затруднен; Shell Rimula D 10W-30 (минеральное масло!) (ИВ~130) – запуск двигателя при его исправном состоянии гарантирован при -25°С – почувствуйте разницу!

Вывод: чем выше индекс вязкости моторного масла, тем в более широком температурном диапазоне (окружающей среды) масло обеспечивает работоспособность двигателя – обеспечивается более легкий пуск двигателя при низких температурах и достаточная толщина масляной пленки (и, соответственно, защита двигателя от износа) при высоких температурах.

Теоретически, все производители моторных масел хотели бы получить продукт с максимально высоким индексом вязкости (>300), но к сожалению, это невозможно по причине ряда физических законов. Высококачественные минеральные моторные масла обычно имеют индекс вязкости (ИВ) 120-140, полусинтетические 130-150, синтетические 140-170. На канистрах, этикетках, этот параметр, как правило, не указывается, из-за «излишней сложности восприятия» для потребителя. Вы всегда можете потребовать от представителя производителя масла. Она не является секретной или конфиденциальной!

· Вязкость — (внутреннее трение) — свойство жидких и газообразных тел оказывать сопротивление их течению — перемещению одного слоя тела относительно другого — под действием внутренних сил. Может быть выражена в единицах вязкости кинематической, динамической, условной и удельной. Физическая модель вязкости жидкого или газообразного тела – это сила, которую необходимо приложить для равномерного перемещения одной пластины относительно покоящейся, при условии, что их разделяет жидкость или газ, отнесенная к площади пластины. В этом случае приложенная сила оказывается равной абсолютной (динамической) вязкости.

* * * * * * *

· Кинематическая вязкость — основной эксплуатационный параметр для всех видов моторных и трансмиссионных масел (а также и масел индустриальной номенклатуры). По определению — отношение динамической вязкости ( h ) к плотности ( d ) жидкости или газа при той же температуре :

n = h / d

В системе СИ за единицу кинематической вязкости принят квадратный метр за секунду (м2/с), равный кинематической вязкости, при которой динамическая вязкость среды с плотностью 1 кг/м3 равна 1 Па × с. В системе СГС принят стокс.

Соотношение:

1 стокс = 1 ст = 1 Ст = 1 см2/с = 0,0001 м2/с.

1 сантистокс = 1сст = 1 сСт = 0,000001 м2/с.

* * * * * * *

· Влияние на работу двигателя: от вязкости масла зависят следующие факторы

— толщина образуемой масляной пленки в парах трения (надежность разделения трущихся поверхностей при высоких темпреатурах, стойкость к разрушению до добавления противоизносных присадок),

— лёгкость пуска двигателя в холодную погоду,

— мощность двигателя (потери на трение, компрессия в ЦПГ),

— коэффициент полезного действия двигателя,

— количество осадков образующихся в картерном масле,

— расход топлива,

— расход масла.

* * * * * * *

· Влияние на пуск двигателя: С уменьшением вязкости масла облегчается пуск двигателя и ускоряется подача масла на стенки цилиндра в момент пуска. Однако, необходимо учитывать, что удельная нагрузка, которую может выдержать смазываемый подшипник, возрастает с увеличением числа оборотов вала и повышением вязкости масла. С повышением вязкости масла возрастает толщина масляной пленки, разделяющей трущиеся поверхности, что косвенно приводит к некоторому повышению степени сжатия топливо-воздушной смеси в цилиндре (компрессии) из-за снижения потерь на прорыв газов в полость картера через изношенные кольца поршня, что в конечном счёте приводит к улучшению условий сгорания топлива в процессе рабочего цикла. Однако вязкие масла низкого качества (имеющие низкий индекс вязкости) при низких температурах создают проблемы при запуске двигателя, а также создают предпосылки для трения без масла при старте. Кроме того вязкость — это жидкостное трение, а трение — это потери, которые можно достаточно легко расчитать и выразить их не только в сантиПуазах (вязкость) или в Джоулях, но и в литрах, затраченного на преодоление трения, топлива, а в конечном счёте и в деньгах, вхолостую выброшенных через выхлопную трубу машины. В связи с этим выбор вязкости масла — это комплексная задача, решение которой должно одновременно удовлетворить всем вышеназванным требованиям.

Основные свойства масел

Плотность и удельный вес

Плотность вещества — это соотношение его массы к объему (кг/м3), а удельный вес — соотношение массы определенного объема вещества к массе соответствующего объема воды при 20°С. Плотность и удельный вес зависят от температуры.

Вязкость

Вязкость — это одна из важнейших характеристик масел, которая характеризует внутреннее трение, определяет текучесть и способность обеспечить гидродинамический (жидкостной) режим смазывания. Вязкость зависит от температуры, в диапазоне рабочих температур (обычно от минус 30°С до 150°С) вязкость минеральных масел изменяется в тысячи раз.
Различают кинематическую и динамическую (абсолютную) вязкость. Первая, характерная для простых масел при положительных температурах, определяется в капиллярных вискозиметрах, а вторая — для загущенных (всесезонных) масел и масел при отрицательных температурах, определяется в ротационных вискозиметрах, ее величина зависит не только от температуры, но и от градиента скорости сдвига.

Кинематическую вязкость в технической системе единиц измеряют в Стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт), а в системе СИ в м²/с или в мм²/с.
Динамическая вязкость представляет собой произведение кинематической вязкости на плотность жидкости, в технической системе ее измеряют в сантипуазах (сП), а в системе СИ — в миллиПаскаль-секундах (мПас), где 1 сП= 1 мПа-с.

Моторные масла, как и большинство смазочных материалов, изменяют вязкость в зависимости от своей температуры. Чем ниже температура, тем больше вязкость и наоборот.
Всесезонное масло работает в диапазоне температур от -35 (холодный пуск зимой) до 150-180ºС (работа двигателя летом под полной нагрузкой), что соответственно вызывает многократное изменение его вязкости.
Чтобы обеспечить холодный пуск двигателя (проворачивание коленвала стартером и прокачивание масла по системе смазки) при низких температурах, вязкость не должна быть очень большой.
При высоких температурах масло не должно иметь очень малую вязкость, чтобы создавать прочную масляную пленку между трущимися деталями и необходимое давление в системе.
Для обеспечения необходимой вязкости во всем диапазоне рабочих температур всесезонные моторные масла изготавливают из маловязкой основы и полимерных загущающих присадок (модификаторов вязкости). Основа, имеющая небольшую вязкость, обеспечивает нужные низкотемпературные характеристики. Молекулы загущающих присадок представляют собой «клубки» полимеров (веществ, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев), «набухающие» при нагревании, что сохраняет достаточную вязкость при высокой температуре.
Вязкость загущенного всесезонного масла зависит также и от скорости перемещения его слоев относительно друг друга. С ее увеличением вязкость временно снижается, поскольку «клубок» полимерной присадки «растягивается» и оказывает меньшее сопротивление перемещению слоев.
Способность снижать вязкость в зависимости от скорости уменьшает потери на внутреннее трение в масле и, соответственно, потери мощности двигателя. Например, при движении поршня от верхней или нижней мертвой точки его скорость возрастает и в определенный момент возникает гидродинамический режим смазки (масло полностью разделяет поверхности деталей). Полимерная загущающая присадка в это время понижает вязкость масла, тем самым снижая потери мощности, развиваемой двигателем.

Индекс вязкости

Индекс вязкости (сокращенно VI, от английского Viscosity Index) безрамерный показатель характеризует зависимость вязкости масла от изменения температуры. Чем больше индекс вязкости, тем меньше вязкость масла изменяется при колебании температуры. Он зависит от углеводородного состава масла, наличия вязкостных (загущающих) присадок, глубины очистки масляных фракций. Для минеральных масел без вязкостных присадок индекс вязкости составляет 85-100, масла с вязкостными присадками и синтетические масла-компоненты могут иметь индекс вязкости 120-150. У маловязких глубокоочищенных масел индекс вязкости может достигать 200.

Температура вспышки

При повышении температуры из масла выделяются пары, которые при поднесении открытого огня вспыхивают. Эта температура называется температурой вспышки, которую можно измерять либо в открытом (Cleveland), либо закрытом тигле (Pensky-Martens). Показатель характеризует наличие в масле легкокипящих фракций, он связан с испаряемостью масла в процессе эксплуатации.

Температура застывания

Температура застывания — это самая низкая температура, при которой масло еще полностью не потеряло текучесть при наклонении пробирки, в которой его охладили. Температура застывания характеризует момент резкого увеличения вязкости при снижении температуры, или кристаллизации парафина вместе с повышением вязкости в такой степени, что масло становится твердым.

Щелочное число (TBN) и кислотное число (TAN)

В процессе эксплуатации в смазочных маслах накапливаются кислые и/или щелочные продукты, которые образуются в результате окисления, разрушения молекул базового масла и присадок, загрязнения масел, в том числе, накопления в них продуктов неполного сгорания топлива, сажи. Общее щелочное число (TBN) и общее кислотное число (TAN) анализируются в лабораторных условиях. TBN выражается через количество гидроокиси калия в миллиграммах, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г). TAN выражается через количество гидроокиси калия в мг, необходимое для нейтрализации кислых продуктов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г).

Абсолютная, динамическая и кинематическая вязкость

Вязкость — важное свойство жидкости при анализе поведения жидкости и ее движения вблизи твердых границ. Вязкость жидкости является мерой ее сопротивления постепенной деформации под действием напряжения сдвига или напряжения растяжения. Сопротивление сдвигу в жидкости вызвано межмолекулярным трением, возникающим, когда слои жидкости пытаются скользить друг относительно друга.

вязкость — это мера сопротивления жидкости течению

меласса высоковязкая
вода средней вязкости
газ низковязкая

Есть два связанных показателя вязкости жидкости

20004 9000 динамическая ( или абсолютная )

кинематическая

Динамическая (абсолютная) вязкость

Абсолютная вязкость — коэффициент абсолютной вязкости — это мера внутреннего сопротивления.Динамическая (абсолютная) вязкость — это тангенциальная сила на единицу площади, необходимая для перемещения одной горизонтальной плоскости по отношению к другой плоскости — с единичной скоростью — при сохранении единичного расстояния друг от друга в жидкости.

Напряжение сдвига между слоями нетурбулентной жидкости, движущейся по прямым параллельным линиям, можно определить для ньютоновской жидкости как

Напряжение сдвига можно выразить

τ = μ dc / dy

= μ γ (1)

где

τ = напряжение сдвига в жидкости (Н / м ²)

μ = динамическая вязкость жидкости (Н · с / м ²)

dc = единичная скорость (м / с)

dy = единичное расстояние между слоями (м)

γ = dc / dy = скорость сдвига (с ^-1)

Уравнение (1) известно как закон трения Ньютона.

(1) можно преобразовать, чтобы выразить Динамическая вязкость как

μ = τ dy / dc

= τ / γ (1b)

В системе СИ единицами динамической вязкости являются Н с / м ² , Па с или кг / (мс) — где

1 Па с = 1 Н с / м ² = 1 кг / (мс) = 0.67197 фунтов _м / (фут с) = 0,67197 оторочка / (фут с) = 0,02089 фунта _f с / фут ²

Динамическая вязкость также может быть выражена в метрических единицах CGS (сантиметр) -грамм-секунда) система как г / (см с) , дин с / см ² или пуаз (p) , где

1 пуаз = 1 дин с / см ² = 1 г / (см · с) = 1/10 Па · с = 1/10 Н · с / м ²

Для практического использования Poise обычно слишком велики, а единица измерения поэтому часто делится на 100 — на меньшую единицу сантипуаз (сП) — где

1 P = 100 сП
1 сП = 0.01 пуаз = 0,01 грамм на см секунду = 0,001 Паскаль секунды = 1 миллиПаскаль секунда = 0,001 Н с / м ²

Вода при 20,2 ^o C (68,4 ^o F) имеет абсолютную вязкость ед — 1 сантипуаз .

Жидкость	Абсолютная вязкость ^) ( Н с / м ² , Па с)*
Воздух	1.983 10 ^-5
Вода	10 ^-3
Оливковое масло	10 ^-1
Глицерин	10 ⁰	Мед 10 ¹
Golden Syrup	10 ²
Стекло	10 ⁴⁰

*) при комнатной температуре

Кинематическая вязкость

кинематическая вязкость соответствует соотношению кинематической вязкости — абсолютная (или динамическая) вязкость до плотности — величина, при которой никакая сила не задействована.Кинематическая вязкость может быть получена путем деления абсолютной вязкости жидкости на ее массовую плотность, например,

ν = μ / ρ (2)

, где

ν = кинематическая вязкость (м ² / с)

μ = абсолютная или динамическая вязкость (Н · с / м ²)

ρ = плотность (кг / м ³)

В системе SI теоретическая единица кинематической вязкости — м ² / с — или обычно используемый Сток (St) , где

1 St (Стокса) = 10 ^-4 м ² / s = 1 см ² / с

Сток происходит от системы единиц CGS (сантиметр грамм-секунда).

Поскольку Stoke является большим блоком, его часто делят на 100 на меньший блок сантисток (сСт) — где

1 St = 100 сСт
1 сСт (сантисток) ) = 10 ^-6 м ² / с = 1 мм ² / с
1 м ² / с = 10 ⁶ сантистокс

Удельный вес воды при 20,2 ^o C (68.4 ^o F) — это почти единица, и кинематическая вязкость воды при 20,2 ^o C (68,4 ^o F) для практических целей 1,0 мм ² / с ( cStokes). Более точная кинематическая вязкость воды при 20,2 ^o C (68,4 ^o F) составляет 1,0038 мм ² / с (сСт).

Преобразование абсолютной вязкости в кинематическую в британских единицах измерения может быть выражено как

ν = 6.7197 10 ^-4 μ / γ (2a)

где

ν = кинематическая вязкость (футы ² / с)

μ = абсолютная или динамическая вязкость (сП)

γ = удельный вес (фунт / фут ³)

Вязкость и эталонная температура

Вязкость жидкости сильно зависит от температуры — и для динамической или кинематической вязкости, чтобы иметь значение эталонная температура Необходимо указать .В ISO 8217 эталонная температура остаточной жидкости составляет 100 ^o C . Для дистиллятной жидкости эталонная температура составляет 40 ^o C .

для жидкости — кинематическая вязкость уменьшается при более высокой температуре
для газа — кинематическая вязкость увеличивается при более высокой температуре

Связанные мобильные приложения из Engineering ToolBox

Это бесплатное приложение, которое может использоваться в автономном режиме на мобильных устройствах.

Другие единицы измерения вязкости

Универсальные секунды Сейболта (или

SUS, SSU )

Универсальные секунды Сейболта (или SUS ) являются альтернативной единицей измерения вязкости. Время истечения составляет универсальные секунды Сейболта ( SUS ), необходимое для протекания 60 миллилитров нефтепродукта через калиброванное отверстие вискозиметра Saybolt Universal — при тщательно контролируемой температуре и в соответствии с методом испытаний ASTM D 88. Этот метод имеет в значительной степени заменен методом кинематической вязкости.Saybolt Universal Seconds также называют номером SSU (Seconds Saybolt Universal) или номером SSF (Saybolt Seconds Furol) .

Кинематическая вязкость в SSU в зависимости от динамической или абсолютной вязкости может быть выражена как

ν _SSU = B μ / SG

= B ν _{сантистокс} (3)

6 где

6

ν _SSU = кинематическая вязкость (SSU)

B = 4.632 для температуры 100 ^o F (37,8 ^o C)

B = 4,664 для температуры 210 ^o F (98,9 ^o C)

μ = динамический или абсолютный вязкость (сП)

SG = удельный вес

ν _{сантистокс} = кинематическая вязкость (сантистокс)

градус Энглера

градус Энглера используется в Великобритании в качестве шкалы . измерить кинематическую вязкость.В отличие от весов Saybolt и Redwood , шкала Engler основана на сравнении потока исследуемого вещества с потоком другого вещества — воды. Вязкость по Энглеру градусов — это отношение времени истечения 200 кубических сантиметров жидкости, вязкость которой измеряется, к времени истечения 200 кубических сантиметров воды при той же температуре (обычно 20 ^o C , но иногда 50 ^o C или 100 ^o C ) в стандартизированном измерителе вязкости Engler .

Ньютоновские жидкости

Жидкость, в которой напряжение сдвига линейно связано со скоростью деформации сдвига, обозначается как ньютоновская жидкость .

Ньютоновский материал называется истинной жидкостью, поскольку на вязкость или консистенцию не влияет сдвиг, такой как перемешивание или перекачка при постоянной температуре. Наиболее распространенные жидкости — как жидкости, так и газы — представляют собой ньютоновские жидкости. Вода и масла являются примерами ньютоновских жидкостей.

Разжижающие при сдвиге или Псевдопластические жидкости

Разжижающие при сдвиге или псевдопластические жидкости — это жидкости, вязкость которых уменьшается с увеличением скорости сдвига.Структура не зависит от времени.

Тиксотропные жидкости

Тиксотропные жидкости имеют структуру, зависящую от времени. Вязкость тиксотропной жидкости уменьшается с увеличением времени — при постоянной скорости сдвига.

Кетчуп и майонез являются примерами тиксотропных материалов. Они кажутся густыми или вязкими, но их можно довольно легко перекачивать.

Дилатантные жидкости

Сгущающая жидкость при сдвиге — или дилатантная жидкость — увеличивает вязкость при перемешивании или деформации сдвига.Дилатантные жидкости известны как неньютоновские жидкости.

Некоторые дилатантные жидкости могут почти затвердеть в насосе или трубопроводе. При взбалтывании сливки превращаются в составы масла и конфет. Глиняная суспензия и аналогичные сильно наполненные жидкости делают то же самое.

Bingham Plastic Fluids

Пластиковая жидкость Bingham имеет предел текучести, который необходимо превысить, прежде чем она начнет течь как жидкость. С этого момента вязкость уменьшается с увеличением перемешивания. Зубная паста, майонез и томатный кетчуп — примеры таких продуктов.

Пример — воздух, преобразование кинематической и абсолютной вязкости

Кинематическая вязкость воздуха при 1 бар (1 10 ⁵ Па, Н / м ²) и 40 ^o C составляет 16,97 сСт (16,97 10 ^-6 м ² / с) .

Плотность воздуха можно оценить с помощью закона идеального газа

ρ = p / (RT)

= (1 10 ⁵ Н / м ²) / ((287 Дж / (кг · К)) ((273 ^o C) + (33 ^o C)))

= 1.113 (кг / м ³)

где

ρ = плотность (кг / м ³)

p = абсолютное давление (Па, Н / м ²)

R = индивидуальная газовая постоянная (Дж / (кг K))

T = абсолютная температура (K)

Абсолютная вязкость может быть рассчитана как

μ = 1,113 (кг / м ^{) 3}) 16,97 10 ^-6 (м ² / с)

= 1.88 10 ^-5 (кг / (мс), Н с / м ²)

Вязкость некоторых обычных жидкостей

9023 Масло картера

440

902 97

сантистокс (сСт, 10 ^-6 м ² / с, мм ² / с* )*	Секунда Сейболта Универсальный (SSU, SUS)	Типичная жидкость
0,1		Ртуть
31	Вода (20 ^o C)
4.3	40	Молоко SAE 20 Масло картера SAE 75 Трансмиссионное масло
15,7	80	Мазут № 4
20,6	100	43					Сливки 200	Растительное масло
110	500	Картерное масло SAE 30 SAE 85 Трансмиссионное масло
220	1000	Томатный сок SAE 50 Картерное масло			2000	SAE 140 Gear Oil
1100	5000	Глицерин (20 ^o C) SAE 250 Gear Oil
2200		10000	Мед	28000	Майонез
19000	86000	Сметана

Кинематическая вязкость может быть преобразована из SSU в сантистоксов с

ν _{сантистоксов} = 0.226 ν _SSU — 195/ ν _SSU (4)

где

ν

0

₁₀₀₄₇

<

ν _{Сантистокс} = 0,220 ν _SSU — 135/ ν _SSU

где

ν

Вязкость и температура
Кинематическая вязкость жидкостей, таких как вода, ртуть, масла SAE 10 и масла №.3 — и такие газы, как воздух, водород и гелий, показаны на схеме ниже. Обратите внимание, что

для жидкостей — вязкость уменьшается с температурой

для газов — вязкость увеличивается с температурой

Измерение вязкости

Для измерения вязкости используются три типа устройств

капиллярный вискозиметр

Вискозиметр Сейболта

Ротационный вискозиметр

В чем разница между динамической и кинематической вязкостью?

На первый взгляд понятие вязкости кажется довольно простым.Он помогает описать, насколько толстый продукт или насколько хорошо он растекается. Все в порядке?

На самом деле, есть несколько разных терминов, которые подпадают под понятие вязкости. Эти термины основаны на том, как измеряется вязкость. Когда люди говорят о вязкости, они имеют в виду одну из двух вещей: кинематическая вязкость или динамическая вязкость .

Найти много информации о различиях между динамической и кинематической вязкостью непросто.Это моя попытка внести ясность в эти две основные концепции.

Один из способов — измерить сопротивление жидкости потоку при приложении внешней силы. Это динамическая вязкость .

Другой способ — измерить сопротивление потока жидкости под действием силы тяжести. В результате получается кинематическая вязкость . Другими словами, кинематическая вязкость — это мера внутреннего сопротивления жидкости потоку, когда на нее не действует никакая внешняя сила, кроме силы тяжести.

Чтобы еще больше усложнить мою попытку упростить эти концепции, две жидкости с одинаковой динамической вязкостью могут иметь разную кинематическую вязкость. Это связано с тем, что кинематические результаты зависят от плотности жидкости. Плотность не является фактором динамической вязкости.

Нужно напомнить о плотности?
Плотность — это отношение массы (или веса) образца к его объему. Подумайте о кубике льда и кубе стали.Они могут быть одинакового размера, но стальной куб весит больше, чем кубик льда. Поэтому мы говорим, что сталь имеет большую плотность, чем кубик льда.

Масса (или вес) жидкости определяется силой тяжести. В кинематическом методе измерения сила тяжести — единственная сила, действующая на образец.

Измерение динамической вязкости
Ротационные вискозиметры — один из наиболее популярных типов приборов, используемых для измерения динамической вязкости. Эти инструменты вращают зонд в жидкой пробе.Вязкость определяется путем измерения силы или крутящего момента, необходимого для поворота зонда.

Ротационный вискозиметр особенно полезен при измерении неньютоновских жидкостей. Неньютоновские жидкости изменяют вязкость при воздействии различных условий. Например, некоторые из этих жидкостей показывают увеличение вязкости с увеличением приложенной силы, в то время как другие неньютоновские жидкости уменьшают вязкость с увеличением приложенной силы.

Ротационный вискозиметр может регулировать скорость вращения зонда при его движении в жидкости.Вискозиметр определяет изменение вязкости образца при изменении скорости, иногда называемой скоростью сдвига.

Единицей измерения динамической вязкости является сантипуаз (сП).

Измерение кинематической вязкости
Есть несколько способов определить кинематическую вязкость жидкости, но наиболее распространенным методом является определение времени, которое требуется жидкости, чтобы пройти через капиллярную трубку. Время преобразуется непосредственно в кинематическую вязкость с использованием калибровочной константы, предусмотренной для конкретной трубки.

Единица измерения кинематической вязкости — сантистокс (сСт).

Основное различие между измерениями динамической и кинематической вязкости — это плотность. Фактически плотность обеспечивает способ преобразования между кинематическим и динамическим измерением вязкости. Формула преобразования:

Кинематическая (сСт) x плотность = динамическая (сП)

Динамический (сП) / Плотность = кинематическая (сСт)

Для данного образца с плотностью больше единицы динамическая вязкость всегда будет более высоким числом.

Когда следует использовать измерения динамической вязкости?
Вы проверяете динамическую вязкость, когда хотите узнать внутреннее сопротивление жидкости или силу, необходимую для перемещения одной плоскости жидкости по другой.

Измерение динамической вязкости наиболее полезно для жидкостей, которые изменяют свои кажущиеся характеристики при приложении силы или давления. Эти жидкости известны как неньютоновские жидкости. Неньютоновские жидкости чувствительны к изменениям силы, действующей на них, и иногда могут даже навсегда изменить свою вязкость, если на них действует постоянная сила в течение определенного периода времени.

Примером важности измерения динамической вязкости является определение правильных характеристик текучести кетчупа. Этот продукт должен иметь более низкую вязкость при растекании, чтобы его можно было вытащить из бутылки, но он должен быть густым (или не иметь такой склонности к течению), когда он сидит на гамбургере. Проверка вязкости кетчупа на разных скоростях (при разном уровне силы) поможет убедиться, что кетчуп ведет себя должным образом.

Другое применение — проектирование насосных систем.Поскольку вязкость неньютоновских жидкостей изменяется в зависимости от скорости движения, давление и скорость насоса оказывают серьезное влияние на спецификацию надлежащих насосов, давления и размера трубопроводов. Тестирование продукта на различных скоростях поможет выработать рекомендации по проектированию насосной системы.

Когда следует использовать измерения кинематической вязкости?
Это измерение используется в основном для ньютоновских жидкостей — жидкостей, вязкость которых не изменяется при изменении приложенной силы (скорости сдвига).

Испытания смазочных масел — важная область применения. С помощью этого метода испытаний можно определить изменения вязкости при разных температурах и в разных условиях окружающей среды. С помощью этой информации можно оценить изменения в эффективности смазки.

Некоторые другие продукты, для которых подходит кинематический метод, — это масло, бензин, глицерин и спирт.

Измерение вязкости ньютоновских жидкостей может быть выполнено с помощью ротационных вискозиметров (с помощью формулы пересчета, указанной выше).Однако проще использовать капиллярные инструменты. В некоторых случаях капиллярные инструменты более точны для определения кинематической вязкости.

Когда вам нужно определить вязкостные характеристики жидкости, которая не подвержена внешним физическим силам (другими словами, когда сила тяжести является единственной силой, действующей на жидкость), следует выбирать кинематический метод.

Сводка

Ньютоновские жидкости имеют присущую вязкость, которая не меняется при изменении силы, приложенной к жидкости.Эту характеристическую вязкость можно легко и точно измерить с помощью прибора капиллярного типа, используя силу тяжести для перемещения жидкости.

С другой стороны, неньютоновские жидкости демонстрируют большие вариации вязкости в зависимости от приложенной силы. Для этих испытаний требуются такие инструменты, как ротационные вискозиметры, которые могут измерять изменения во времени и в диапазоне приложенных сил.

Чтобы провести различие между этими двумя типами жидкостей:

Динамическая вязкость: вязкость, связанная с внешней силой, приложенной к неньютоновским жидкостям.

Кинематическая вязкость: Собственная вязкость ньютоновских жидкостей, которая не изменяется при изменении приложенной силы.

Хотя это сравнение не является исчерпывающим, я надеюсь, что оно поможет вам лучше понять различия между динамической вязкостью и кинематической вязкостью. Пожалуйста, поделитесь им со всеми, кто может быть заинтересован.

До следующего раза,

Аманда

P.S. Ознакомьтесь с опциями для анализа текстуры.
П.П.S. Будьте первым, кто узнает, когда мы публикуем новую статью в блоге. Подпишитесь вверху страницы сегодня!

В чем разница между динамической и кинематической вязкостью?

Вязкость — это фундаментальное свойство материала при изучении потока жидкости для любого приложения. Два наиболее распространенных типа вязкости — динамическая и кинематическая. Связь между этими двумя свойствами довольно проста.

Динамическая вязкость (также известная как абсолютная вязкость) — это измерение внутреннего сопротивления жидкости потоку, в то время как кинематическая вязкость относится к отношению динамической вязкости к плотности.Основываясь на приведенном выше выражении, две жидкости с одинаковой динамической вязкостью могут иметь очень разные кинематические вязкости в зависимости от плотности и наоборот. В результате понять физический смысл этих двух свойств материала не всегда так просто.

Проще говоря, динамическая вязкость дает вам информацию о силе, необходимой, чтобы заставить жидкость течь с определенной скоростью, в то время как кинематическая вязкость показывает, насколько быстро жидкость движется при приложении определенной силы.

Внутреннее сопротивление жидкости потоку (динамическая вязкость) означает, что существует сила, участвующая в вытеснении жидкости.Эта сила ( F ) пропорциональна:

1) Скорость сдвига ( SR )

2) Площадь ( A )

3) Динамическая вязкость ( η)

F = η A × SR

В приведенном выше выражении (закон вязкости Ньютона) динамическая вязкость работает как константа пропорциональности между напряжением F / A и скоростью деформации или скоростью сдвига.Альтернативный способ подумать о кинематической вязкости — это понять, что она имеет единицы коэффициента диффузии [см ² / с]. По этой причине кинематическую вязкость иногда называют коэффициентом диффузии импульса по аналогии с коэффициентами теплопроводности и массой. В этом смысле динамическая вязкость является более фундаментальным свойством, а кинематическая вязкость — производным.

Исторически сложилось так, что в методах измерения вязкости использовалась кинематическая вязкость, поскольку это не связано с измерением силы. В большинстве «кинематических» вискозиметров поток жидкости движется под действием силы тяжести ( г ).Эти методы (капиллярные трубки, воронки…) просто измеряют время, которое требуется жидкости, чтобы пройти через заданную геометрию. Более совершенные вискозиметры полагаются на измерение напряжения сдвига при заданной скорости сдвига. Это позволяет гораздо более полно характеризовать отпечаток вязкости (т.е. вязкость в зависимости от скорости сдвига) сложных неньютоновских жидкостей.

Еще одно различие между этими двумя объектами недвижимости — это уникальность их единиц. Единицы динамической вязкости — это хорошо известные мПа-с в единицах СИ или эквивалент сП ( сантипуаз ) в сГС.С другой стороны, наиболее распространенными единицами кинематической вязкости являются см ² / с в единицах СИ и сСт ( сантистоксов, ) в системе CGS, но она также измеряется в ряде произвольных единиц в зависимости от отрасли или области применения. Так обстоит дело с Saybolt Universal Seconds (SUS) в нефтяной промышленности, где время, необходимое для протекания 60 см ³ жидкости через калиброванную трубку при 38 ° C, используется в качестве измерения вязкости. Другой пример — использование «чашек» для измерения времени, которое требуется данному образцу, чтобы пройти через воронку заданной геометрии.Эти методы часто используются в качестве индексаторов вязкости, поскольку они не идеальны для получения согласованных результатов, которые могут быть разделены между различными лабораториями.

Итак, какой из них использовать? Если вас интересует взаимодействие между молекулами, которое можно интерпретировать с точки зрения механического напряжения, то более подходящей является динамическая вязкость. Динамическая вязкость позволит вам установить, например, влияние изменений состава в отношении молекулярного взаимодействия и вязкости.Напротив, кинематическая вязкость была стандартом в нефтяной промышленности из-за простоты кинематических вискозиметров. По этой причине кинематическая вязкость более удобна, когда интерес представляет движение жидкости и поле скоростей, поскольку она несет информацию о распространении движения за счет трения. Технология VROC ^® компании RheoSense представляет собой новую парадигму вискозиметрии, позволяя быстро и легко измерять динамическую вязкость, которая составляет всего Simply Precise ™.

Вязкость — гипертекст по физике

Обсуждение

определения

Неформально вязкость — это величина, которая описывает сопротивление жидкости потоку. Жидкости сопротивляются относительному движению погруженных в них объектов через них, а также движению слоев с разными скоростями внутри них.

Формально, вязкость (обозначенная символом η «eta») представляет собой отношение напряжения сдвига ( F / A ) к градиенту скорости (∆ v _x / ∆ z или dv _x / dz ) в жидкости.

или

Более обычная форма этого соотношения, называемая уравнением Ньютона , утверждает, что результирующий сдвиг жидкости прямо пропорционален приложенной силе и обратно пропорционален ее вязкости. Сходство со вторым законом движения Ньютона ( F = ma ) должно быть очевидным.

Или, если вы предпочитаете символы исчисления (а кто не любит)…

Единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда [Па · с], которая не имеет специального названия.Несмотря на самопровозглашенное название международной системы, Международная система единиц мало повлияла на вязкость в международном масштабе. Сегодня паскаль-секунда редко используется в научной и технической литературе. Наиболее распространенной единицей вязкости является дин-секунда на квадратный сантиметр [дин-с / см ²], получившая название пуаз [P] в честь французского физиолога Жана Пуазейля (1799–1869). Десять пуаз равны одной паскаль-секунде [Па · с], что делает сантипуаз [сП] и миллипаскаль-секунду [мПа · с] идентичными.

1 Па · с = 10-пол.

1000 мПа · с = 10-пол.

1 мПа · с = 0,01 П

1 мПа · с = 1 сП

На самом деле есть две величины, которые называются вязкостью. Величина, определенная выше, иногда называется динамической вязкостью , абсолютной вязкостью или простой вязкостью , чтобы отличить ее от других величин, но обычно это просто вязкость.Другая величина, называемая кинематической вязкостью (представленная греческой буквой ν «ню»), представляет собой отношение вязкости жидкости к ее плотности.

Кинематическая вязкость — это мера сопротивления потока жидкости под действием силы тяжести. Его часто измеряют с помощью устройства, называемого капиллярным вискозиметром — в основном это градуированная банка с узкой трубкой на дне. Когда две жидкости равного объема помещаются в одинаковые капиллярные вискозиметры и позволяют течь под действием силы тяжести, более вязкой жидкости требуется больше времени, чем менее вязкой жидкости, чтобы течь через трубку.Более подробно капиллярные вискозиметры будут рассмотрены позже в этом разделе.

Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ — квадратных метров в секунду [м ² / с], не имеющая специального названия. Этот агрегат настолько велик, что используется редко. Более распространенной единицей кинематической вязкости является квадратных сантиметров в секунду [см ² / с], которой присвоено название Stokes [St] в честь ирландского математика и физика Джорджа Стокса (1819–1903).Один квадратный метр в секунду равен десяти тысячам стоек.

1 см ² / с = 1 Ст.

1 м ² / с = 10,000 см ² / с

1 м ² / с = 10,000 ст.

Даже эта единица измерения слишком велика, поэтому наиболее распространенной единицей измерения является, вероятно, квадратных миллиметров в секунду [мм ² / с] или сантистоксов [сСт].Один квадратный метр в секунду равен одному миллиону сантистоксов.

1 мм ² / с = 1 сСт

1 м ² / с = 1000000 мм ² / с

1 м ² / с = 1000000 сСт

Stokes — редкий пример слова в английском языке, в котором формы единственного и множественного числа идентичны. Рыба — самый непосредственный пример такого слова.1 рыба, 2 рыбы, красная рыба, синяя рыба; 1 сток, 2 стокса, несколько стоксов, несколько стоксов.

Факторы, влияющие на вязкость

Вязкость в первую очередь зависит от материала. Вязкость воды при 20 ° C составляет 1,0020 миллипаскаль секунды (что удобно близко к единице только по совпадению). Большинство обычных жидкостей имеют вязкость порядка от 1 до 1000 мПа с, в то время как газы имеют вязкость от 1 до 10 мкПа с. Пасты, гели, эмульсии и другие сложные жидкости сложнее обобщить.Некоторые жиры, такие как масло или маргарин, настолько вязкие, что кажутся больше похожими на мягкие твердые вещества, чем на текущие жидкости. Расплавленное стекло чрезвычайно вязкое и по мере затвердевания приближается к бесконечной вязкости. Поскольку этот процесс не так хорошо определен, как истинное замораживание, некоторые считают (ошибочно), что стекло все еще может течь даже после полного охлаждения, но это не так. При обычных температурах стекла такие же твердые, как и настоящие твердые тела.

Из повседневного опыта должно быть известно, что вязкость зависит от температуры.Мед и сиропы могут течь легче при нагревании. Моторное масло и гидравлические жидкости значительно загустевают в холодные дни и существенно влияют на работу автомобилей и другой техники в зимние месяцы. Как правило, вязкость простой жидкости уменьшается с повышением температуры. С повышением температуры средняя скорость молекул в жидкости увеличивается, а время, которое они проводят «в контакте» со своими ближайшими соседями, уменьшается. Таким образом, с повышением температуры средние межмолекулярные силы уменьшаются.Фактический способ изменения этих двух величин является нелинейным и резко меняется, когда жидкость меняет фазу.

Вязкость обычно не зависит от давления, но жидкости под экстремальным давлением часто имеют повышенную вязкость. Поскольку жидкости обычно несжимаемы, увеличение давления на самом деле не приводит к значительному сближению молекул. Простые модели молекулярных взаимодействий не могут объяснить такое поведение, и, насколько мне известно, не существует общепринятой более сложной модели, которая могла бы это сделать.Жидкая фаза, вероятно, наименее изучена из всех фаз вещества.

В то время как жидкости становятся более текучими по мере их нагрева, газы становятся более густыми. (Если представить себе «густой» газ.) Вязкость газов увеличивается с увеличением температуры и приблизительно пропорциональна квадратному корню из температуры. Это связано с увеличением частоты межмолекулярных столкновений при более высоких температурах. Поскольку большую часть времени молекулы в газе свободно летают через пустоту, все, что увеличивает количество раз, когда одна молекула контактирует с другой, снижает способность молекул в целом участвовать в скоординированном движении.Чем больше эти молекулы сталкиваются друг с другом, тем более беспорядочным становится их движение. Физические модели, выходящие за рамки этой книги, существуют уже почти столетие, которые адекватно объясняют температурную зависимость вязкости в газах. Новые модели работают лучше, чем старые. Они также согласны с наблюдением, что вязкость газов примерно не зависит от давления и плотности. Газовая фаза, вероятно, является наиболее изученной из всех фаз материи.

Поскольку вязкость настолько зависит от температуры, без нее нельзя указывать ее.

Вязкость выбранных материалов (обратите внимание на различные префиксы единиц измерения)
простые жидкости T (° С) η (мПа с) газы T (° С) η (мкПа с)

спирт этиловый (зерновой) 20 1,1 воздух 15 17.9

спирт изопропиловый 20 2,4 водород 0 8,42

спирт метиловый (дерево) 20 0,59 гелий (газ) 0 18,6

кровь 37 3–4 азот 0 16.7

этиленгликоль 25 16,1 кислород 0 18,1

этиленгликоль 100 1,98 сложные материалы T (° С) η (Па · с)

фреон 11 (пропеллент) −25 0,74 герметик 20 1000

фреон 11 (пропеллент) 0 0.54 стекло 20 10 ¹⁸ –10 ²¹

фреон 11 (пропеллент) +25 0,42 стекло, деформация ч. 504 10 ^15,2

фреон 12 (хладагент) -15 ? стекло, отжиг пт. 546 10 ^12.5

фреон 12 (хладагент) 0 ? стекло, смягчающее пт. 724 10 ^6,6

фреон 12 (хладагент) +15 0,20 стекло, рабочее пт. 10 ³

глицерин 20 1420 стекло, плавка пт. 10 ¹

глицерин 40 280 мед 20 10

гелий (жидкий) 4 К 0,00333 кетчуп 20 50

ртуть 15 1,55 сало 20 1000

молоко 25 3 меласса 20 5

масло растительное, рапсовое 25 57 горчичный 25 70

масло растительное, рапсовое 40 33 арахисовое масло 20 150–250

масло растительное кукурузное 20 65 сметана 25 100

масло растительное кукурузное 40 31 сироп шоколадный 20 10–25

масло растительное, оливковое 20 84 сироп кукурузный 25 2–3

масло растительное, оливковое 40 ? сироп, клен 20 2–3

масло растительное, соевое 20 69 деготь 20 30 000

масло растительное, соевое 40 26 овощной жир 20 1200

масло машинное светлое 20 102

масло машинное тяжелое 20 233

масло моторное, SAE 20 20 125

масло моторное, SAE 30 20 200

масло моторное, SAE 40 20 319

пропиленгликоль 25 40.4

пропиленгликоль 100 2,75

вода 0 1,79

вода 20 1,00

вода 40 0.65

вода 100 0,28

моторное масло

Моторное масло похоже на любую другую жидкость тем, что его вязкость зависит от температуры и давления. Поскольку можно предвидеть условия, в которых будет эксплуатироваться большинство автомобилей, поведение моторного масла можно определить заранее.В Соединенных Штатах организацией, которая устанавливает стандарты характеристик моторных масел, является Общество автомобильных инженеров (SAE). Схема нумерации SAE описывает поведение моторных масел в условиях низких и высоких температур — условий, которые соответствуют температуре запуска и эксплуатации. Первое число, за которым всегда следует буква W для зимы, описывает низкотемпературное поведение масла при запуске, а второе число описывает высокотемпературное поведение масла после того, как двигатель проработал некоторое время.Более низкие значения SAE относятся к маслам, которые предназначены для использования при более низких температурах. Масла с низкими числами SAE обычно более текучие (менее вязкие), чем масла с высокими числами SAE, которые имеют тенденцию быть более густыми (более вязкими).

Например, масло 10W-40 будет иметь вязкость не более 7000 мПа с в картере холодного двигателя, даже если его температура упадет до -25 ° C холодной зимней ночью и вязкость не менее 2,9 мПа с в детали двигателя под высоким давлением вблизи точки перегрева (150 ° C).

Вязкостные характеристики марок моторных масел Источник: Общество автомобильных инженеров (SAE)
* 0W-40, 5W-40, 10W-40 ^† 15W-40, 20W-40, 25W-40
низкотемпературные характеристики

sae
префикс динамическая вязкость
прокрутка максимальная динамическая вязкость
накачка максимальная

00 Вт 06 200 мПа с (-35 ° С) 60 000 мПа с (-40 ° С)

05 Вт 06 600 мПа с (-30 ° С) 60 000 мПа с (-35 ° С)

10 Вт 07,000 мПа с (-25 ° С) 60 000 мПа с (-30 ° С)

15 Вт 07,000 мПа с (-20 ° С) 60 000 мПа с (-25 ° С)

20 Вт 09,500 мПа с (-15 ° С) 60 000 мПа с (-20 ° С)

25 Вт 13000 мПа с (-10 ° С) 60 000 мПа с (-15 ° С)

высокотемпературные характеристики

sae
суффикс кинематическая вязкость
низкая скорость сдвига динамическая вязкость
высокая скорость сдвига

08 04.0–6,10 мм ² / с (100 ° С) > 1,7 мПа с (150 ° С)

12 05,0–7,10 мм ² / с (100 ° С) > 2,0 мПа с (150 ° С)

16 06,1–8,20 мм ² / с (100 ° С) > 2,3 мПа с (150 ° С)

20 05.6–9,30 мм ² / с (100 ° С) > 2,6 мПа с (150 ° С)

30 09,3–12,5 мм ² / с (100 ° С) > 2,9 мПа с (150 ° С)

* 40 * 12,5–16,3 мм ² / с (100 ° С) > 2,9 мПа с (150 ° С)

^† 40 ^† 12.5–16,3 мм ² / с (100 ° С) > 3,7 мПа с (150 ° С)

50 16,3–21,9 мм ² / с (100 ° С) > 3,7 мПа с (150 ° С)

60 21,9–26,1 мм ² / с (100 ° С) > 3,7 мПа с (150 ° С)

капиллярный вискозиметр

Математическое выражение, описывающее течение жидкости в круглых трубках, было определено французским врачом и физиологом Жаном Пуазейлем (1799–1869).Поскольку оно было также независимо открыто немецким инженером-гидротехником Готтильфом Хагеном (1797–1884), оно должно называться уравнением Хагена-Пуазейля , но обычно его называют просто уравнением Пуазейля . Я не буду выводить это здесь. (Пожалуйста, не просите меня об этом.) Для нетурбулентного, непульсирующего потока жидкости через однородную прямую трубу объемный расход ( q _м ) составляет…

прямо пропорционально разнице давлений (∆ P ) между концами трубки

обратно пропорционально длине (ℓ) трубки

обратно пропорционально вязкости (η) жидкости

пропорционально четвертой степени радиуса ( r ⁴) трубки

Решите для определения вязкости, если это то, что вы хотите знать.

капиллярный вискозиметр… продолжайте писать…

падающая сфера

Математическое выражение, описывающее силу вязкого сопротивления на сфере, было определено британским физиком XIX века Джорджем Стоуксом. Я не буду выводить это здесь. (Еще раз, не спрашивайте.)

R = 6πη rv

Формула подъемной силы, действующей на сферу, была утверждена древнегреческим инженером Архимедом из Сиракуз, но уравнения тогда еще не были изобретены.

B = ρ _{жидкость} гВ _{вытесненная}

Формулу веса должен был кто-то изобрести, но я не знаю кто.

W = мг = ρ _объект gV _объект

Давайте объединим все это вместе для сферы, падающей в жидкость. Вес падает, плавучесть увеличивается, сопротивление увеличивается. Через некоторое время сфера упадет с постоянной скоростью. Когда это произойдет, все эти силы аннулируются.Когда сфера падает в жидкость, она полностью погружается в воду, поэтому можно говорить только об одном объеме — объеме сферы. Давайте поработаем над этим.

Б + R = Вт

ρ _{жидкость} гВ + 6πη rv = ρ _объект гВ

6πη пол. = (ρ _объект — ρ _{жидкость} ) гВ

6πη пол. = ∆ρ г ⁴ ₃ π r ³

И вот мы.

Бросьте шар в жидкость. Если вы знаете размер и плотность шара, а также плотность жидкости, вы можете определить вязкость жидкости. Если вы не знаете плотность жидкости, вы все равно можете определить кинематическую вязкость. Если вы не знаете плотность сферы, но знаете ее массу и радиус, тогда вы знаете ее плотность. Почему ты со мной разговариваешь? Вернитесь на несколько глав назад и получите образование.

Стоит ли писать еще?

неньютоновские жидкости

Уравнение Ньютона связывает напряжение сдвига и градиент скорости с помощью величины, называемой вязкостью.Ньютоновская жидкость — это жидкость, в которой вязкость является просто числом. Неньютоновская жидкость — это жидкость, вязкость которой является функцией некоторой механической переменной, такой как напряжение сдвига или время. (Говорят, что неньютоновские жидкости, которые изменяются со временем, имеют память ).

Некоторые гели и пасты ведут себя как жидкость при работе или взбалтывании, а затем переходят в почти твердое состояние в состоянии покоя. Такие материалы являются примерами жидкости , разжижающей сдвиг. Краска для дома — это жидкость, разжижающая сдвиг, и это тоже хорошо.Чистка щеткой, прокатка или распыление — это средства временного приложения напряжения сдвига. Это снижает вязкость краски до точки, при которой она может вытекать из аппликатора на стену или потолок. После снятия напряжения сдвига краска возвращается к своей остаточной вязкости, которая настолько велика, что соответствующий тонкий слой ведет себя больше как твердое тело, чем жидкость, и краска не растекается и не капает. Подумайте, каково было бы рисовать водой или медом для сравнения. Первый всегда слишком жидкий, а второй — слишком липкий.

Зубная паста — еще один пример материала, вязкость которого снижается под действием нагрузки. Зубная паста, находящаяся внутри тюбика, ведет себя как твердое вещество. Он не будет вытекать самопроизвольно, когда колпачок снят, но он потечет, когда вы надавите на него. Теперь он перестает вести себя как твердое тело и начинает действовать как густая жидкость. когда она попадает на вашу зубную щетку, напряжение снимается, и зубная паста возвращается в почти твердое состояние. Вам не нужно беспокоиться о том, что он стекает с кисти, когда вы подносите ее ко рту.

Жидкости для разжижения при сдвиге можно разделить на одну из трех основных групп. Материал, вязкость которого снижается под действием напряжения сдвига, но остается постоянной во времени, называется псевдопластическим . Материал, вязкость которого снижается под действием напряжения сдвига, а затем продолжает уменьшаться со временем, называется тиксотропным . Если переход от высокой вязкости (почти полутвердой) к низкой (по существу, жидкой) происходит только после того, как напряжение сдвига превышает некоторое минимальное значение, говорят, что материал представляет собой пластик bingham .

Материалы, которые загустевают при работе или перемешивании, называются загустителями при сдвиге . Пример, который часто демонстрируют в классах естественных наук, — это паста из кукурузного крахмала и воды (смешанная в правильных пропорциях). Получающаяся в результате странная слизь ведет себя как жидкость при медленном сжатии и как эластичное твердое вещество при быстром сжатии. Амбициозные демонстранты науки наполнили резервуары этим веществом, а затем наткнулись на него. Пока они движутся быстро, поверхность действует как кусок твердой резины, но в тот момент, когда они перестают двигаться, паста ведет себя как жидкость, и демонстратор принимает ванну с кукурузным крахмалом.Из-за утолщения при сдвиге из ванны трудно выбраться. Чем усерднее вы работаете, чтобы выбраться, тем сильнее материал втягивает вас обратно. Единственный способ избежать этого — двигаться медленно.

Материалы, которые под воздействием стресса становятся почти твердыми, — это больше, чем просто любопытство. Они идеальные кандидаты для бронежилетов и защитной спортивной прокладки. Пуленепробиваемый жилет или наколенник, сделанный из материала, утолщающего сдвиг, будет гибким и податливым для легких нагрузок, возникающих при обычных движениях тела, но станет твердым как камень в ответ на травматическое напряжение, вызванное оружием или падением на землю.

Загустители при сдвиге также делятся на две группы: жидкости с зависящей от времени вязкостью (материалы с памятью) и жидкости с вязкостью, не зависящей от времени (материалы без памяти). Если увеличение вязкости увеличивается с течением времени, говорят, что материал реопектик . Если увеличение примерно прямо пропорционально напряжению сдвига и не меняется со временем, говорят, что материал дилатант .

Классы нелинейных жидкостей с примерами и приложениями
для истончения сдвига утолщение под сдвиг

зависящие от времени
(материалы памяти) тиксотропные
кетчуп, мед, зыбучие пески, змеиный яд, полимерные толстопленочные краски реопектический
взбитые сливки

не зависящие от времени
(материалы без памяти) псевдопластик
краска, гель для укладки, взбитые сливки, тесто для торта, яблочное пюре, чернила шариковой ручки, металлокерамические чернила дилатант
крахмальные пасты, глупая замазка, синовиальная жидкость, шоколадный сироп, вязкие связующие жидкости, жидкая броня

с пределом текучести bingham plastic
зубная паста, буровой раствор, кровь, масло какао, майонез, йогурт, томатное пюре, лак для ногтей, отстой сточных вод н / д

С небольшой корректировкой уравнение Ньютона можно записать в виде степенного закона , который обрабатывает псевдопластику и дилантанты — уравнение Оствальда-де Ваэля …

Ф = к ⎛
⎜
⎝ дв _x ⎞ ⁿ
⎟
⎠

А дз

, где η вязкость заменяется на k , индекс консистенции потока [Па · с ⁿ], а градиент скорости повышается до некоторой степени n , называемый индексом поведения потока [безразмерный].Последнее число зависит от класса жидкости.

n <1 n = 1 n > 1

псевдопластический ньютон дилатант

Для работы с пластиками Бингема необходима другая модификация уравнения Ньютона — уравнение Бингема …

Ф = σ _y + η _pl дв _x

А дз

, где σ _y — это предел текучести [Па], а η _pl — пластическая вязкость [Па · с].Первое число отделяет пластик Бингема от ньютоновских жидкостей.

σ _y <0 σ _y = 0 σ _y > 0

невозможно ньютон бингхэм пластик

Объединение степенного закона Оствальда-де Ваэля с пределом текучести Бингема дает нам более общее уравнение Гершеля-Балкли …

Ф = σ _y + к ⎛
⎜
⎝ дв _x ⎞ ⁿ
⎟
⎠

А дз

, где снова σ _y — предел текучести [Па], k — индекс консистенции потока [Па с ⁿ], а n — индекс поведения потока . [безразмерный].

Вязкоупругость

Когда к объекту прикладывается сила ( F ), может произойти одно из четырех событий.

Он может разогнать в целом, и в этом случае будет применяться второй закон движения Ньютона …
F = ma

Этот термин нам сейчас не интересен. Мы уже обсуждали такое поведение в предыдущих главах. Масса ( м, ) — это сопротивление ускорению ( a ), которое является второй производной от положения ( x ).Перейдем к чему-то новому.

Он может течь как жидкость, что может быть описано этим соотношением …
F = — bv

Это упрощенная модель, в которой сопротивление прямо пропорционально скорости ( v ), первой производной от положения ( x ). Мы использовали это в задачах о конечных скоростях только потому, что они давали легко решаемые дифференциальные уравнения. Мы также использовали его в затухающем гармоническом осцилляторе, опять же потому, что он давал дифференциальные уравнения, которые было легко решить (во всяком случае, относительно легко).Константу пропорциональности ( b ) часто называют коэффициентом демпфирования.

Он мог деформировать , как твердое тело, согласно закону Гука …
F = — kx

Константа пропорциональности ( k ) — это жесткость пружины. Позиция ( x ) не является частью какой-либо производной и не повышается до какой-либо степени.

Это могло привести к зависанию …
F = — F

Этот символ f делает вид, будто мы обсуждаем статическое трение.В жидкостях (а точнее, неньютоновских жидкостях) такой термин связан с пределом текучести. Позиция ( x ) никак не задействована.

Сложите все вместе и укажите ускорение и скорость как производные от положения.

F = м d ² x — б dx — кх — к

дт ² дт

Это дифференциальное уравнение суммирует возможное поведение объекта.Интересно то, что он смешивает поведение жидкостей и твердых тел. Более интересно то, что бывают случаи, когда оба поведения будут присутствовать в одном предмете. Материалы, которые текут как жидкости и деформируются как твердые тела, считаются вязкоупругими — очевидное сочетание вязкости и эластичности. Изучение материалов с жидкими и твердыми свойствами называется реология , что происходит от греческого глагола ρέω ( reo ), «течь».

Какая старая книга подсказала мне эту идею? Что мне написать дальше?

Вязкость смазки, вопросы и ответы | Исель

Вязкость смазочного материала обычно считается одним из его наиболее важных свойств, и на то есть веские причины: если вязкость смазочного материала даже незначительно отличается от вязкости, необходимой для конкретного компонента и области применения, смазка не сможет смазывать компонент. эффективно.Это может привести к серьезным повреждениям и, возможно, к отказу оборудования.

Понимание вязкости важно для правильного выбора смазочного материала и управления им, а в конечном итоге для максимизации производительности, эффективности и срока службы вашего оборудования. Ниже приведены ответы на некоторые общие вопросы о вязкости, которые могут пролить свет на этот сложный, но жизненно важный аспект смазки.

В: Что такое вязкость?

A: Вязкость — это сопротивление жидкости течению при заданной температуре.Чем больше сопротивление потоку, тем выше вязкость жидкости.

Q: Что такое абсолютная вязкость и кинематическая вязкость и в чем разница между ними?

A: Абсолютный и кинематический методы представляют собой два метода измерения и регистрации вязкости.

Абсолютная (также известная как динамическая) вязкость измеряет сопротивление жидкости потоку, когда жидкость подвергается контролируемой силе, такой как движущаяся часть машины, сжатый воздух или насос.Чем больше силы требуется для перемещения жидкости, тем выше ее абсолютная вязкость. Например, для смешивания йогурта в блендере требуется больше усилий, чем для смешивания фруктового сока, потому что йогурт имеет более высокую абсолютную вязкость.

Проще говоря, кинематическая вязкость измеряет сопротивление жидкости течению под действием силы тяжести. Чем медленнее течет жидкость по отношению к силе тяжести, тем выше ее вязкость. Например, если бы вы опрокинули открытые емкости с медом и водой, мед вылился бы медленнее, потому что его кинематическая вязкость выше.

Q: Изменяется ли вязкость жидкости в зависимости от скорости сдвига (т.е. насколько быстро или медленно жидкость перемешивается, нагнетается или иным образом перемещается), или вязкость остается постоянной?

A: Ответ зависит от конкретной жидкости. Большинство жидкостей поддерживают постоянную вязкость независимо от скорости движения жидкости. Эти жидкости известны как ньютоновские жидкости (потому что они соответствуют закону механики жидкостей сэра Исаака Ньютона).Для ньютоновских жидкостей абсолютная вязкость постоянна, как и кинематическая вязкость, и два измерения относятся друг к другу. Большинство смазочных масел считаются ньютоновскими.

У некоторых жидкостей, известных как неньютоновские жидкости, вязкость изменяется в зависимости от скорости, с которой жидкость вынуждена двигаться. Хорошим примером является майонез: он имеет высокую вязкость при относительно низком сдвиге силы тяжести (т. Е. Открытая банка майонеза не выливается легко, если ее перевернуть на бок).Но при перемешивании майонез очень легко поддается силе. Его вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига (скорости силы).

Из-за этой изменчивости вязкость неньютоновских жидкостей нельзя измерить традиционным способом. Ее необходимо измерять в зависимости не только от температуры, но и от скорости сдвига. Это измерение называется «кажущейся вязкостью».

Q: Если большинство смазочных масел считаются ньютоновскими, какие смазочные материалы относятся к неньютоновской категории?

A: Консистентные смазки и всесезонные масла неньютоновские, как и большинство смазочных масел, обладающих любой из следующих характеристик:

Содержат добавки для улучшения индекса вязкости (индекс вязкости обсуждается позже)

Образовали эмульсию с водой или другим жидким загрязнителем

Уносятся воздухом или другим газом

Имеют в себе коллоидную взвесь твердых примесей

подверглись термическому или окислительному разложению

В: Может ли вязкость смазочного материала измениться из-за других факторов?

A: Да.Вязкость смазки (независимо от того, является ли жидкость ньютоновской или неньютоновской) колеблется обратно пропорционально температуре, поэтому температура всегда должна указываться вместе с измерениями вязкости. Вязкость смазочного материала также может изменяться из-за загрязнения, окисления, термического разложения или неправильного смешивания смазочного материала с другим смазочным материалом с другой вязкостью (более высокой или низкой) или с растворителем.

Регулярный анализ масла имеет решающее значение для контроля вязкости смазочного материала и других аспектов его состояния.

В: Как измеряется вязкость?

A: Для измерения вязкости используются различные типы инструментов, называемые вискозиметрами. Многие вискозиметры измеряют время, необходимое для прохождения жидкости через капиллярную трубку под действием силы тяжести (в случае кинематической вязкости) или контролируемой внешней силы (в случае абсолютной вязкости).

Кинематическая вязкость обычно измеряется в сантистоксах (сСт). Обычно кинематическую вязкость промышленных смазочных материалов в сантистоксах измеряют при 40 ° C (104 ° F), потому что это основа для системы классификации кинематической вязкости ISO 3448 — всемирно признанного отраслевого стандарта, установленного Международной организацией по стандартизации.Для некоторых смазочных материалов, особенно предназначенных для использования в автомобилях, кинематическая вязкость обычно измеряется в сантистоксах при 100 ° C (212 ° F) в соответствии с системой классификации SAE J300 — международным стандартом, установленным Обществом автомобильных инженеров.

Лаборатории обычно измеряют и сообщают кинематическую вязкость смазочного материала. Если абсолютная вязкость измеряется и сообщается, единицей измерения является сантипуаз (сП).

В: Что такое индекс вязкости?

A: Индекс вязкости (VI) смазочного материала — это безразмерное число, которое указывает на стабильность вязкости по отношению к изменениям температуры.Вязкость смазки обратно пропорциональна температуре. Для некоторых жидкостей небольшое изменение температуры может вызвать резкое изменение вязкости; для других жидкостей вязкость практически не изменяется даже при значительных колебаниях температуры. Чем выше индекс вязкости смазочного материала, тем более стабильна его вязкость в широком диапазоне температур (т. Е. Тем меньше она изменяется с температурой). Интенсивность вязкости часто является важным фактором при выборе смазочных материалов для применений, в которых наблюдаются большие колебания температуры.

В: Какие проблемы могут возникнуть, если вязкость смазочного материала слишком высокая или слишком низкая?

A: Если вязкость смазочного материала слишком высока, смазка может не течь должным образом туда, где это необходимо. Это может привести к:

Больше трения и больше тепла, что (а) ускоряет процесс окисления, сокращая срок службы жидкости; (б) способствует образованию отложений и отложений; и (c) увеличивает потребление энергии, поскольку может потребоваться больше энергии для преодоления чрезмерного нагрева и поддержания работы системы в соответствующем температурном диапазоне

Повышенный износ, который может привести к увеличению времени простоя на ремонт и, возможно, сокращению срока службы компонентов

Плохая прокачиваемость при холодном пуске, повышающая риск повреждения оборудования или выхода из строя при запуске

Плохое пенообразование и плохая деэмульгируемость (водоотделение)

Если вязкость смазочного материала слишком низкая, жидкость может недостаточно разделиться и защитить детали, как задумано.Последствия могут включать:

Чрезмерный износ, приводящий к частому ремонту / замене компонентов

Повышенное трение и нагрев, способствующие более быстрому окислению, увеличению образования нагара и шлама, а также более высокому потреблению энергии

Повышенная уязвимость к повреждению или отказу компонентов, особенно при высоких температурах, высоких нагрузках и низких скоростях

Повышенная восприимчивость к загрязнению частицами

В: Как лучше всего выбрать и поддерживать надлежащую вязкость смазочного материала в системе?

A: Выполните эти два шага:

Проконсультируйтесь со специалистами по смазке, чтобы выбрать продукт, подходящий для вашего конкретного компонента, применения и условий эксплуатации.

Используйте текущий анализ масла, чтобы следить за состоянием смазочного материала, включая его вязкость.

Isel упрощает выбор смазочных материалов и техническое обслуживание. Компания Isel разрабатывает и производит лучшие в отрасли смазочные материалы, обеспечивающие непревзойденные характеристики, защиту и срок службы. Наш опыт в области смазывания и уникальные производственные процессы позволяют нам адаптировать составы в соответствии со спецификациями ваших клиентов, чтобы вы могли предоставить им точную вязкость и другие свойства, которые требуются их системам, приложениям и условиям эксплуатации.Isel также предлагает бесплатную программу анализа масла, доступную всем вашим клиентам, использующим смазочные материалы производства Isel, пока они их используют. Благодаря глубокому пониманию Isel вязкости и других свойств смазочных материалов, а также нашим услугам по экспертному анализу, вы можете помочь своим клиентам обеспечить надлежащую смазку и защиту оборудования. Чтобы получить дополнительную информацию о продуктах и услугах Isel, свяжитесь с нами сегодня.

Программное обеспечение

Pipe Flow ® Официальное

Программное обеспечение

Pipe Flow Expert используется проектировщиками трубопроводных систем и инженерами-гидротехниками более чем в 100 странах мира.Программа рассчитывает скорость потока, падение давления в трубопроводе и производительность насоса. Он может моделировать трубопроводные системы с несколькими точками подачи, сливными баками, компонентами, клапанами и несколькими насосами, включенными последовательно или параллельно.

Расчет необходимого напора насоса в трубопроводной системе

Копирование атрибутов трубы

Узнайте, почему инженеры более чем в 100 странах мира используют программное обеспечение Pipe Flow Expert

Часто задаваемые общие вопросы — Программное обеспечение Pipe Flow Expert

Часто задаваемые технические вопросы — Программное обеспечение Pipe Flow Expert

Программное обеспечение Pipe Flow Expert можно использовать для моделирования трубопроводных систем с несколькими трубопроводами и заканчивая более сложными системами с многими сотнями труб.Узнайте, как программное обеспечение Pipe Flow Expert Piping Design может помочь вам (точно так же, как оно помогает другим профессиональным инженерам в более чем 100 странах мира).

Программный калькулятор Pipe Flow Wizard можно использовать для определения скорости потока, падения давления, размера или длины трубы на основе расчета одной трубы. Узнайте, как калькулятор для одной трубы с мастером расчета расхода в трубе может помочь вам выполнить расчеты на трубе одной длины, сэкономив ваше время и усилия и повысив надежность расчетных результатов.

Программное обеспечение Pipe Flow Advisor можно использовать для расчета расходов в открытых каналах, определения времени опорожнения резервуаров и определения объемов различной формы. Узнайте, как программное обеспечение Pipe Flow Advisor для каналов и резервуаров может помочь вам в расчетах каналов, резервуаров и объемов.

Отличное программное обеспечение, отличный сервис.

Мартин Маурач, Национальный исследовательский совет, Канада

Программное обеспечение Pipe Flow Expert было необычным инструментом для меня в Джорджии-Тихоокеанский регион в течение почти 3 лет, которые я использую.
Это одна из лучших программ в своем жанре, которую я когда-либо использовал. .

Роберт Гастон, Джорджия-Тихоокеанский регион, США

Pipe Flow Expert произвела революцию в нашей разработке , привнеся в нашу работу такой уровень знаний, который помог нам достичь большей энергоэффективности в наших жидкостных системах. См. Полный адрес электронной почты Ала .

Эл Трасс, Fountainhead Group Consulting Ltd, Канада

Ваш превосходный продукт просто превосходен … позвольте мне сказать, что я не могу достаточно высоко отзываться о PipeFlow, вашей поддержке и ваших продуктах.
См. Полный адрес электронной почты Рика .

Рик Фуллер, инженер по гидравлическому моделированию, Ричмонд, Калифорния, США

Простота в использовании, непревзойденная ценность, непревзойденная поддержка!

Купите онлайн сейчас и получите лицензию в

Программное обеспечение Pipe Flow
Расположен на

Спрингфилд Хаус, Уотер Лейн,
Уилмслоу,
Чешир,
СК9 5БГ,
Англия.
Телефон: +44 161 408 3569.
https://www.pipeflow.com.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.

Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.

Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.

Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.

Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

	для истончения сдвига	утолщение под сдвиг
зависящие от времени (материалы памяти)	тиксотропные кетчуп, мед, зыбучие пески, змеиный яд, полимерные толстопленочные краски	реопектический взбитые сливки
не зависящие от времени (материалы без памяти)	псевдопластик краска, гель для укладки, взбитые сливки, тесто для торта, яблочное пюре, чернила шариковой ручки, металлокерамические чернила	дилатант крахмальные пасты, глупая замазка, синовиальная жидкость, шоколадный сироп, вязкие связующие жидкости, жидкая броня
с пределом текучести	bingham plastic зубная паста, буровой раствор, кровь, масло какао, майонез, йогурт, томатное пюре, лак для ногтей, отстой сточных вод	н / д

Что такое вязкость кинематическая: Кинематическая / динамическая вязкость — определение, примеры

Понятие динамической и кинетической вязкости

Кинематическая вязкость масла

Вязкость моторного масла: что такое, обозначения, стандарты

Зависимость вязкости от температуры

Зависимость вязкости от срока службы смазочного материала

Стандартизация вязкости смазочного материала

Моторные масла ROLF

Вязкость моторного масла

Спецификация моторных масел по SAE (по показателю вязкости)

Классы моторного масла

Свойства вязкости при заданных низких температурах

Свойства вязкости при заданных высоких температурах

Классы моторного масла

Свойства вязкости при заданных низких температурах

Свойства вязкости при заданных высоких температурах

Полезная информация о смазочных материалах

Основные свойства масел

Абсолютная, динамическая и кинематическая вязкость

Динамическая (абсолютная) вязкость

Кинематическая вязкость

Вязкость и эталонная температура

Связанные мобильные приложения из Engineering ToolBox

Другие единицы измерения вязкости

Универсальные секунды Сейболта (или

градус Энглера

Ньютоновские жидкости

Тиксотропные жидкости

Дилатантные жидкости

Bingham Plastic Fluids

Пример — воздух, преобразование кинематической и абсолютной вязкости

Вязкость некоторых обычных жидкостей

0

Измерение вязкости

В чем разница между динамической и кинематической вязкостью?

В чем разница между динамической и кинематической вязкостью?

Вязкость — гипертекст по физике

Обсуждение

определения

Факторы, влияющие на вязкость

моторное масло

капиллярный вискозиметр

падающая сфера

неньютоновские жидкости

Вязкоупругость

Вязкость смазки, вопросы и ответы | Исель

Pipe Flow ® Официальное

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Related Post

Brp traxter 500: Доступ с вашего IP-адреса временно ограничен — Авито

Масло для акпп ix35: Масло для АКПП Hyundai ix35

Расшифровка sae 75w90: расшифровка, примеры масел SAE 75W для трансмиссии

Добавить комментарий Отменить ответ