lepkość. Współczynnik lepkości dynamicznej. Fizyczne znaczenie współczynnika lepkości

wskaźnik lepkości – kluczowym parametrem płynu roboczego lub gazu. Pod względem fizycznym, lepkość może być określona jako tarcia powodowanych przez ruch cząsteczek tworzących masę ciekłego czynnika (gazu), albo, prościej, opór ruchu.

Co to jest lepkość

Proste określenie lepkości empiryczne doświadczenia: gładki nachyloną powierzchnię wlewa się równocześnie taką samą ilość wody i oleju. Woda przepływa szybciej olej. To jest bardziej płynna. szybkie przenoszenie opróżnienie uniemożliwia większe tarcie między jego cząsteczek (opór wewnętrzny – lepkość). Tak więc, lepkość płynu odwrotnie proporcjonalny do jego płynność.

Wskaźnik lepkości: wzór

W uproszczonej wersji procesu lepkiego płynu w rurociągu może być uważany za płaskich równoległych warstw A i B z tej samej powierzchni S, odstęp pomiędzy którymi jest wielkością h.

Te dwie warstwy (A i B) poruszają się z różnymi prędkościami (V i V + AV). Warstwa o najwyższej prędkości (V + AV) obejmuje przemieszczanie warstwy B, porusza się z mniejszą prędkością (V). W tym samym czasie warstwa B ma tendencję do spowolnienia szybkości warstwy A. fizyczne znaczenia współczynnika lepkości że tarcie cząsteczek stanowiących oporu przepływu warstwy tworzy siłę, która Isaak Nyuton opisać następującym wzorem:

F = ľ * s x (AV / h)

tutaj:

• AV – różnica pomiędzy prędkością przemieszczania warstw przepływu płynu;
• h – odległość pomiędzy warstwami ciekłego strumienia;
• S – pole powierzchni warstwy przepływu płynu;
• μ (MU) – współczynnik w zależności od właściwości cieczy, zwany absolutnym lepkość dynamiczna.

Jednostki SI wzór jest następujący:

μ = (K x h) / (S x AV) = [Pa * s] (x paskal.sek)

Gdzie: F – siła grawitacji (wagowo) jednostki objętości płynu hydraulicznego.

Wartość lepkości

W większości przypadków, współczynnik lepkości dynamicznej jest mierzona w centypuazach (cp), zgodnie z systemem (CGS centymetr grama, s). W praktyce, lepkość w stosunku wagowym cieczy jest związana z jej objętości, to znaczy gęstość cieczy:

ρ = m / V

tutaj:

• ρ – gęstość płynu;
• M – masa płynu;
• V – objętość cieczy.

Stosunek lepkości dynamicznej (u) i gęstości (p) nazywa się lepkość kinematyczna ν (ν – grecki – v)

ν = μ / ρ = [m ² / s]

Nawiasem mówiąc, sposoby określania współczynnika lepkości są różne. Na przykład, lepkość kinematyczna jest ciągle mierzony zgodnie z systemem GHS centystokesów (cSt) i podwielokrotność ilości Stokesa – (ST):

• 1st Class = 10 ^{~ 4 m2} / s = 1 ^cm2 / s;
• 1sSt = 10 ^{~ 6 m2} / s = 1 mm ² / s.

Oznaczanie lepkości wody

Współczynnik lepkości wody określa się przez pomiar czasu przepływu płynu przez kalibrowany kapilary. Urządzenie kalibruje się przy użyciu znanego standardowego lepkości cieczy. W celu określenia lepkości kinematycznej, mierzonej w mm ² / s, a czas przepływu płynu, w sekundach, pomnożona przez stałą wartość.

Jako zespół porównania jest stosowany do lepkości wody destylowanej, którego wartość jest prawie stała, nawet gdy zmienia się temperatura. Lepkość – stosunek czasu w sekundach, która jest potrzebna ustalonej objętości wody destylowanej, po upływie kalibrowanego otworu, na taką samą wartość dla danej cieczy testowej.

Lepkościomierze

Lepkość jest mierzona w stopniach Englera sekund (° E) Saybolt (Universal „SUS) lub stopni Redwood RJ (°) w zależności od typu reometru. Trzy lepkościomierzy różnią się tylko w takiej ilości przepływającego czynnika płynnego.

pomiar lepkości w europejskiej jednostki Engler stopni (° E) Lepkościomierz, w przeliczeniu na 200 ^cm3 przepływającego czynnika płynnego. pomiar lepkości w ciągu kilku sekund Uniwersalnych Saybolta ( „SUS lub” SSU) stosowany w Stanach Zjednoczonych, zawierającej 60 ^cm3 cieczy testowej ścinania. W Anglii, jeżeli są stosowane Redwood stopni (° RJ) przeprowadza pomiar lepkości 50 ^cm3 cieczy ścinania. Przykładowo, jeśli 200 ^cm3 z oleju wypływa na dziesięć razy wolniej niż w takiej samej ilości wody, lepkość wynosi 10 ° Engler E.

Ponieważ temperatura jest kluczowym czynnikiem zmieniając stosunek lepkości, pomiary przeprowadza się zwykle najpierw w stałej temperaturze 20 ° C, a następnie na jej wyższe wartości. W rezultacie, co jest wyrażone przez dodanie odpowiedniej temperatury, na przykład 10 ° P / 50 ° C lub E 2,8 ° / 90 ° C lepkość cieczy w temperaturze 20 ° C wyższa od jego lepkości w wyższych temperaturach. oleje hydrauliczne mają lepkość w następujących odnośnych temperaturach:

190 cSt przy 20 ° C = 45,4 cSt w 50 ° C = 11,3 cSt w 100 ° C

wartości tłumaczenie

Oznaczanie lepkości występuje w różnych systemach (amerykański, brytyjski, GHS) i dlatego są często wymagane do przeliczenia danych z jednego systemu pomiarowego do drugiego. W celu przekształcenia wartości lepkości płynu, wyrażone w stopniach Englera, w cSt ^(mm2 / s) z wykorzystaniem następującego wzoru empirycznego:

ν (cSt) = 7,6 x E ° x (1-1 / ° E3)

Na przykład:

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

Aby szybko określić standardową lepkość wzorze hydraulicznego można uprościć olej w następujący sposób:

ν (cSt) = 7,6 x E ° ^(mm2 / s)

V mające lepkości kinematyczne w mm ² / s lub cSt, to można ją przekształcić w dynamiczny współczynnik lepkości ľ, stosując następującą zależność:

μ = ν x ρ

Przykład. Podsumowując różne wzory translacji Engler stopni (° E) centystokesów (cSt) i centypuazów (cP), przyjmijmy, że olej hydrauliczny o gęstości ρ = 910 kg / ^m3 ma lepkość kinematyczną 12 ° E w jednostkach cSt:

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

Od 1sSt = 10 ^{~ 6 m2} / s, a 1br = N x 10 ^{~ 3} M / ^2, to lepkość dynamiczna będzie równa:

μ = ν ρ x = 90,3 x 10 ^{~ 6} · = 0,082 x 910 Ns / m ² = 82 CPS.

Współczynnik lepkości gazu

Jest ona określana przez kompozycję (na czynniki chemiczne, mechaniczne) gazu do temperatury i ciśnienia stosowanych w obliczeniach gazu dynamicznego związanego z ruchem gazu. W praktyce, lepkość gazów jest brana pod uwagę przy opracowywaniu projektu złóż gazowych, gdzie obliczenia przeprowadzone zmiany współczynnika zależności od zmian składu gazu (szczególnie ważne dla złoża skroplin gazu), temperatury i ciśnienia.

Obliczyć współczynnik lepkości powietrza. Procesy są podobne do tych, które opisano powyżej, dwa strumienie wody. Załóżmy, że ruchomy równolegle dwa strumienie gazu U1 i U2, ale z różnymi prędkościami. Pomiędzy warstwami konwekcji wystąpią (przenikanie) cząsteczki. W rezultacie pęd szybciej poruszający przepływ powietrza spadnie i początkowo powoli – przyspieszone.

Współczynnik lepkości powietrza, zgodnie z prawem Newtona, wyrażony za pomocą następującego wzoru:

F = H x (dU / DZ) x S

tutaj:

• dU / DZ gradient prędkości;
• S – powierzchnia siły uderzenia;
• Współczynnik h – lepkość dynamiczna.

wskaźnik lepkości

Wskaźnik lepkości (VI), – parametr korelacji zmiany lepkości i temperatury. Korelacja jest statystyczny związek zależność, w tym przypadku dwóch wartości, w których zmiana temperatury towarzyszy systematyczne zmienności lepkości. Im wyższy wskaźnik lepkości, tym mniejsza zmiana pomiędzy tymi dwoma wartościami, to lepkość cieczy roboczej jest bardziej stabilna w temperaturze.

Lepkość olejów

U podstaw nowoczesnego wskaźnika lepkości oleju mniejszej niż 95-100 jednostek. Więc w maszyn i urządzeń hydraulicznych mogą być stosowane wystarczająco trwałe płyny, które ograniczają szeroką zmienność lepkości w warunkach ekstremalnych temperaturach.

„Korzystny” wskaźnik lepkości mogą być utrzymywane przez wprowadzenie specjalnych dodatków olejowych (polimerów) otrzymane w wyniku destylacji ropy naftowej. Zwiększają one wskaźnik lepkości oleju przez ograniczenie zmian w charakterystyce dopuszczalnego zakresu. W rzeczywistości wprowadzenie koniecznej ilości dodatków do oleju bazowego niski wskaźnik lepkości można zwiększyć do 100-105 jednostek. Jednakże, otrzymany w ten sposób mieszaninę pogarsza właściwości pod wysokim ciśnieniem i źródła ciepła, zmniejszając tym samym skuteczność dodatku.

W obwody zasilania należy stosować silnych płynów hydraulicznych o wskaźniku lepkości 100 jednostek. Płyny zawierające dodatki zwiększające wskaźnik lepkości, stosuje się w hydraulicznych układach sterowania i innymi systemami operacyjnymi w zakresie niskich / średnim ciśnieniu, w ograniczonym zakresie temperatur zmian o małej nieszczelności i okresowy. Wraz ze wzrostem ciśnienia i wzrost lepkości, ale proces ten przebiega przy ciśnieniu ponad 30,0 MPa (300 bar). W praktyce, ten czynnik jest często zaniedbywane.

Pomiaru i indeksacja

Zgodnie z międzynarodowymi normami ISO, lepkość wody (i innych cieczy) jest wyrażona w cSt: cSt ^(mm2 / s). Pomiary lepkości olejów proces należy prowadzić w temperaturze pomiędzy 0 ° C, 40 ° C i 100 ° C, W każdym przypadku w oleju lepkości oznaczenie kodowe należy wskazać na odnośnikiem 40 ° C Dala lepkości podane w temperaturze 50 ° C Marks, najczęściej stosowanych w hydraulice inżynierskich, w zakresie od ISO VG 22 do ISO VG 68.

22 olej hydrauliczny VG VG 32 VG 46, 68 VG VG 100 w temperaturze 40 ° C mają lepkości odpowiadające etykietach: 22, 32, 46, 68 i 100 cSt. Optymalna lepkość kinematyczną płynu roboczego w układach hydraulicznych, mieści się w zakresie od 16 do 36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers – SAE) ustanowił zakresy lepkości w określonych temperaturach i odpowiednich kodów przypisanych do nich. Liczba po litery W, – absolutne dynamiczny współczynnik lepkości μ w temperaturze 0 ° C (-17,7 ° C), a lepkość kinematyczna ν ustalona na 212 ° F (100 ° C). Związku z tym indeksowanie uniwersalnych olejów stosowanych w przemyśle samochodowym (przesyłowej, silnik, i tak dalej. D).

Wpływ lepkości na roboczy

Oznaczanie lepkości płynu jest nie tylko zainteresowania naukowe i edukacyjne, ale niesie również ważne znaczenie praktyczne. Płyny hydrauliczne przelew nie tylko od energii pompę z silnikiem hydraulicznym, ale również do smarowania wszystkich części i elementy zostały wycofane z ciepła generowanego par ciernych. Nie odpowiada pracach lepkości cieczy roboczej może poważnie zakłócić skuteczność hydrauliki.

Wysoka lepkość płynu roboczego (olej bardzo wysokiej gęstości), prowadzi do następujących objawów negatywnych:

• Zwiększona odporność na przepływ płynu hydraulicznego powoduje nadmierny spadek ciśnienia w układzie hydraulicznym.
• Zwalnianie kontrolę prędkości i ruchów mechanicznych elementów wykonawczych.
• Rozwój pompy kawitacji.
• Zerowa lub bardzo niska uwolnienie powietrza z hydraulicznym zbiornikiem oleju.
• Wyraźny spadek mocy (wydajność redukujący) hydrauliki ze względu na wysoki koszt energii potrzebnej do przezwyciężenia tarcia wewnętrznego płynu.
• Zwiększony moment obrotowy źródła napędu maszyny spowodowanego przez zwiększenie obciążenia na pompie.
• Wzrost temperatury płynu hydraulicznego generowanego przez zwiększenie tarcia.

W ten sposób, fizyczna znaczenia współczynnika lepkości w wpływu (dodatnia lub ujemna) składników i mechanizmów do pojazdów, maszyn i urządzeń.

Utrata mocy hydraulicznej

Niska lepkość płynu roboczego (olej o niskiej gęstości), następujący negatywne efekty:

• Spada sprawność objętościową pomp w wyniku zwiększenia przecieku wewnętrznego.
• Wzrost wewnętrznego wycieku elementów hydraulicznych w całym układzie hydraulicznym – pomp, zaworów, zaworów, silników hydraulicznych.
• Zwiększone zużycie pompujące i pompy zakleszczenia powodu niewystarczającej lepkości płynów hydraulicznych konieczne smarowanie części trących.

ściśliwość

Każda ciecz pod ciśnieniem jest sprężonym. W odniesieniu do olejów i smarów, chłodziw stosowanych w hydraulice mechanicznych inżynierii empirycznie stwierdzone, że proces sprężania jest odwrotnie proporcjonalna do masy płynu od jego objętości. Wysokość członu ściskanego olejów mineralnych, są znacząco niższe dla wody i znacznie niższa dla syntetycznych cieczy.

Prostym niskiego ciśnienia hydraulicznego ściśliwości płynu niewielki wpływ na zmniejszenie początkowej objętości. Ale potężne maszyny z wysokociśnieniowych butli napęd hydrauliczny i duża, proces ten manifestuje się w sposób widoczny. W hydraulicznej oleju mineralnym , przy ciśnieniu 10,0 MPa (100 bar), objętość zmniejsza się o 0,7%. W tym przypadku zmiana objętości sprężania w niewielkim stopniu wpływają na lepkość kinematyczną i typu oleju.

wniosek

Oznaczanie lepkości pozwala przewidzieć działanie maszyny w różnych warunkach, biorąc pod uwagę zmiany w składzie gazu lub płynu, ciśnienia, temperatury. Ponadto, kontrola wskaźników istotnych dla przemysłu naftowego i gazowego, użyteczności publicznej i innych branż.