Dynamisk viskositet av væsker tabell. Viskositet av vann. Dynamisk og kinematisk viskositet av vann ved forskjellige temperaturer

Spørsmål:

Hallo! Kan du fortelle meg, jeg finner det ikke noe sted, hva er viskositeten til saltvann med en tetthet på 1,15-1,2 g/cm 3 ved lave og negative temperaturer? For eksempel ved -20 grader Celsius? På forhånd takk. Ruslan

Svare:

Hei, kjære Ruslan!

Den dynamiske viskositetskoeffisienten til vann avhenger sterkt av temperatur, men er nesten uavhengig av trykk. Verdien av denne koeffisienten for ferskvann, oppnådd eksperimentelt for t°С = 0°С, μ = 1,793·10 3 Pa·s. Ved beregning av den dynamiske viskositetskoeffisienten brukes den empiriske Poiseuille-formelen:

μ = 0,000183/(1 + 0,0337t + 0,000221t 2),
hvor t er vanntemperaturen.

Den dynamiske viskositetskoeffisienten til saltvann skiller seg litt fra ferskvanns. For eksempel, ved t = 20°C og S = 25‰ er det lik 1,052·10 -3 Pa·s, og for ferskvann - 1,003·10 -3 Pa·s, dvs. mer med ca. 5%.

Det skal bemerkes at mange beregningsformler inkluderer forholdet mellom den dynamiske viskositetskoeffisienten μ og væsketettheten ρ, som kalles den kinematiske viskositetskoeffisienten (kinematisk viskositet):
ν = μ/ρ

Verdiene av viskositetskoeffisienter synker betydelig med økende temperatur.

Viskositeten til væsker kan også bestemmes med et viskosimeter. Det finnes flere typer slike enheter. I det enkleste feltviskosimeteret, basert på strømningsprinsippet, helles for eksempel en testløsning med et volum på 500 cm 3 i en trakt, hvis viskositet må bestemmes. Temperaturen og tiden for strømning fra trakten til testløsningen T r måles; deretter helles destillert vann i trakten ved samme temperatur (vanligvis 20°C) og utløpstiden T bestemmes. Holdning

Det er en relativ viskositet (for viskøse væsker er den alltid større enn 1).

Viskositeten til vannet synker med økende temperatur ganske betydelig: for eksempel når temperaturen på vannet øker fra 0 til 100 0 C, synker viskositeten med omtrent 8 ganger. Ved normalt atmosfærisk trykk er det satt sammen en tabell for å bestemme den kinematiske viskositetskoeffisienten til vann avhengig av temperatur.

Verdi v m 2 /s for vann avhengig av temperatur

I tillegg avhenger også viskositeten til en væske av trykk. Ved trykk opp til 2·10 7 Pa er endringen i vannviskositet ubetydelig og tas ofte ikke med i beregninger.

Referansedata om vannviskositets avhengighet av temperatur er gitt i følgende referansebøker:
Rivkin S.L. Termofysiske egenskaper til vann www.oglibrary.ru/data/demo/6263/62630003.html
Katalog over kjemiker Nikolsky B.P. lib.mexmat.ru/books/12114

Fysiske egenskaper til vann

Tetthet av vann ved forskjellige temperaturer

Dynamisk og kinematisk viskositet av vann ved forskjellige temperaturer

Grunnleggende fysiske egenskaper til vann ved forskjellige temperaturer

I en likevektstilstand er de forskjellige fasene til et stoff i ro i forhold til hverandre. Med deres relative bevegelse oppstår bremsekrefter (viskositet), som har en tendens til å redusere den relative hastigheten. Mekanismen for viskositet kan reduseres til utveksling av momentum av den ordnede bevegelsen av molekyler mellom forskjellige lag i gasser og væsker. Fremveksten av viskøse friksjonskrefter i gasser og væsker omtales som overføringsprosesser. Viskositeten til faste stoffer har en rekke viktige egenskaper og vurderes separat.

DEFINISJON

Kinematisk viskositet er definert som forholdet mellom dynamisk viskositet () og tettheten til stoffet. Det er vanligvis betegnet med bokstaven (nu). Deretter skriver vi den matematiske definisjonen av den kinematiske viskositetskoeffisienten som:

hvor er gassens (væske) tetthet.

Siden i uttrykk (1) er tettheten til stoffet i nevneren, så er for eksempel foreldet luft ved et trykk på 7,6 mm Hg. Kunst. og en temperatur på 0 o C har en kinematisk viskositet to ganger den for glyserin.

Den kinematiske viskositeten til luft under normale forhold anses ofte som lik , derfor, når man beveger seg i atmosfæren, brukes Stokes lov når produktet av kroppens radius (cm) og hastigheten () ikke overstiger 0,01.

Den kinematiske viskositeten til vann under normale forhold anses ofte å være i størrelsesorden , derfor, når man beveger seg i vann, brukes Stokes lov når produktet av kroppens radius (cm) og hastigheten () ikke overstiger 0,001.

Kinematisk viskositet og Reynolds-tall

Reynolds tall (Re) er uttrykt ved bruk av kinematisk viskositet:

hvor er de lineære dimensjonene til en kropp som beveger seg i materie, og er bevegelseshastigheten til kroppen.

I samsvar med uttrykk (2), for et legeme som beveger seg med konstant hastighet, synker tallet hvis den kinematiske viskositeten øker. Hvis Re-tallet er lite, vil kreftene til viskøs friksjon i frontmotstanden råde over treghetskreftene. Omvendt indikerer store Reynolds-tall, som observeres ved lave kinematiske viskositeter, prioriteten til treghetskrefter over friksjon.

Reynolds-tallet er lite ved en gitt verdi av kinematisk viskositet, når størrelsen på kroppen og bevegelseshastigheten er liten.

Måleenheter for kinematisk viskositetskoeffisient

Den grunnleggende SI-enheten for kinematisk viskositet er:

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

Før du snakker om egenskapene til vann, er det verdt å forstå selve konseptet "vann". Det er en gjennomsiktig væske, som i de fleste tilfeller ikke har noen karakteristisk farge eller lukt. Når vann endres til noe annet, danner det derivater som kalles is, snø (fast tilstand) eller damp (gassform). Det antas at det dekker mer enn 70% av overflaten til planeten Jorden - alle slags hav og hav, elver, innsjøer, isbreer og andre hydrologiske gjenstander.

Vann er et sterkt løsemiddel, som under naturlige forhold inneholder mange mineralsalter og ulike gasser. Hvis vi snakker om dens fysiske egenskaper, vil vi umiddelbart ta hensyn til det faktum at når is smelter, øker dens tetthet, mens for andre stoffer skjer en lignende prosess nøyaktig det motsatte.

Hovedtrekket til vann er viskositet. Viskositeten i seg selv er evnen til et stoff (det være seg en væske, gass eller fast stoff) til å utøve motstand mellom partiklene til stoffet i forhold til hverandre. Denne egenskapen kan være av to typer - volumetrisk og tangentiell. Bulkviskositet er et stoffs evne til å akseptere strekkkraft. Det manifesterer seg når lyd eller ultralydbølger forplanter seg i vann. Tangentiell viskositet er preget av en væskes evne til å motstå skjærkraft.

Da forskere studerte viskositeten til vann, ble det funnet at motstanden til stoffet under strekking og skjæring avhenger av bevegelseshastigheten til partikler i forskjellige lag av væsken. Hvis et lag som beveger seg raskere virker på et lag som beveger seg langsommere, genereres en akselererende kraft. Hvis alt skjer akkurat det motsatte, begynner bremsekraften å virke. De ovennevnte kreftene er rettet tangentielt til overflatene av lagene.

For å bestemme den kinematiske viskositeten velges viskosimeteret slik at strømningstiden til oljeproduktet er minst 200 s. Den blir deretter grundig vasket og tørket. En prøve av testproduktet filtreres gjennom et papirfilter. Viskøse produkter varmes opp til 50–100°C før filtrering. Hvis det er vann i produktet, tørkes det med natriumsulfat eller grovt bordsalt, etterfulgt av filtrering. Temperaturkontrollenheten stilles inn på ønsket temperatur. Nøyaktigheten for å opprettholde den valgte temperaturen er av stor betydning, derfor må termostattermometeret installeres slik at reservoaret er omtrent på nivå med midten av viskosimeterkapillæren med samtidig nedsenking av hele skalaen. Ellers introduseres en korreksjon for den utstående kvikksølvsøylen ved å bruke formelen:

^T = Bh(T1 – T2)

• B - termisk ekspansjonskoeffisient av arbeidsvæsken til termometeret:
  • for et kvikksølvtermometer – 0,00016
  • for alkohol – 0,001
• h – høyden på den utstikkende søylen til termometerets arbeidsvæske, uttrykt i divisjoner av termometerskalaen
• T1 – innstilt temperatur i termostaten, °C
• T2 – omgivelseslufttemperatur nær midten av den utstående søylen, °C.

Bestemmelsen av utløpstiden gjentas flere ganger. I samsvar med GOST 33-82 settes antall målinger avhengig av utløpstiden: fem målinger - med en utløpstid fra 200 til 300 s; fire - fra 300 til 600 s og tre - med en utløpstid på over 600 s. Når du utfører avlesninger, er det nødvendig å sikre at temperaturen er konstant og at det ikke er luftbobler.
For å beregne viskositeten, bestemme den aritmetiske middelverdien av strømningstiden. I dette tilfellet tas det bare hensyn til de avlesningene som ikke avviker mer enn ± 0,3 % for nøyaktige målinger og ± 0,5 % for tekniske målinger fra det aritmetiske gjennomsnittet.

Viskositetskoeffisienten er en nøkkelparameter for arbeidsfluidet eller gassen. I fysiske termer kan viskositet defineres som indre friksjon forårsaket av bevegelse av partikler som utgjør massen til et flytende (gassformig) medium, eller, enklere, motstand mot bevegelse.

Hva er viskositet

Den enkleste måten å bestemme viskositeten på er å helle like mengder vann og olje samtidig på en glatt skrå overflate. Vann renner raskere enn olje. Det er mer flytende. Olje i bevegelse forhindres i å dreneres raskt ved høyere friksjon mellom molekylene (indre motstand - viskositet). Dermed er viskositeten til en væske omvendt proporsjonal med dens fluiditet.

Viskositetskoeffisient: formel

I en forenklet form kan prosessen med bevegelse av en viskøs væske i en rørledning betraktes i form av flate parallelle lag A og B med samme overflateareal S, avstanden mellom disse er h.

Disse to lagene (A og B) beveger seg med forskjellige hastigheter (V og V+ΔV). Lag A, som har høyest hastighet (V+ΔV), involverer i bevegelse lag B, som beveger seg med lavere hastighet (V). Samtidig har lag B en tendens til å redusere hastigheten til lag A. Den fysiske betydningen av viskositetskoeffisienten er at friksjonen til molekylene, som representerer motstanden til strømningslagene, danner en kraft, som beskrives av følgende formel:

F = µ × S × (ΔV/h)

• ΔV er forskjellen i bevegelseshastigheten til lag med væskestrøm;
• h er avstanden mellom lagene i væskestrømmen;
• S er overflatearealet til væskestrømlaget;
• μ (mu) - en koeffisient avhengig av kalles absolutt dynamisk viskositet.

I SI-enheter er formelen som følger:

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

Her er F tyngdekraften til volumet av arbeidsfluid.

Viskositetsverdi

I de fleste tilfeller måles koeffisienten i centipoise (cP) i samsvar med CGS-enhetssystemet (centimeter, gram, sekund). I praksis er viskositet relatert til forholdet mellom væskens masse og volumet, det vil si med væskens tetthet:

• ρ - væsketetthet;
• m er massen til væsken;
• V er volumet av væske.

Forholdet mellom dynamisk viskositet (μ) og tetthet (ρ) kalles kinematisk viskositet ν (ν - på gresk - nu):

ν = μ / ρ = [m 2 /s]

Forresten, metodene for å bestemme viskositetskoeffisienten er forskjellige. For eksempel måles kinematisk viskositet fortsatt i henhold til CGS-systemet i centistokes (cSt) og i brøkverdier - stokes (St):

• 1St = 10 -4 m 2 /s = 1 cm 2 /s;
• 1cSt = 10 -6 m 2 /s = 1 mm 2 /s.

Bestemmelse av vannviskositet

Viskositetskoeffisienten til vann bestemmes ved å måle strømningstiden til væsken gjennom et kalibrert kapillarrør. Denne enheten er kalibrert ved å bruke en standard væske med kjent viskositet. For å bestemme den kinematiske viskositeten, målt i mm 2 /s, multipliseres strømningstiden til væsken, målt i sekunder, med en konstant verdi.

Viskositeten til destillert vann brukes som en sammenligningsenhet, hvis verdi er nesten konstant selv med endringer i temperaturen. Viskositetskoeffisienten er forholdet mellom tiden i sekunder det tar for et fast volum destillert vann å strømme fra en kalibrert åpning til samme verdi for testvæsken.

Viskosimeter

Viskositet måles i Angler-grader (°E), Saybolt universal-sekunder ("SUS") eller Redwood-grader (°RJ) avhengig av hvilken type viskosimeter som brukes.

Viskosimeteret, som måler viskositeten i den europeiske graden Engler (°E), er designet for 200 cm 3 utstrømmende væske. Et viskosimeter som måler viskositet i Saybolt Universal Seconds ("SUS" eller "SSU") brukt i USA inneholder 60 cm 3 av testvæsken. I England, hvor Redwood-grader (°RJ) brukes, måler et viskosimeter viskositeten til 50 cm 3 væske. For eksempel, hvis 200 cm 3 av en viss olje strømmer ti ganger langsommere enn samme volum vann, er Engler-viskositeten 10 ° E.

Siden temperatur er en nøkkelfaktor for å endre viskositetskoeffisienten, utføres målinger vanligvis først ved en konstant temperatur på 20°C, og deretter ved høyere verdier. Resultatet uttrykkes således ved å legge til passende temperatur, for eksempel: 10°E/50°C eller 2,8°E/90°C. Viskositeten til en væske ved 20°C er høyere enn dens viskositet ved høyere temperaturer. Hydraulikkoljer har følgende viskositeter ved passende temperaturer:

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

Oversettelse av verdier

Bestemmelsen av viskositetskoeffisienten skjer i forskjellige systemer (amerikansk, engelsk, GHS), og derfor er det ofte nødvendig å konvertere data fra ett målesystem til et annet. For å konvertere væskeviskositetsverdier, uttrykt i grader Engler, til centistokes (mm 2 /s), bruk følgende empiriske formel:

ν(cSt) = 7,6 × °E × (1-1/°E3)

For eksempel:

• 2°E = 7,6 x 2 x (1-1/23) = 15,2 x (0,875) = 13,3 cSt;
• 9°E = 7,6 × 9 × (1-1/93) = 68,4 × (0,9986) = 68,3 cSt.

For raskt å bestemme standardviskositeten til hydraulikkolje, kan formelen forenkles som følger:

ν(cSt) = 7,6 × °E(mm 2 /s)

Med en kinematisk viskositet ν i mm 2 /s eller cSt, kan du konvertere den til en koeffisient for dynamisk viskositet μ ved å bruke følgende forhold:

Eksempel. Ved å oppsummere de ulike formlene for å konvertere Engler-grader (°E), centistokes (cSt) og centipoise (cP), antar vi at hydraulikkolje med en tetthet ρ = 910 kg/m 3 har en kinematisk viskositet på 12°E, som i cSt enheter er:

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

Siden 1cSt = 10 -6 m 2 /s og 1cP = 10 -3 N×s/m 2, vil den dynamiske viskositeten være lik:

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

Gassviskositetskoeffisient

Det bestemmes av sammensetningen (kjemisk, mekanisk) av gassen, driftstemperaturen, trykket og brukes i gassdynamiske beregninger knyttet til gassbevegelse. I praksis er det tatt hensyn til viskositeten til gasser ved prosjektering av utbygging av gassfelt, hvor endringer i koeffisienten beregnes avhengig av endringer i gasssammensetningen (spesielt relevant for gasskondensatfelt), temperatur og trykk.

La oss beregne luftviskositetskoeffisienten. Prosessene vil være like med de to vannstrømmene omtalt ovenfor. La oss anta at to gassstrømmer U1 og U2 beveger seg parallelt, men med forskjellige hastigheter. Konveksjon (gjensidig penetrasjon) av molekyler vil skje mellom lagene. Som et resultat vil momentumet til den raskere bevegelige luftstrømmen avta, og den innledningsvis langsommere luften vil akselerere.

Luftviskositetskoeffisienten, i henhold til Newtons lov, uttrykkes med følgende formel:

F =-h × (dU/dZ) × S

• dU/dZ er hastighetsgradienten;
• S er innflytelsesområdet til kraften;
• Koeffisient h - dynamisk viskositet.

Viskositetsindeks

Viskositetsindeks (VI) er en parameter som korrelerer endringer i viskositet og temperatur. Korrelasjonsavhengigheten er en statistisk sammenheng, i dette tilfellet av to størrelser, der en endring i temperaturen er ledsaget av en systematisk endring i viskositeten. Jo høyere viskositetsindeksen er, desto mindre er endringen mellom de to verdiene, det vil si at viskositeten til arbeidsfluidet er mer stabil med temperaturendringer.

Oljeviskositet

Basene til moderne oljer har en viskositetsindeks under 95-100 enheter. Derfor kan de hydrauliske systemene til maskiner og utstyr bruke ganske stabile arbeidsvæsker som begrenser store endringer i viskositet under kritiske temperaturforhold.

En "gunstig" viskositetsindeks kan opprettholdes ved å introdusere spesielle tilsetningsstoffer (polymerer) i oljen, oppnådd ved De øker viskositetsindeksen til oljer ved å begrense endringen i denne egenskapen innenfor et akseptabelt område. I praksis, med innføringen av den nødvendige mengden tilsetningsstoffer, kan den lave viskositetsindeksen til basisoljen økes til 100-105 enheter. Samtidig forringer blandingen oppnådd på denne måten sine egenskaper ved høyt trykk og termisk belastning, og reduserer derved effektiviteten til tilsetningsstoffet.

I kraftkretsene til kraftige hydrauliske systemer må arbeidsvæsker med en viskositetsindeks på 100 enheter brukes. Arbeidsvæsker med tilsetningsstoffer som øker viskositetsindeksen brukes i hydrauliske kontrollkretser og andre systemer som opererer i lavt/middels trykkområde, i et begrenset temperaturområde, med små lekkasjer og i intermitterende modus. Når trykket øker, øker også viskositeten, men denne prosessen skjer ved trykk over 30,0 MPa (300 bar). I praksis blir denne faktoren ofte neglisjert.

Måling og indeksering

I samsvar med internasjonale ISO-standarder er viskositetskoeffisienten til vann (og andre flytende medier) uttrykt i centistokes: cSt (mm 2 /s). Viskositetsmålinger av prosessoljer bør utføres ved temperaturer på 0°C, 40°C og 100°C. I alle fall, i oljemerkekoden, skal viskositeten angis som et tall ved en temperatur på 40°C. I GOST er viskositetsverdien gitt ved 50°C. Karakterene som oftest brukes i mekanisk hydraulikk varierer fra ISO VG 22 til ISO VG 68.

Hydraulikkoljer VG 22, VG ​​32, VG ​​46, VG 68, VG 100 ved en temperatur på 40°C har viskositetsverdier som tilsvarer deres markeringer: 22, 32, 46, 68 og 100 cSt. Den optimale kinematiske viskositeten til arbeidsvæsken i hydrauliske systemer ligger i området fra 16 til 36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (SAE) har etablert viskositetsområder ved spesifikke temperaturer og tildelt dem tilsvarende koder. Tallet etter bokstaven W er den absolutte dynamiske viskositetskoeffisienten μ ved 0°F (-17,7°C), og den kinematiske viskositeten ν ble bestemt ved 212°F (100°C). Denne indekseringen gjelder helårsoljer som brukes i bilindustrien (transmisjon, motor, etc.).

Påvirkningen av viskositet på hydraulisk ytelse

Å bestemme viskositetskoeffisienten til en væske er ikke bare av vitenskapelig og pedagogisk interesse, men har også viktig praktisk betydning. I hydrauliske systemer overfører arbeidsvæsker ikke bare energi fra pumpen til hydrauliske motorer, men smører også alle deler av komponentene og fjerner generert varme fra friksjonsparene. En viskositet av arbeidsvæsken som ikke samsvarer med driftsmodusen kan alvorlig svekke effektiviteten til hele hydraulikksystemet.

Høy viskositet av arbeidsvæsken (olje med svært høy tetthet) fører til følgende negative fenomener:

• Økt motstand mot strømmen av hydraulikkvæske forårsaker et for stort trykkfall i det hydrauliske systemet.
• Senker reguleringshastigheten og mekaniske bevegelser til aktuatorene.
• Utvikling av kavitasjon i pumpen.
• Null eller for lite luftutslipp fra oljen i hydraulikktanken.
• Merkbart tap av kraft (reduksjon i effektivitet) av hydraulikk på grunn av høye energikostnader for å overvinne intern friksjon av væsken.
• Økt dreiemoment på drivmotoren til en maskin forårsaket av økende belastning på pumpen.
• En økning i temperaturen på hydraulikkvæsken forårsaket av økt friksjon.

Dermed ligger den fysiske betydningen av viskositetskoeffisienten i dens innflytelse (positiv eller negativ) på komponentene og mekanismene til kjøretøy, maskiner og utstyr.

Tap av hydraulisk kraft

Lav viskositet av arbeidsvæsken (olje med lav tetthet) fører til følgende negative fenomener:

• Nedgang i volumetrisk effektivitet av pumper som følge av økende interne lekkasjer.
• En økning i interne lekkasjer i hydrauliske komponenter i hele det hydrauliske systemet - pumper, ventiler, hydrauliske ventiler, hydrauliske motorer.
• Økt slitasje på pumpeenheter og blokkering av pumper på grunn av utilstrekkelig viskositet av arbeidsvæsken som er nødvendig for å sikre smøring av gnidningsdeler.

Komprimerbarhet

Eventuell væske komprimeres under trykk. Med hensyn til oljer og kjølevæsker som brukes i maskinteknisk hydraulikk, er det empirisk fastslått at kompresjonsprosessen er omvendt proporsjonal med væskens masse per volum. Kompresjonsforholdet er høyere for mineraloljer, mye lavere for vann og mye lavere for syntetiske væsker.

I enkle hydrauliske lavtrykkssystemer har væskens komprimerbarhet en ubetydelig effekt på reduksjonen av det opprinnelige volumet. Men i kraftige maskiner med høytrykks hydrauliske drev og store hydrauliske sylindre, manifesterer denne prosessen seg merkbart. For hydrauliske, ved et trykk på 10,0 MPa (100 bar), reduseres volumet med 0,7 %. Samtidig påvirkes endringen i kompresjonsvolum i liten grad av kinematisk viskositet og oljetype.

Konklusjon

Bestemmelse av viskositetskoeffisienten gjør det mulig å forutsi driften av utstyr og mekanismer under forskjellige forhold, under hensyntagen til endringer i sammensetningen av væsken eller gassen, trykk og temperatur. Overvåking av disse indikatorene er også relevant i olje- og gassektoren, verktøy og andre næringer.