Formare, Știință
Viscozitate. Coeficientul de viscozitate dinamică. Semnificația fizică a coeficientului de viscozitate
indice de viscozitate - un parametru esențial al fluidului de lucru sau de gaz. Din punct de vedere fizic, vâscozitatea poate fi definită ca frecarea internă cauzată de mișcarea particulelor care constituie masa mediului lichid (gazos), sau, mai simplu, rezistența mișcării.
Care este vâscozitatea
O determinare simplă experiență empirică vâscozitate: suprafața netedă înclinată turnată simultan într-o cantitate egală de apă și ulei. Apa curge ulei mai repede. Este mai fluid. Mutarea repede se scurge uleiul împiedică o frecare mai mare între moleculele sale (rezistență internă - vâscozitate). Astfel, vâscozitatea fluidului invers proporțională cu fluiditatea.
indice de viscozitate: cu formula
Într-o formă simplificată a procesului de fluid vâscos în conductă pot fi considerate straturi paralele plate A și B, cu aceeași suprafață S, distanța dintre care este magnitudinea h.
Aceste două straturi (A și B) se deplasează cu viteze diferite (V și V + Av). Un strat care are cea mai mare viteză (V + Av), implică deplasarea stratului B, se deplasează cu o viteză mai mică (V). În același timp , stratul B tinde să încetinească ritmul stratului A. Semnificația fizică a coeficientului de viscozitate este că frecarea moleculelor care constituie rezistența la curgere a straturilor formează o forță care Isaak Nyuton descrisă prin următoarea formulă:
F = μ x S x (Av / h)
aici:
- Av - diferența între viteza de deplasare a straturilor de curgere a fluidului;
- h - distanța dintre straturile flux de lichid;
- S - aria suprafeței stratului de curgere a fluidului;
- μ (miu) - factor în funcție de proprietățile unui lichid, numita viscozitate dinamică absolută.
În unități SI formulă este următoarea:
μ = (F x h) / (S × Av) = [Pa × s] (x Pascal secundă)
În cazul în care F - forța de gravitație (greutate) unitate a volumului de fluid hidraulic.
Valoarea viscozității
In cele mai multe cazuri, coeficientul de vâscozitate dinamică se măsoară în centipoise (cP) , în conformitate cu SCG sistem (centimetru, gram, secundă). În practică, vâscozitatea raportul de masă lichidă este legată de volumul său, adică densitatea de lichid:
ρ = m / V
aici:
- ρ - densitatea lichidului;
- m - masa de fluid;
- V - volumul de lichid.
Raportul dintre vâscozitatea dinamică (μ) și densitatea (ρ) se numește ν vâscozitate cinematică (ν - greacă - nu):
ν = μ / ρ = [m2 / s]
De altfel, metodele de determinare a coeficientului de viscozitate sunt diferite. De exemplu, viscozitatea cinematică este încă măsurată în conformitate cu sistemul GHS în centistoke (cSt) și o cantitate submultiplu - Stokes (St):
- 1st Class = 10 -4 m 2 / s = 1 cm 2 / s;
- 1sSt = 10 -6 m 2 / s = 1 mm2 / s.
Determinarea viscozității apei
Coeficientul de viscozitate de apă se determină prin măsurarea timpului de curgere a fluidului prin tubul capilar calibrat. Acest aparat este calibrat folosind un cunoscut viscozitate lichid etalon. Pentru a determina vâscozitatea cinematică, măsurată în mm 2 / s, timpul de curgere a fluidului, măsurat în secunde, este înmulțită cu o valoare constantă.
Ca unitate de comparație este utilizată viscozitatea apei distilate, a cărei valoare este aproape constantă chiar și atunci când se schimbă temperatura. Vâscozitate - un raport al timpului în secunde este nevoie de volum fix de apă distilată până la expirarea unui orificiu calibrat, la aceeași valoare pentru lichidul de testare.
Viscozimetre
Vâscozitatea se măsoară în grade secunde Engler (° E) Saybolt universale ( „SUS) sau grade rosu (RJ °), în funcție de tipul de reometru. Există trei tipuri de viscozimetre diferă numai cantitatea de curgere mediu lichid.
Viscozimetru măsurarea viscozității în unități europene grade Engler (° E), calculat la 200 cm3 de curgere mediu lichid. Viscozimetru măsurarea viscozității în secunde Saybolt universale ( „SUS sau“ SSU), utilizată în Statele Unite, cu un conținut de 60 cm3 de lichid de testat. În Anglia, în cazul în care utilizează grade Redwood (RJ °), conduce viscozimetru măsurarea viscozității 50 cm3 de lichid. De exemplu, dacă 200 cm3 dintr - un ulei curge de zece ori mai lent decât aceeași cantitate de apă, viscozitatea este de 10 ° Engler E.
Deoarece Temperatura este un factor cheie în schimbarea raportului de viscozitate, măsurătorile sunt de obicei efectuate inițial la o temperatură constantă de 20 ° C și apoi la valorile sale mai mari. Rezultatul, deci, este exprimat prin adăugarea o temperatură adecvată, de exemplu 10 ° E / 50 ° C sau 2,8 ° E / 90 ° C viscozitate lichid la 20 ° C mai mare decât viscozitatea la temperaturi mai ridicate. Uleiurile hidraulice au o viscozitate la următoarele temperaturi respective:
190 cSt la 20 ° C = 45,4 cSt la 50 ° C = 11,3 cSt, la 100 ° C
valori de traducere
Determinarea viscozității are loc în diferite sisteme (americane, britanice, GHS) și, prin urmare, sunt adesea necesare pentru a traduce date dintr-un sistem de măsurare la altul. Pentru a converti valorile viscozității fluidului exprimat în grade Engler în centistokes (mm2 / s) , utilizând următoarea formulă empirică:
ν (cSt) = ° E x 7,6 x (1-1 / ° E3)
De exemplu:
- 2 ° E = 7,6 × 2 × (1-1 / 23) = × 15,2 (0875) = 13,3 cSt;
- 9 ° E = 7,6 × 9 × (1-1 / 93) = 68,4 × (0,9986) = 68,3 cSt.
Pentru a determina rapid vâscozitatea standard a formulei hidraulice pot fi simplificate ulei după cum urmează:
ν (cSt) = ° E x 7,6 (mm2 / s)
Având o vâscozitate cinematică ν în mm2 / s sau cSt, acesta poate fi transformat într - un coeficient de vâscozitate dinamică μ, folosind următoarea relație:
μ = ν × ρ
Exemplu. Rezumând formule variate de traducere grade Engler (° E) centistokes (cSt) și centipoise (cps), presupun că uleiul hidraulic cu o densitate ρ = 910 kg / m 3 are o vâscozitate cinematică de 12 ° E, în unități de centistokes:
ν = 7,6 × 12 × (1-1 / 123) = 91,2 × (0,99) = 90,3 mm2 / s.
Deoarece 1sSt = 10 -6 m 2 / s și 1br = N × 10 -3 s / m 2, atunci viscozitatea dinamică va fi egală cu:
μ = ν x ρ = 90,3 × 10 -6 · 910 = 0,082 × N s / m 2 = 82 cPs.
Coeficientul de vascozitate a gazului
Este determinată de compoziția (chimică, mecanică), gaz la o temperatură și presiune aplicată în calculele dinamice cu gaz asociate cu mișcarea de gaz. În practică, vâscozitatea gazului este luată în considerare în dezvoltarea proiectarea câmpurilor de gaze, în cazul în care calculul se efectuează modificări de coeficient în funcție de schimbările de compoziție a gazului (în special importante pentru depozitele gaz condensat), temperatura și presiunea.
Se calculează coeficientul de viscozitate de aer. Procesele vor fi similare cu cele descrise mai sus, cele două fluxuri de apă. Să presupunem că în paralel se deplasează două fluxuri de gaz U1 și U2, dar la rate diferite. Între straturile de convecție se va produce (întrepătrundere) molecule. Ca rezultat, ritmul fluxului de aer mai rapid în mișcare va scădea și se deplasează inițial încet - accelerată.
Coeficientul de viscozitate de aer, conform legii lui Newton, exprimată prin următoarea formulă:
F = × -h (dU / dZ) x S
aici:
- dU / dZ este gradientul de viteză;
- S - zona de forță de impact;
- Factorul h - vâscozitatea dinamică.
indice de viscozitate
Indicele de viscozitate (VI) - un parametru de corelare modificarea vâscozității și a temperaturii. Corelația este o relație de dependență statistică, în acest caz, cele două valori la care variația de temperatură este însoțită de variația sistematică a viscozității. Cu cât indicele de viscozitate, cu atât mai puțin schimbarea dintre cele două valori, adică vâscozitatea fluidului de lucru este mai stabil cu temperatura.
Vâscozitatea uleiurilor
La bazele indicelui de viscozitate a uleiului de moderne mai mică de 95-100 de unități. Deci, în mașini și echipamente hidraulice pot fi utilizate în mod suficient de stabile fluide care restricționează variație largă a vâscozității în condiții de temperaturi critice.
„Favorabil“ coeficient de vâscozitate poate fi menținută prin introducerea unui ulei de aditivi speciali (polimeri) , obținut prin distilarea petrolului. Ele cresc uleiul indicelui de viscozitate prin limitarea schimbărilor în caracteristicile gamei admise. În practică, introducerea cantității necesare de aditivi uleiului de bază indice de viscozitate scăzută poate fi ridicată la 100-105 unități. Cu toate acestea, amestecul astfel obținut a fost impairs proprietățile sale sub presiune ridicată și sarcina termică, reducând astfel eficacitatea aditivului.
La putere circuite trebuie folosite fluide hidraulice puternice, cu un indice de viscozitate de 100 de unități. Fluidele care conțin aditivi care cresc indicele de viscozitate, sunt utilizate în circuitele hidraulice de control și alte sisteme de operare în domeniul de joasă presiune / medie, într-un număr limitat de modificări la temperaturi intre cu scurgeri mici și discontinuă. Pe măsură ce presiunea crește și viscozitatea crește, dar procesul are loc la presiuni de peste 30,0 MPa (300 bar). În practică, acest factor este adesea neglijat.
Măsurarea și indexare
În conformitate cu standardele internaționale ISO, vâscozitatea apei (și alte lichide) este exprimată în centistokes: cSt (mm2 / s). Măsurătorile de uleiuri de proces vâscozitate trebuie efectuată la temperaturi cuprinse între 0 ° C, 40 ° C și 100 ° C, În orice caz, în marca codul vascozitatea uleiului trebuie indicat la numărul 40 ° C Departe de vâscozitate este dată la 50 ° C Marks, cel mai des utilizate în sistemele hidraulice de inginerie, domeniul de la ISO VG 22 ISO VG 68.
Hidraulic VG ulei 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100, la o temperatură de 40 ° C au vâscozități corespunzătoare etichetarea lor: 22, 32, 46, 68 și 100 cSt. Optim viscozitatea cinetică a fluidului de lucru în sistemele hidraulice se află în intervalul de 16 si 36 cSt.
Societatea Americana de Automotive Engineers (Societatea Inginerilor Auto - SAE) a stabilit intervale de vâscozități la temperaturi specifice și codurile corespunzătoare care le sunt atribuite. Numărul care urmează litera W, - o dinamică μ absolut coeficient de viscozitate la 0 ° F (-17.7 ° C), iar ν viscozitatea cinematică, determinată la 212 ° F (100 ° C). Această indexare în vedere uleiurile multigrad utilizate în industria de automobile (de transport, cu motor, și așa mai departe. D.).
Efectul vâscozității asupra activității hidraulice
Determinarea vâscozității fluidului nu este numai un interes științific și educațional, dar, de asemenea, poartă o semnificație importantă practică. Fluidele hidraulice transfera nu numai energie de la pompa la motorul hidraulic, dar, de asemenea, pentru a lubrifia toate piesele și componentele sunt retrași din cele generate de căldură perechi de frecare. nu corespunde activității vâscozitatea fluidului de lucru poate perturba grav eficacitatea sistemului hidraulic.
Vâscozitatea ridicată a fluidului de lucru (ulei de densitate foarte mare), conduce la următoarele efecte negative:
- Rezistența la curgere crescută a fluidului hidraulic provoacă o cădere de presiune excesivă în sistemul hidraulic.
- Decelerație controlul vitezei și mișcări mecanice ale actuatoarelor.
- Dezvoltarea de cavitatie a pompei.
- Zero sau foarte scăzută de eliberare a aerului din rezervorul de ulei hidraulic.
- O pierdere notabilă a puterii (eficiența reducerii) hidraulicii din cauza costului ridicat al energiei pentru depășirea frecarea internă a fluidului.
- un cuplu sporit al primului vehicul al mașinii cauzată de creșterea sarcinii pe pompa.
- Creșterea temperaturii fluidului hidraulic generat de o frecare mai mare.
Astfel, semnificația fizică a coeficientului de vâscozitate este impactul (pozitiv sau negativ) asupra componentelor și mecanismelor pentru vehicule, mașini și echipamente.
Pierderea puterii hidraulice
Viscozitatea scăzută a fluidului de lucru (ulei de joasă densitate) determină următoarele efecte negative:
- Cădere eficiența volumetrică a pompelor, ca urmare a creșterii scurgerilor interne.
- Creșterea scurgere internă a componentelor hidraulice în întregul sistem hidraulic - pompe, supape, valve, motoare hidraulice.
- Uzură crescută a unităților de pompare și pompe bruierea datorită insuficiente vâscozității fluidului hidraulic necesară pentru ungerea pieselor frecare.
compresibilitate
Orice lichid sub presiune este comprimat. În ceea ce privește uleiuri, agenți de răcire și lubrifianți utilizați în sistemele hidraulice de inginerie mecanică, în mod empiric a constatat că procesul de comprimare este invers proporțională cu masa fluidului pe volumul său. Cantitatea de compresie din uleiurile minerale sunt semnificativ mai mici pentru apă și mult mai mici pentru fluidele sintetice.
La presiune scăzută de fluid hidraulic compresibilitate efect neglijabil asupra simplu reducerea volumului inițial. Dar, mașini puternice, cu cilindri de acționare hidraulică de înaltă presiune și mare, acest proces se manifestă în mod vizibil. In hidraulic ulei mineral la o presiune de 10,0 MPa (100 bar), volumul scade cu 0,7%. În acest caz, o modificare a volumului de compresie într-o mică măsură influențează viscozitatea cinematică și tipul de ulei.
concluzie
Determinarea viscozității permite prezice funcționarea echipamentului și a mașinilor în diferite condiții, ținând cont de schimbările în compoziția fluid sau gaz, presiunea, temperatura. De asemenea, controlul indicatorilor relevanți pentru industria de petrol și gaze, utilități și alte industrii.
Similar articles
Trending Now