Вязкость воды h2o

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости – это свойство, проявляющееся только при движении жидкости, и не влияющее на покоящиеся жидкости. Вязкое трение в жидкостях подчиняется закону трения, принципиально отличному от закона трения твёрдых тел, т.к. зависит от площади трения и скорости движения жидкости.
Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости. Если рассмотреть то, как распределяются скорости различных слоёв жидкости по сечению потока, то можно легко заметить, что чем дальше от стенок потока, тем скорость движения частиц больше. У стенок потока скорость движения жидкости равна нулю. Иллюстрацией этого является рисунок, так называемой, струйной модели потока.

Медленно движущийся слой жидкости «тормозит» соседний слой жидкости, движущийся быстрее, и наоборот, слой, движущийся с большей скоростью, увлекает (тянет) за собой слой, движущийся с меньшей скоростью. Силы внутреннего трения появляются вследствие наличия межмолекулярных связей между движущимися слоями.
Если между соседними слоями жидкости выделить некоторую площадку S, то согласно гипотезе Ньютона:

где:

• μ – коэффициент вязкого трения;
• S – площадь трения;
• du/dy – градиент скорости

Величина μ в этом выражении является динамическим коэффициентом вязкости, равным:

или

где:

τ – касательное напряжение в жидкости (зависит от рода жидкости).

Физический смысл коэффициента вязкого трения

Физический смысл коэффициента вязкого трения – число, равное силе трения, развивающейся на единичной поверхности при единичном градиенте скорости.

На практике чаще используется кинематический коэффициент вязкости, названный так потому, что в его размерности отсутствует обозначение силы. Этот коэффициент представляет собой отношение динамического коэффициента вязкости жидкости к её плотности:

Единицы измерения коэффициента вязкого трения:

• Н·с/м2;
• кГс·с/м2
• Пз (Пуазейль) 1(Пз)=0,1(Н·с/м2).

Анализ свойства вязкости жидкости

Для капельных жидкостей вязкость зависит от температуры t и давления Р, однако последняя зависимость проявляется только при больших изменениях давления, порядка нескольких десятков МПа.

Зависимость коэффициента динамической вязкости от температуры выражается формулой вида:

где:

• μ_t – коэффициент динамической вязкости при заданной температуре;
• μ – коэффициент динамической вязкости при известной температуре;
• Т – заданная температура;
• Т – температура, при которой измерено значение μ;
• e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Зависимость относительного коэффициента динамической вязкости от давления описывается формулой:

где:

• μ_Р – коэффициент динамической вязкости при заданном давлении,
• μ – коэффициент динамической вязкости при известном давлении (чаще всего при нормальных условиях),
• Р – заданное давление,;
• Р – давление, при которой измерено значение μ;
• e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Влияние давления на вязкость жидкости проявляется только при высоких давлениях.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье):

где σ_ij — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Вязкость жидкостей (при 18°C)

определение

Рисунок 2: Определение вязкости: Жидкость (синий цвет) разделяется между неподвижной пластиной (внизу) и подвижной пластиной (вверху).

Представьте себе две панели поверхности, расположенные параллельно на расстоянии . Между этими пластинами находится жидкость, которая прилипает к обеим пластинам. В нашем воображении пространство с жидкостью должно быть разделено на слои. Если теперь верхняя пластина перемещается со скоростью , слой в непосредственной близости также перемещается со скоростью, обусловленной адгезией . Поскольку нижняя пластина находится в состоянии покоя, ее соседний слой также находится в состоянии покоя. Внутренние слои жидкости скользят друг мимо друга с разной скоростью. Скорость увеличивается от неподвижной пластины к движущейся.
d{\ displaystyle d}А.{\ displaystyle A}v{\ displaystyle v}v{\ displaystyle v}

К нижнему слою прилагается касательная сила от верхнего слоя, прилегающего к пластине. Следовательно, он движется со скоростью. Этот слой, в свою очередь, воздействует на слой ниже и перемещает его со скоростьюv1.{\ displaystyle v_ {1}.}v2.{\ displaystyle v_ {2}.}

В эксперименте можно показать, что в идеальном случае сила , необходимая для перемещения верхней пластины, пропорциональна площади , разнице скоростей и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами :
Ф.{\ displaystyle F}А.{\ displaystyle A}Δv{\ displaystyle \ Delta v}Δy{\ displaystyle \ Delta y}

Ф.∼А.{\ displaystyle F \ sim A}и иФ.∼Δv{\ Displaystyle F \ sim \ Delta v}Ф.∼1Δy{\ displaystyle F \ sim {\ frac {1} {\ Delta y}}}

Это дает уравнение

Ф.знак равноηА.ΔvΔy{\ Displaystyle F = \ eta A {\ frac {\ Delta v} {\ Delta y}}}

Константа пропорциональности – это динамическая вязкость. Изменение скорости перпендикулярно направлению движения, т.е. градиент скорости
η{\ displaystyle \ eta}

γ˙знак равноΔvΔyзнак равноdvdy{\ displaystyle {\ dot {\ gamma}} = {\ frac {\ Delta v} {\ Delta y}} = {\ frac {\ mathrm {d} v} {\ mathrm {d} y}}}

также называется или , называется скоростью деформации, скоростью сдвига или скоростью сдвига. С напряжением сдвигаД.{\ displaystyle D}грамм{\ displaystyle G}

τзнак равноФ.А.{\ displaystyle \ tau = {\ frac {F} {A}}}

есть связь

τзнак равноη⋅γ˙{\ displaystyle \ tau = \ eta \ cdot {\ dot {\ gamma}}}

Вязкость парафина

Парафин является смесью углеводородов преимущественно метанового ряда. Парафины бывают жидкими (температуре их плавления составляет менее 27 °C), твердыми (28–70 °C), микрокристаллическими (или церезины, плавятся при температуре свыше 60–80 °C). Размер и форма кристаллов обусловлена особенностями их получения. Так, нефтяное сырье и медленное охлаждение обеспечивают мелкие тонкие кристаллы, а крупные получаются из селективно очищенных дистиллятных рафинатов.

Расплавленные парафины обладают небольшой вязкостью. Но при одинаковой температуре наиболее вязкими являются церезины.

Применяются парафины для изготовления парафинистой бумаги, пропитывания древесины в карандашном и спичечном производстве, для аппретирования тканей, в медицине для парафинотерапии и пр.

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

η = 1 3 ⟨ u ⟩ ⟨ λ ⟩ ρ {\displaystyle \eta ={\frac {1}{3}}\langle u\rangle \langle \lambda \rangle \rho } ,

где ⟨ u ⟩ {\displaystyle \langle u\rangle } — средняя скорость теплового движения молекул, ⟨ λ ⟩ {\displaystyle \langle \lambda \rangle } − средняя длина свободного пробега. Из этого выражения в частности следует, что вязкость не очень разреженных газов практически не зависит от давления, поскольку плотность ρ {\displaystyle \rho } прямо пропорциональна давлению, а ⟨ λ ⟩ {\displaystyle \langle \lambda \rangle } — обратно пропорциональна. Такой же вывод следует и для других кинетических коэффициентов для газов, например, для коэффициента теплопроводности. Однако этот вывод справедлив только до тех пор, пока разрежение газа не становится столь малым, что отношение длины свободного пробега к линейным размерам сосуда (число Кнудсена) не становится по порядку величины равным единице; в частности, это имеет место в сосудах Дьюара (термосах).

С повышением температуры вязкость большинства газов увеличивается, это объясняется увеличением средней скорости молекул газа u {\displaystyle u} , растущей с температурой как T {\displaystyle {\sqrt {T}}}

Влияние температуры на вязкость газов

В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при увеличении температуры).

Формула Сазерленда

может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры:

μ = μ 0 T 0 + C T + C ( T T 0 ) 3 / 2 , {\displaystyle {\mu }={\mu }_{0}{\frac {T_{0}+C}{T+C}}\left({\frac {T}{T_{0}}}\right)^{3/2},}

где:

• μ — динамическая вязкость в (Па·с) при заданной температуре T;
• μ0 — контрольная вязкость в (Па·с) при некоторой контрольной температуре T0;
• T — заданная температура в Кельвинах;
• T0 — контрольная температура в Кельвинах;
• C — постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

Эту формулу можно применять для температур в диапазоне 0 < T < 555 K и при давлениях менее 3,45 МПа с ошибкой менее 10 %, обусловленной зависимостью вязкости от давления.

Постоянная Сазерленда и контрольные вязкости газов при различных температурах приведены в таблице ниже:

Вязкость сахарного сиропа

Сахаром в быту называется сахароза. Свекловичный и тростниковый сахар (в виде песка и рафинада) — очень важный продукт питания. Сахароза относится к углеводам, питательным веществам, заряжающим организм энергией.

Сахарный сироп (основа многих мучных и кондитерских изделий) обладает определенной вязкостью. Она есть уже у самой воды, в составе данной среды. С повышением концентрации растворов вязкость сиропов увеличивается. При концентрации сахара свыше 80 % начинается процесс кристаллизации сахара.

Выделяют следующие разновидности сиропов.

1. Сахарно-паточный. Помимо растворенного в воде сахара содержит патоку. Имеет более высокую вязкость.

2. Инвертный. Обладает более низкой вязкостью, но повышенной гигроскопичностью.

3. Молочный. Растворителем здесь служит молоко (цельное, сухое, сгущенное, сливки), возможно добавление патоки. Данный сироп выступает основным полуфабрикатом при изготовлении молочных конфет, помадных масс.

Для перекачивания сиропов лучше всего подходят центробежные и кулачковые насосы.

Методы определения вязкости жидкости

Вискозиметрия – это измерение вязкости. На современном этапе развития науки найти значение вязкости жидкости практическим путем можно четырьмя способами:

1. Капиллярный метод. Для его проведения необходимо иметь два сосуда, соединенных стеклянным каналом небольшого диаметра известной длины. Также нужно знать значения давления в одном сосуде и в другом. Жидкость помещается в стеклянный канал, и за определенный промежуток времени она перетекает из одной колбы в другую.

Дальнейшие подсчеты производятся с помощью формулы Пуазейля для нахождения значения коэффициента вязкости жидкости.

На практике жидкие среды могут представлять собой раскаленные до 200-300 градусов смеси. Обычная стеклянная трубка в таких условиях просто бы деформировалась или даже лопнула, что недопустимо. Современные капиллярные вискозиметры собраны из качественного и стойкого материала, который легко переживает такие нагрузки.

2. Медицинский метод по Гессе. Чтобы рассчитать вязкость жидкости таким способом, необходимо иметь не одну, а две идентичные капиллярные установки. В одну из них помещают среду с заранее известным значением внутреннего трения, а в другую – исследуемую жидкость. Далее измеряют два значения времени и составляют пропорцию, по которой выходят на нужное число.

3. Ротационный метод. Для его проведения необходимо иметь конструкцию из двух соосных цилиндров. Это значит, что один из них должен быть внутри другого. В промежуток между ними заливают жидкость, а затем придают скорость внутреннему цилиндру. Эта угловая скорость также сообщается жидкости. Разница в силе момента позволяет вычислить вязкость среды.

4. Определение вязкости жидкости методом Стокса. Для проведения этого опыта необходимо иметь вискозиметр Гепплера, который представляет собой цилиндр, заполненный жидкостью. Перед началом эксперимента делают две пометки на цилиндре и измеряют длину между ними. Затем берут шарик определенного радиуса R и опускают его в жидкую среду. Чтобы определить скорость его падения, находят время передвижения объекта от одной метки до другой. Зная скорость движения шарика, можно вычислить вязкость жидкости.

Немного о вязкости смазочных жидкостей

Вязкость определяется сопротивляемостью жидких материалов течению под различными воздействиями, в частности, силы тяжести. Если сравнивать различные жидкости, к примеру, пчелиный мед и воду, можно заметить, что первая течет гораздо хуже. Вязкость можно рассматривать с точки зрения умения жидкого материала сопротивляться сдвигу частей друг относительно друга или смещению слоя жидкости относительно поверхности деталей во время их совместного передвижения.

В механике сплошных сред различаются две величины вязкости: кинематическая и динамическая.

Динамическая (ДВМ) представляет собой отношение усилия, которое прикладывается к жидкому материалу, к степени искажения. Она измеряется в Па∙с или в Пуазах.

Что такое кинематическая вязкость моторного масла? Она определяется отношением динамической величины к плотности среды при одинаковой температуре. Этот показатель можно получить, измерив время вытекания определенного объема через калиброванное отверстие под воздействием силы тяжести. Измерить индекс позволяет устройство, называемое вискозиметром. Если рассматривается кинематическая вязкость масла: в чем измеряется величина? В различных системах для этого используется несколько единиц: м²/с, стокс, градус Энглера.

Рис.1. Единицы измерения кинематической вязкости масла.

Для определения вязкости выпускается несколько видов приборов. Выбор вискозиметра определяется условиями использования. Устройство может применяться в лабораторных условиях, а также для постоянного контроля состояния жидких материалов. Это часто требуется в производственном процессе. Кроме этого, температурные показатели веществ также могут различаться. Сегодня производится оборудование для работы в температурном режиме минус 50…плюс 2000 градусов.

Чтобы определиться с оптимальным вискозиметром, следует учитывать несколько критериев:

• необходимую точность замеров;
• диапазон измерений;
• условия эксплуатации прибора.

Приборы для определения кинематической вязкости масел (КВМ):

• Капиллярные. Этот тип оборудования позволяет определить время, за которое установленный объем жидкого вещества сможет преодолеть капилляр.
• Ротационные. В данном устройстве жидкость, у которой определяется вязкость, размещена между цилиндрами. От одного из них, вращающегося с определенной скоростью, вращательный момент передается через жидкий материал второму, изначально статичному. Показатель вязкости среды оценивается по вращающему моменту второго цилиндрического звена прибора.
• С движущимся шарообразным телом. Показатель вязкости среды оценивается по расстоянию, которое способен пройти шар, помещенный в жидкое вещество.
• Пузырьковые. Устройства этого типа предназначены для оценки перемещения газа в жидком материале.
• Ультразвуковые. Для определения вязкости исследуются импульсы, испускаемые зондом (время их затухания).
• Вибрационные. В этом оборудовании в жидкую среду опускается зонд, который начинает вибрировать. Определение кинематической вязкости масла проводится посредством оценки степени затухания его колебаний.

Кинематическая и динамическая вязкость масла

Именно те показатели, о которых я говорил в начале статьи. От них и зависит установленная вязкость SAE, те самые цифры, которые производитель указывает на канистре.

Кинематическая вязкость показывает текучесть масла при температуре в 40 градусов и 100. Измеряется капиллярным вискозиметром – определяется время истечения жидкости при определенной температуре. Обозначается мм2/с.

Динамическая вязкость тоже измеряется опытным путем. Она показывает силу сопротивления масляной жидкости, возникающую во время движения двух слоев масла, удаленных друг от друга на расстояние 1 см и движущихся со скоростью 1 см/с. Измеряется эта величина в Паскаль-секундах. Как видно из таблицы выше, для разных вязкостей масел температура определения динамической вязкости разная.

Что означает динамическая и кинематическая вязкость

Кинематическая вязкость – два показателя, в пределах которых должно находиться масло, чтобы относиться к той или иной категории SAE. Динамическая вязкость показывает, при какой температуре масло обеспечит безопасный пуск мотора. Чем ниже фактический показатель от принятого верхнего барьера, тем ниже будет температура, при которой можно безопасно запускать мотор с указанным маслом.

К примеру, масло 10W при -25 градусах должно иметь динамическую вязкость не более 7000. То есть, если фактический показатель масла почти равен 7000, при -25 мотор заводить уже не рекомендуется, лучше делать это не ниже -20. А вот есть масло показывает динамическую вязкость 6500, то уже применимо при -25, 6000 – ниже -25 и так далее.

Методы определения вязкости нефтепродуктов и основные показатели качества

• Динамическая вязкость определяет внутреннее трение или, другими словами, свойство жидкости сопротивляться перемещению ее собственных частиц под воздействием внешних сил. Показатель раскрывает несущую способность и прокачиваемость исследуемого материала. Измерение вязкости нефти производится в вискозиметрах, а результат записывается в Пас или в пуазах (П).
• Кинематическая вязкость нефтепродуктов обозначает зависимость динамической вязкости жидкости от ее плотности и указывается в сантистоксах (сСт). Смазочные масла всегда анализируют по этому показателю. С помощью капиллярных вискозиметров, которые пропускают небольшое количество вещества в отверстие за определенное время при заданной температуре. 
• Индекс вязкости передает степень изменения текучести масла при переменах температуры.  Чем выше этот показатель, тем меньше вязкость зависит от тепла. Определение вязкости нефтепродуктов может закончиться процедурой по улучшению их качества. Чтобы повысить индекс, обычно проводится глубокая гидроочистка, применяются специальные присадки или полимерные масла.
• Под плотностью понимают массу нефтепродуктов в единице объема. Измерение плотности нефти проводят ареометром, пикнометром и весами.
• Температура вспышки – это минимальная температура воспламенения паров нефтепродукта в заданных условиях. Исследования проводятся в открытом тигле, если предмет анализа – смазочные масла. При работе со светлыми нефтями эксперимент проходит в закрытом тигле. Если этот показатель не выше 61 °С, то вещество можно назвать легковоспламеняющимся.
• Температура воспламенения – температура, при которой продукт загорается при поднесении огня и горит около 5 секунд. Температура самовоспламенения описывает условия, при которых вещество загорается самостоятельно.
• Температура застывания – показатель, достигнув которого жидкость теряет подвижность.
• Температура фильтруемости описывает конец пропуска нефтепродукта через фильтр.
• Температура помутнения определяет условия, при которых нефтепродукт выделяет парафин.

Вязкость нефтепродуктов: аппараты для исследований от “БМЦлаб”

Для анализа качество топлива в каждой лаборатории должны находиться только точные и надежные приборы! В нашем каталоге вы найдете такие технические средства, как устройство «ПОС-А», устройство «ПОС-В», измеритель «ИТФ» и другие. Вся продукция имеет сертификаты, так что в работоспособности наших приборов можно не сомневаться. Звоните!

Какая вязкость лучше подходит для двигателя

Чтобы понимать, почему нельзя использовать ту вязкость масла, которая нам больше нравится или кажется более подходящей, нужно понимать, как вязкость влияет на работу двигателя. К примеру, есть ряд маловязких спортивных масел, но, если мы зальем одно из них в обычный двигатель, он не станет от этого спортивным и более быстрым, а, напротив, быстро потеряет мощность и просто «сдохнет».

Вязкость масла подбирается, исходя из его конструкции, рекомендуется производителем и выходить за рекомендованные рамки нельзя. Детали двигателей имеют разные зазоры, новые модели двигателей рассчитаны на экономию топлива и масла, зазоры между деталями минимальные, такие моторы требуют маловязких масел, если же залить более густое, движущиеся элементы будут работать под нагрузкой, постоянно перегреваться, что со временем приведет к ряду неприятных проблем.

Более старые конструкции двигатели имеют большие зазоры между деталями, это предусмотрено и самой конструкцией, и выработкой, которая появляется со временем. Такие двигатели требуют более густых масел, если залить менее густые, образуемая пленка будет недостаточно толстой, в местах контакта разорвется, что приведет к быстрому износу деталей.

Вязкость масла не может быть лучше или хуже, для каждого конкретного двигателя она может быть просто подходящей. В сервисной книжке вы найдете рекомендации как минимум двух подходящих вязкостей для вашего двигателя, и именно между ними нужно выбирать. И не забываем про классы API и ACEA, а также допуски от производителей.

Коэффициенты

В абсолютных величинах единица кинематической вязкости может быть получена из соотношения кинематической к динамической вязкости, через плотность среды (формула 2.3). Следует помнить, что сама вязкая среда не подразделяется на кинетическую или динамическую. Оба значения могут быть рассчитаны для любого вещества. Учитывая тот факт, что при протекании среды создается сопротивление движению, можно построить вектор силы вязкого трения. В абсолютных величинах он прямо пропорционален площади движения среды S и ее скорости v, и обратно пропорционален расстоянию между плоскостями h (формула 2.4). Это значение называют коэффициентом динамической вязкости или коэффициентом пропорциональности. Знак минус указывает на противоположность приложения силы (направления вектора). Коэффициент кинематической вязкости, как правило, не рассчитывают. В редких случаях им называют уравнение соотношения (формула 2.3).

Что происходит, когда вязкость масла ниже нормы

Вязкость масла ниже нормы не принесет ничего хорошего для двигателя.Масляная пленка в зазорах будет ниже нормы и просто не будет успевать отводить тепло из зоны трения. Поэтому в этих точках под нагрузкой масло будет сгорать. Продукты угара и металлическая стружка в зазорах между поршнем и цилиндром могут привести к заклиниванию двигателя.

Слишком жидкое масло на новом двигателе, когда зазоры еще не слишком большие, будет работать, но когда двигатель уже не новый, и зазоры сами по себе увеличатся, то процесс угара масла будет ускоряться.

Тонкая масляная пленка в зазорах не сможет обеспечить нормальную компрессию и часть продуктов сгорания бензина будет попадать в масло. Мощность падает, рабочая температура повышается, процесс истирания и угара масла ускоряется.

Такие масла используются на специальных автомобилях, режимы которых рассчитаны на работу именно с этими маслами.