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viscosità. Il coefficiente di viscosità dinamica. Il significato fisico del coefficiente di viscosità

indice di viscosità – un parametro chiave del fluido di lavoro o gas. In termini fisici, la viscosità può essere definita come l'attrito interno causato dal movimento delle particelle che costituiscono la massa del mezzo liquido (gassoso), o, più semplicemente, la resistenza movimento.

Qual è la viscosità

Una determinazione empirica viscosità semplice: la superficie inclinata liscia simultaneamente versata in una quantità uguale di acqua e olio. L'acqua scorre più velocemente l'olio. E 'più fluido. Muovendo rapidamente scaricare l'olio impedisce un maggiore attrito tra le molecole (resistenza interna – viscosità). Così, viscosità del fluido inversamente proporzionale alla sua fluidità.

indice di viscosità: la formula

In una forma semplificata del processo di fluido viscoso nella tubazione può essere considerato come piane strati paralleli A e B con la stessa superficie S, la distanza tra i quali è la grandezza di h.

Questi due strati (A e B) si muovono con velocità diverse (V e V + ΔV). Uno strato avente la più alta velocità (V + ΔV), comporta il movimento dello strato B, muovendosi ad una velocità inferiore (V). Allo stesso tempo, lo strato B tende a rallentare la velocità dello strato A. Il significato fisico del coefficiente di viscosità è che l'attrito delle molecole costituenti la resistenza al flusso degli strati forma una forza che Isaak Nyuton descritto dalla seguente formula:

F = μ × S × (DV / h)

qui:

  • ΔV – differenza tra la velocità di movimento di strati di flusso di fluido;
  • h – distanza tra gli strati corrente liquida;
  • S – area superficiale dello strato di flusso di fluido;
  • μ (mu) – fattore dipendente proprietà di un liquido, chiamato viscosità dinamica assoluta.

In unità SI formula è la seguente:

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

Dove F – la forza di gravità (peso) unità di volume fluido idraulico.

valore della viscosità

Nella maggior parte dei casi, il coefficiente di viscosità dinamica viene misurata in centipoise (cP) secondo CGS sistema (centimetro, grammo, secondo). In pratica, la viscosità del rapporto massa liquida è correlato al volume, cioè densità del liquido:

ρ = m / V

qui:

  • ρ – densità del liquido;
  • m – massa di fluido;
  • V – volume di liquido.

Il rapporto tra la viscosità dinamica (μ) e la densità (ρ) viene chiamato una viscosità cinematica ν (ν – Greco – nu):

ν = μ / ρ = [m 2 / s]

Per inciso, i metodi per la determinazione del coefficiente di viscosità sono differenti. Ad esempio, la viscosità cinematica è ancora misurata secondo il sistema GHS centistoke (cSt) e una quantità sottomultipli – Stokes (St):

  • 1 ° Class = 10 -4 m 2 / s = 1 cm 2 / s;
  • 1sSt = 10 -6 m 2 / s = 1 mm 2 / s.

Determinazione della viscosità dell'acqua

coefficiente viscosità dell'acqua è determinata misurando il tempo di flusso di fluido attraverso il tubo capillare calibrato. Questo dispositivo è calibrato utilizzando un noto viscosità liquido standard. Per determinare la viscosità cinematica, misurata in mm 2 / s, il tempo di flusso di fluido, misurata in secondi, viene moltiplicato per un valore costante.

Come unità di confronto viene utilizzata la viscosità dell'acqua distillata, il cui valore è pressoché costante anche al variare della temperatura. Viscosità – un rapporto tra il tempo in secondi che è necessario volume fisso di acqua distillata alla scadenza di un foro calibrato, per lo stesso valore per il liquido di prova.

viscosimetri

La viscosità viene misurata in gradi Engler secondi (° E) Saybolt universali ( "SUS) o gradi Redwood (RJ °) a seconda del tipo di reometro. Tre tipi di viscosimetri differiscono solo per la quantità di flusso liquido.

Viscosimetro misurare la viscosità in unità europea gradi Engler (° E), calcolato misura ogni 200 cm 3 di fluire mezzo liquido. Viscosimetro misurare la viscosità in secondi Saybolt universali ( "SUS o" SSU), utilizzato negli Stati Uniti, contenente il 60 cm 3 di liquido di prova. In Inghilterra, usato gradi Redwood (RJ °), conduce viscosimetro misurare la viscosità di 50 cm 3 di liquido. Ad esempio, se 200 centimetri 3 da un olio fluisce a dieci volte più lento rispetto alla stessa quantità di acqua, la viscosità è 10 ° Engler E.

Poiché la temperatura è un fattore chiave per cambiare il rapporto di viscosità, le misure vengono effettuate solitamente inizialmente ad una temperatura costante di 20 ° C e poi a suoi valori più elevati. Il risultato, quindi, è espressa aggiungendo una temperatura appropriata, ad esempio 10 ° E / 50 ° C o 2,8 ° E / 90 ° C. viscosità liquido a 20 ° C superiore alla sua viscosità a temperature più elevate. oli idraulici hanno una viscosità alle seguenti rispettive temperature:

190 cSt a 20 ° C = 45.4 cSt a 50 ° C = 11.3 cSt a 100 ° C.

valori di traslazione

Determinazione della viscosità si verifica in sistemi diversi (americano, britannico, GHS) e perciò viene spesso richiesto di tradurre i dati da un sistema di misura ad un altro. Per convertire i valori di viscosità del fluido espressa in gradi Engler in centistoke (mm 2 / s) utilizzando la seguente formula empirica:

ν (cst) = 7,6 × ° E × (1-1 / ° E3)

Ad esempio:

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

Al fine di determinare rapidamente la viscosità standard della formula idraulico può essere semplificata dell'olio come segue:

ν (cst) = 7,6 × ° E (mm 2 / s)

Avente viscosità cinematica ν in mm 2 / s o cSt, esso può essere convertito in un coefficiente di viscosità dinamica μ, utilizzando la seguente relazione:

μ = ν × ρ

Esempio. Riassumendo varie formule di traduzione gradi Engler (° E) centistoke (cSt) e centipoise (cps), supporre che l'olio idraulico con una densità ρ = 910 kg / m 3 ha una viscosità cinematica di 12 ° E, in unità di centistokes:

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

Poiché 1sSt = 10 -6 m 2 / s e 1br = N × 10 -3 s / m 2, allora la viscosità dinamica sarà pari a:

μ = ν × ρ = 90,3 × 10 -6 · 910 = 0.082 × N s / m 2 = 82 cps.

coefficiente di viscosità del gas

Si è determinata dalla composizione (chimica, meccanica) gas ad una temperatura e pressione applicata nei calcoli gas-dinamico associate con il movimento del gas. In pratica, la viscosità del gas si tiene conto nella progettazione sviluppo di giacimenti di gas, in cui il calcolo è condotta variazioni dei coefficienti in funzione delle variazioni di composizione del gas (particolarmente importante per i depositi di gas condensato), la temperatura e la pressione.

Si calcola il coefficiente di viscosità dell'aria. I processi saranno simili a quelle descritte sopra i due flussi d'acqua. Assumere parallelo muovendo due gas flussi U1 e U2, ma a velocità diverse. Tra gli strati di convezione avverrà molecole (interpenetrazione). Di conseguenza, lo slancio del flusso d'aria mobile più veloce diminuirà e inizialmente si muove lentamente – accelerato.

Il coefficiente di viscosità dell'aria, secondo la legge di Newton, espresso dalla seguente formula:

F = × -h (du / dZ) × S

qui:

  • dU / dZ è il gradiente di velocità;
  • S – area della forza d'impatto;
  • Fattore H – la viscosità dinamica.

indice di viscosità

Indice di viscosità (VI) – un parametro correlando la variazione di viscosità e la temperatura. La correlazione è una relazione di dipendenza statistica, in questo caso i due valori in cui la variazione di temperatura è accompagnata da variazione sistematica della viscosità. Maggiore è l'indice di viscosità, minore è la variazione tra i due valori, cioè la viscosità del fluido di lavoro è più stabile con la temperatura.

La viscosità degli oli

Alla base della moderna indice di viscosità dell'olio di meno di 95-100 unità. Così in macchinari e attrezzature idrauliche possono essere utilizzati fluidi stabili che limitano sufficientemente ampia variazione nella viscosità in condizioni di temperature critiche.

coefficiente "favorevole" di viscosità può essere mantenuta con l'introduzione di uno speciale olio additivi (polimeri) ottenuti dalla distillazione del petrolio. Aumentano l'olio indice di viscosità limitando cambiamenti nelle caratteristiche del campo ammissibile. In pratica l'introduzione della necessaria quantità di additivi dell'olio di base a bassa indice di viscosità può essere aumentata a 100-105 unità. Tuttavia, miscela così ottenuta era altera la proprietà ad alta pressione e carico termico, riducendo così l'efficacia dell'additivo.

In potere circuiti devono essere utilizzati fluidi idraulici potenti con un indice di viscosità di 100 unità. Fluidi contenenti additivi che aumentano l'indice di viscosità, sono utilizzati in circuiti di comando idraulici e altri sistemi operativi nella gamma di bassa pressione / media, in un limitato intervallo di temperature cambia con piccole perdite e discontinuo. All'aumentare della pressione e la viscosità aumenta, ma il processo avviene a pressioni superiori a 30,0 MPa (300 bar). In pratica, questo fattore è spesso trascurato.

Misurazione e indicizzazione

In conformità con le norme internazionali ISO, la viscosità dell'acqua (e altri liquidi) è espresso in centistoke: cSt (mm2 / s). Misure di viscosità oli di processo deve essere eseguito a temperature comprese tra 0 ° C, 40 ° C e 100 ° C. In ogni caso, nel marchio viscosità dell'olio codice deve essere indicato con numero di riferimento 40 ° C. Distanza viscosità è data a 50 ° C. Marks, il più delle volte utilizzati in idraulica ingegneria, vanno da ISO VG 22 a ISO VG 68.

olio idraulico VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 ad una temperatura di 40 ° C hanno viscosità corrispondenti alla loro etichettatura: 22, 32, 46, 68 e 100 cSt. La viscosità cinematica ottimale del fluido di lavoro in sistemi idraulici è nel campo di da 16 a 36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers – SAE) ha stabilito gamme di viscosità a temperature specifiche e codici appropriati assegnati. Il numero che segue la lettera W, – un coefficiente di viscosità dinamica μ assoluto a 0 ° F (-17,7 ° C), e la viscosità cinematica ν determinati a 212 ° F (100 ° C). Questo indicizzazione riguardano oli multigrado utilizzati nell'industria automobilistica (trasmissione, motore, e così via. D.).

L'effetto della viscosità in opera idraulica

Determinazione della viscosità del fluido non è solo interesse scientifico e didattico, ma svolge anche importante significato pratico. I fluidi idraulici trasferiscono non solo energia dalla pompa al motore idraulico, ma anche per lubrificare tutte le parti e componenti viene ritirata dal calore generato coppie di attrito. Non corrisponde al lavoro della viscosità del fluido di lavoro può seriamente compromettere l'efficacia del sistema idraulico.

L'elevata viscosità del fluido di lavoro (olio molto alta densità) comporta i seguenti effetti negativi:

  • La maggiore resistenza al flusso del fluido idraulico provoca eccessiva perdita di carico nel circuito idraulico.
  • Decelerazione controllo della velocità e movimenti meccanici degli attuatori.
  • Sviluppo di cavitazione della pompa.
  • Zero o molto basso rilascio dell'aria dal serbatoio dell'olio idraulico.
  • Una notevole perdita di potenza (riducendo l'efficienza) dell'idraulica causa dell'alto costo dell'energia per superare l'attrito interno del fluido.
  • Maggiore coppia del motore primo della macchina causato aumentando il carico sulla pompa.
  • L'aumento di temperatura del fluido idraulico generata dal maggiore attrito.

Così, il significato fisico del coefficiente di viscosità è nel suo impatto (positivo o negativo) sui componenti ei meccanismi di veicoli, macchine ed attrezzature.

Perdita di potenza idraulica

La bassa viscosità del fluido di lavoro (olio a bassa densità) provoca i seguenti effetti negativi:

  • Caduta efficienza volumetrica delle pompe come risultato di aumentare perdita interna.
  • L'aumento di perdita interna di componenti idraulici nell'intero sistema idraulico – pompe, valvole, valvole, motori idraulici.
  • Maggiore usura dei gruppi di pompaggio e pompe inceppamenti dovuti all'insufficiente viscosità del fluido idraulico necessario per la lubrificazione di parti sfregamento.

comprimibilità

Qualsiasi liquido sotto pressione viene compresso. Rispetto a oli, refrigeranti e lubrificanti utilizzati in idraulica meccanica, empiricamente ha trovato che il processo di compressione è inversamente proporzionale alla massa fluida sul suo volume. La quantità di compressione membro agli oli minerali sono significativamente inferiori per l'acqua e molto più bassa per i fluidi sintetici.

In basso semplice pressione idraulica compressibilità del fluido effetto trascurabile sulla riduzione del volume iniziale. Ma le macchine potenti con cilindri di comando idraulico ad alta pressione e grande, questo processo si manifesta visibilmente. In idraulico olio minerale ad una pressione di 10,0 MPa (100 bar), il volume diminuisce dello 0,7%. In questo caso, una variazione nel volume compressione in piccola parte influenzare la viscosità cinematica e tipo di olio.

conclusione

Determinazione della viscosità permette di prevedere il funzionamento delle apparecchiature e macchine in varie condizioni, tenendo conto dei cambiamenti di fluido o gas composizione, pressione, temperatura. Inoltre, il controllo degli indicatori rilevanti per l'industria petrolifera e del gas, utilities e altri settori.

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