Кинематическая и динамическая вязкость


МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ

 

Методика предназначена для определения кинематической вязкости стеклянным вискозиметром жидких нефтепродуктов при температуре испытания, у которых напряжение сдвига пропорционально скорости деформации (ньютоновских жидкостей) и расчета динамической по ГОСТ 33-82. Сущность метода заключается в измерении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости через капилляр вискозиметра под влиянием собственной силы тяжести.

Аппаратура, реактивы и материалы

 

Вискозиметр типа Пинкевича ВПЖ-2; штативы для закрепления вискозиметра; термостат; термометр ртутный стеклянный лабораторный с ценой наименьшего деления шкалы 0,05°С; секундомер по ГОСТ 5072-72; шкаф сушильный, обеспечивающий нагрев до 100-200°С; бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ 12026-66.

Подготовка к испытанию

 

Перед проведением испытания вискозиметр тщательно промывают соответствующим растворителем, затем горячей водой и заливают не менее, чем на 6 часов хромовой смесью. После этого вискозиметр промывают дистиллированной водой и сушат в сушильном шкафу при температуре 100-200°С.

 

Проведение испытания

 

Вискозиметры Пинкевича представляют собой V –образную трубку, в одно колено которой впаян капилляр, переходящий в два расширения. Между расширениями имеется метка - М1, а внизу расширения - метка М2. В верхней части второго колена есть небольшой отвод, на который надевается резиновая трубка при заполнении вискозиметра нефтепродуктом. В нижней части оба колена соединяются с помощью расширения, служащего резервуаром для стока нефтепродукта.

Рисунок 13 – Вискозиметр ВПЖ После проведения испытания нефтепродукт из вискозиметра сливают, и вискозиметр промывают растворителем. Вискозиметры выпускаются с капиллярами различного диаметра. Каждый вискозиметр снабжен выпускным аттестатом, в котором указывается постоянная вискозиметра, которая используется при вычислении вязкости пробы.   Методика выполнения работы при работе с вискозиметром Порядок отбора пробы испытуемого продукта ВПЖ-2 и Пинкевича одинаков. Для этого жидкость наливают в стеклянный стаканчик и опускают в него конец колена вискозиметра с капилляром. Отверстие другого колена вискозиметра зажимают пальцем и через резиновую трубку, с помощью резиновой груши, нагнетают нефтепродукт в вискозиметр до метки М2. Во время нагнетания продукта следят за тем, чтобы не образовывалось пузырьков воздуха, разрывов и пленок.

После заполнения обоих расширений вискозиметра его вынимают из стаканчика с нефтепродуктом и быстро переворачивают в нормальное по-

ложение. Снимают с внешней стороны конца колена избыток нефтепроду-

кта и надевают на него резиновую трубку. Строгое соблюдение методики

определения исключит искажение результатов анализа.

· · · Рисунок 14 – Заполнение · вискозиметра нефтепродуктом · С помощью секундомера определяют время истечения испытуемого нефтепродукта от метки М1 до метки М2, производя отсчеты при совмещении мениска нефтепродукта с указанными метками. Определение времени истечения повторяют не менее 3 раз. По полученным результатам находят среднее арифметическое значение и сравнивают с ним все отсчеты. · · Обработка результатов · · Кинематическую вязкость исследуемого н./п. (v) в мм2/с вычисляют по формуле (18):

(18)

где С - постоянная вискозиметра, мм2/с2;

t - среднее арифметическое время истечения н./п. в вискозиметре, с.

 

Динамическую вязкость исследуемого нефтепродукта (μ) в мПа·с вычисляют по формуле (19):

(19)

где v - кинематическая вязкость, мм2/с;

ρ - плотность при той же температуре, при которой определялась

вязкость, г/см3.

Расхождение результатов последовательных определений, выполненных одним и тем же лаборантом, работающим на одном и том же вискозиметре, в идентичных условиях при использовании одного и того же прибора, не должно превышать 0,35 % от среднего арифметического значения.

Результаты определения кинематической и динамической вязкости округляют до сотых долей.

Вопросы для самопроверки

1 Определение плотности нефтепродуктов. Формула определения, размерность.

2 Методика определения плотности нефтепродуктов ареометром

3 Понятие кинематической и динамической вязкостей нефтепродуктов

4 Формулы определения кинематической и динамической вязкостей, их размерность в международной системе единиц.

5 Методика определения кинематической вязкости в лабораторных условиях.

6 Существует ли связь между кинематической и динамической вязкостями?

 

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

Механические колебания Основные формулы

Всякое колебательное движение, в том числе и гармоническое, характеризуется амплитудой , периодом колебаний , частотой , циклической (круговой) частотой и фазой колебаний . Амплитудой называют наибольшее значение колеблющейся величины. Число полных колебаний в единицу времени называют частотой:  . Циклическая (круговая) частота - это число полных колебаний в течении с:  . Периодом называю время, в течении которого совершается одно полное колебание: . Смещение, скорость и ускорение при гармоническом колебании определяются уравнениями , , . Здесь - фаза колебаний, а - начальная фаза. Сила, действующая на тело при свободном гармоническом колебании (квазиупругая сила), всегда пропорциональна смещению и направлена в сторону, противоположную смещению: где - коэффициент квазиупругой силы, измеряемый силой, вызывающей смещение , равное единице. При отсутствии сопротивления среды циклическая частота свободных гармонических колебаний, называемых собственной циклической частотой и период равны: ,  Период колебания математического маятника длиной равен . Период колебаний физического маятника , где - момент инерции маятника относительно оси качаний, - расстояние от оси его до центра тяжести. Полная энергия тела, совершающего гармонические колебания, постоянна и равна . Уравнение смещения в затухающих колебаниях при наличии силы сопротивления пропорциональной скорости (, где - коэффициент сопротивления) имеет вид: . Здесь - убывающая по времени амплитуда смещения; - коэффициент затухания; - циклическая частота; - начальные амплитуда и фаза, определяются из начальных условий. Величины и выражаются через параметры системы формулами: , . Логарифмический декремент затухания , где - амплитуды двух последовательных колебаний. Амплитуда вынужденных колебаний , где - есть отношение амплитуды вынуждающей силы к массе тела; - собственная циклическая частота; - циклическая частота вынуждающей силы. Резонансная циклическая частота равна .

Электромагнитные волны:

1

Уравнение Бернулли — для стабильно текущего потока (газа или жидкости) сумма кинетической и потенциальной энергии, давления на единицу объема является постоянной в любой точке этого потока.

  

Первое и второе слагаемое в Законе Бернулли имеют смысл кинетической и потенциальной энергии, приходящейся на единицу объёма жидкости. А третье слагаемое в нашей формула является работой сил давления и не запасает какую-либо энергию. Из этого можно сделать вывод, что размерность всех слагаемых — единица энергии, приходящаяся на единицу объёма жидкости или газа.

Постоянная в правой части уравнения Бернулли называется полным давлением и зависит в общих случаях, только от линии потока.

Если у вас горизонтальная труба, то Уравнение Бернулли принимает некий другой вид. Так как h=0, то потенциальная энергия будет равняться нулю, и тогда получится :

  

Из Уравнения Бернулли можно сделать один важный вывод. При уменьшении сечения потока возрастает скорость движения газа или жидкости (возрастает динамическое давление ), но в этот же момент уменьшает статическое давление следует, что при уменьшении сечения потока, из-за возрастания скорости, то есть динамического давления, статическое давлениепадает.

Давайте узнаем, как же летают самолеты. Даниил Бернулли объединил законы механики Ньютона с законом сохранения энергии и условием неразрывности жидкости, и смог вывести уравнение (Уравнение Бернулли), согласно которому давление со стороны текучей среды (жидкость или газ) падает с увеличением скорости потока этой среды. В случае с самолетом воздух обтекает крыло самолета снизу медленне, чем сверху. И благодаря этому эффекту обратной зависимости давления от скорости давление воздуха снизу, направленное вверх, оказывается больше давления сверху, напрвленного вниз. В результате, по мере набора самолетом скорости, возрастает направленная вверх разность давлений, и на крылья самолета действует нарастающая по мере разгона подъемная сила. Как только она начинает превышать силу гравитационного притяжения самолета к земле, самолет в буквальном смысле взмывает в небо. Эта же сила удерживает самолет в горизонтальном полете: на крейсерской скорости и высоте подъемная сила уравновешивает силу тяжести.

2

 точки зрения механики, жидкостью называется вещество, в котором в равновесии отсутствуют касательные напряжения. Если движение жидкости не содержит резких градиентов скорости, то касательными напряжениями и вызываемым ими трением можно пренебречь и при описании течения. Если вдобавок малы градиенты температуры, то можно пренебречь и теплопроводностью, что и составляет приближение идеальной жидкости. В идеальной жидкости, таким образом, рассматриваются только нормальные напряжения, которые описываются давлением. В изотропной жидкости, давление одинаково по всем направлениям и описывается скалярной функцией

Идеа́льная жи́дкость — в гидродинамике — воображаемая несжимаемая жидкость, в которой отсутствуют вязкость и теплопроводность. Так как в ней отсутствует внутреннее трение, то нет касательных напряжений между двумя соседними слоями жидкости.

Моделью идеальной жидкости пользуются при теоретическом рассмотрении задач, в которых вязкость не является определяющим фактором и ею можно пренебречь. В частности, такая идеализация допустима во многих случаях течения, рассматриваемых гидроаэромеханикой, и даёт хорошее описание реальных течений жидкостей и газов на достаточном удалении от омываемых твёрдых поверхностей и поверхностей раздела с неподвижной средой. Математическое описание течений идеальных жидкостей позволяет найти теоретическое решение ряда задач о движении жидкостей и газов в каналах различной формы, при истечении струй и при обтекании тел.

Вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Это свойство обусловлено возникновением в движущейся жидкости сил внутреннего трения, ибо они проявляются только при ее движении благодаря наличию сил сцепления между ее молекулами. Характеристиками вязкости являются: динамический коэффициент вязкости μ икинематический коэффициент вязкости ν.

Единицей динамического коэффициента вязкости в системе СГС является пуаз (П): 1 П=1 дина·с/см2=1 г/(см·с). Сотая доля пуаза носит название сантипуаз  (сП): 1  сП=0,01П. В системе МКГСС единицей динамического коэффициента вязкости является кгс·с/м2; в системе СИ - Па·с. Связь между единицами следующая: 1 П=0,010193 кгс·с/м2=0,1 Па·с; 1 кгс·с/м2=98,1 П=9,81 Па·с.

Кинематический коэффициент вязкости

ν=μ/ρ,

Единицей кинематического коэффициента вязкости в системе СГС является стокc (Ст), или 1 см2/с, а также сантистокс (сСт): 1 сСт=0,01 Ст. В системах МКГСС и СИ единицей кинематического коэффициента вязкости является м2/с:  1 м2/с=104Ст.

Вязкость жидкости с повышением температуры уменьшается. Влияние температуры на динамический коэффициент вязкости жидкостей оценивается формулой μ = μ0·e­a(t-t0), где μ = μ0 - значения динамического коэффициента вязкости соответственно при температуре t и t0 градусов; а - показатель степени, зависящий от рода жидкости; для масел, например, значения его изменяются в пределах 0,025—0,035.

Для смазочных масел и жидкостей, применяемых в машинах и гидросистемах, предложена формула, связывающая кинематический коэффициент вязкости и температуру:

νt=ν50·(50/t0)n,

где νt - кинематический коэффициент вязкости при температуре t0; ν50 - кинематический коэффициент вязкости при температуре 50 0С;  t - температура, при которой требуется определить вязкость, 0С;  n - показатель степени, изменяющийся в пределах от 1,3 до 3,5 и более в зависимости от значенияν50.

С достаточной точностью n может определяться выражением n=lgν50+2,7. Значения n в зависимости от исходной вязкости ν при 50 0С приведены далее в таблице

Значения динамического  и кинематического  коэффициентов   вязкости некоторых жидкостей приведены далее в таблице

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате происходит рассеяние в виде тепла работы, затрачиваемой на это перемещение.

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

Коэффициент вязкости (коэффициент динамической вязкости, динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля-Андраде:

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества . Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение

где с и b — константы. Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.

Значение коэффициентов кинематической и динамической вязкости пресной воды

studfiles.net

Вязкость воды. Кинематическая вязкость воды. Динамическая вязкость воды :: SYL.ru

Вода - это жидкость, без которой невозможна жизнь на земле. Но многие не знают, что она имеет много свойств, несколько видов и особенностей. Одна из них - вязкость, которая используется не только в физике, но и в других сферах знаний и жизни человека. Это такие отрасли, как медицина, косметология, кулинария, автомобильная промышленность. Еще один вид этой характеристики - условная вязкость - активно используется в нефтедобывающей промышленности, химии и физике.

Что за явление - динамическая вязкость воды?

Растягиваясь, жидкое вещество претерпевает сопротивление. Аналогично происходит при сдвиге. Такое явление зависит от той скорости, которую развивают частицы жидкости при движении различных пластов воды. При воздействии пласта, передвигающегося быстрее, на пласт, движущийся более медленно, на первый план выступает ускоряющая сила. При обратном явлении действует тормозящая. Обе силы действуют в направлении к поверхностям пластов воды по касательной.

Отличительной особенностью является вязкость воды, сопротивляющаяся перемещению частиц в отношении друг друга. Она подразделяется на объемную и тангенциальную. Объёмная сопротивляется растяжению, она начинает действовать при распространении в воде различных звуковых волн. Тангенциальная вязкость способна оказывать сопротивление сдвигающему усилию.

Характерным свойством воды является текучесть, с которой мы сталкиваемся постоянно. Вязкость жидкости обратно пропорциональна ее текучести. Между отдельными молекулами возникает сила трения, и чтобы сдвинуть их с места, необходимо приложить усилие. Такое явление получило в науке название "динамическая вязкость воды", которую можно увеличить, если в воде растворить какие-либо вещества. Это могут быть различные соли. Динамическую вязкость воды еще называют абсолютной, ее можно узнать с помощью произведения плотности жидкости на ее кинематическое сопротивление.

Такая пониженная текучесть потока, где линейная скорость под воздействием давления сдвига в 1 ньютон на метр квадратный имеет градиент один метр в секунду на одном метре расстояния, перпендикулярного к плоскости сдвига, является единицей измерения абсолютной (динамической) вязкости. Ее измеряют при помощи коэффициента динамической вязкости (μ, η). Например, в морской воде, где присутствуют неорганические соединения, сопротивление воды намного выше, чем у пресной. Это можно почувствовать, даже плавая в ней: если сравнить воду Азовского и Средиземного моря, то во втором варианте человек быстрее научится плавать, так как там вода более соленая.

Что представляет собой кинематическая вязкость воды?

В физике известно два вида жидкости - ньютоновская и неньютоновская. Течение первого вида подлежит описанию согласно законам вязкого трения Ньютона. При этом, соответственно, меняется название коэффициента пропорциональности. Кинематическая вязкость воды при 20 градусах по Цельсию составляет 1,006*106 м2/с.

Существуют специализированные таблицы со значениями кинематического сопротивления жидкости. Они изменяются при разных показателях температуры при атмосферном давлении 760 мм.рт.ст. Значения, в которых выражена вязкость воды, представлены в них в диапазоне температуры от 0 до 350 °С. Если нагреть эту жидкость больше 100 °С, ее кинематическое сопротивление дается на линии насыщения. Эти значения важны при различных температурах. Без них не обойтись при вычислении величины числа Рейнольдса, которое соответствует определенному режиму течения жидкости или газа.

При сравнительном анализе разных жидкостей, подчиненных закону Ньютона, например, крови или масел, доказано, что вода имеет меньшую вязкость. Она обладает большими показателями сопротивления в сравнении с органическими жидкостями.

Уравнение кинематической вязкости воды

Мера кинематического сопротивления жидкости – это коэффициент кинематической вязкости воды. Его, как и любую физическую величину, также можно вычислить. Он выражен отношением динамической вязкости к плотности:

ν = μ/ρ, где

  • μ — динамическая вязкость в Н*с/м2;
  • ρ — плотность в кг/м3;
  • ν — кинематическое сопротивление в м2/c.

Естественно то, что вязкость меняется, как и агрегатные состояния вещества. Такие научные данные используются в авиа- и судостроении и некоторых других отраслях промышленности.

Что происходит с водой при повышении температуры?

Затрудненная текучесть жидкости меняется с увеличением или уменьшением температуры, то есть коэффициент кинематической вязкости воды и динамический показатель не являются стабильными. Следовательно, коэффициенты сопротивления соленой и пресной воды разные.

Так как все значения этих коэффициентов невозможно запомнить, есть специализированные таблицы, где определена вязкость воды при температуре различных уровней. Данными пользуются в теории и на практике.

Как определить вязкость жидкости?

Вискозиметр специализируется на измерении этой характеристики воды с помощью таких методов:

  • метод падающего шарика;
  • истечение жидкости через капилляр;
  • определение сопротивления с помощью ротационных вискозиметров.

Определяя коэффициент вязкости воды, на практике больше используют относительные методики, а не абсолютные, что позволяет пренебречь в расчетах константами приборов. Измерения сначала выполняют для стандартной жидкости, а потом для исследуемой.

От чего зависит вязкость?

Эта характеристика зависит от природы вещества. Если по форме различные частицы жидкости отличаются от сферической, при этом изменяя коэффициент вязкости, то сопротивление такого вещества значительно возрастает и уже не вычисляется согласно уравнению Ньютона. Палочкообразная, листочкообразная форма молекул растворов встречается в разнообразных гелях. Их сопротивление возрастает в связи с тем, что их частицы-мицеллы образуют сетчатую структуру-каркас, внутри которого находится жидкость.

Меняет значение и кинематическая вязкость воды, нагреваясь и охлаждаясь. При повышении температуры она становится меньше. Другими словами, вода при нагревании становится менее сопротивляемой, а при максимальном охлаждении проявляется высокая вязкость воды.

www.syl.ru

Вязкость — Википедия

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате работа, затрачиваемая на это перемещение, рассеивается в виде тепла.

Поведение жидкости с малой (сверху) и с большой (снизу) вязкостью

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Различают динамическую вязкость (единица измерения в Международной системе единиц (СИ) — Па·с, в системе СГС — пуаз; 1 Па·с = 10 пуаз) и кинематическую вязкость (единица измерения в СИ — м²/с, в СГС — стокс, внесистемная единица — градус Энглера). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести. Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Переход вещества из жидкого состояния в стеклообразное обычно связывают с достижением вязкости порядка 1011−1012 Па·с.

Содержание

Сила вязкого тренияПравить

Сила вязкого трения F, действующая на жидкость, пропорциональна (в простейшем случае сдвигового течения вдоль плоской стенки[1]) скорости относительного движения v тел и площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h:

F→∝−v→⋅Sh{\displaystyle {\vec {F}}\propto -{\frac {{\vec {v}}\cdot S}{h}}} 

Коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости. Этот закон был предложен Исааком Ньютоном в 1687 году и носит его имя (закон вязкости Ньютона). Экспериментальное подтверждение закона было получено в начале XIX века в опытах Кулона с крутильными весами и в экспериментах Хагена и Пуазёйля с течением воды в капиллярах[2].

Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.

Вторая вязкостьПравить

Вторая вязкость, или объёмная вязкость — внутреннее трение при переносе импульса в направлении движения. Влияет только при учёте сжимаемости и (или) при учёте неоднородности коэффициента второй вязкости по пространству.

Если динамическая (и кинематическая) вязкость характеризует деформацию чистого сдвига, то вторая вязкость характеризует деформацию объёмного сжатия.

Объёмная вязкость играет большую роль в затухании звука и ударных волн, и экспериментально определяется путём измерения этого затухания.

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

η=13⟨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 газовПравить

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:[3]

μ=μ0T0+CT+C(TT0)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

Газ C

[K]

T0

[K]

μ0

[мкПа с]

Воздух 120 291,15 18,27
Азот 111 300,55 17,81
Кислород 127 292,25 20,18
Углекислый газ 240 293,15 14,8
Угарный газ 118 288,15 17,2
Водород 72 293,85 8,76
Аммиак 370 293,15 9,82
Оксид серы(IV) 416 293,65 12,54
Гелий 79,4[4] 273 19[5]

См. также [1] (англ.).

Вязкость жидкостейПравить

Динамическая вязкостьПравить

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

τ=−η∂v∂n,{\displaystyle \tau =-\eta {\frac {\partial v}{\partial n}},} 

Коэффициент вязкости η{\displaystyle \eta }  (коэффициент динамической вязкости, динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что η{\displaystyle \eta }  будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля-Андраде:

η=Cew/kT{\displaystyle \eta =Ce^{w/kT}} 

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества VM{\displaystyle V_{M}} . Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение:

η=cVM−VC,{\displaystyle \eta ={\frac {c}{V_{M}-V_{C}}},} 

где c{\displaystyle {c}}  — константа, характерная для определенной жидкости, VC{\displaystyle V_{C}}  — собственный объем, занимаемый частицами жидкости. Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского[6].

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкостьПравить

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной:

ν=ηρ,{\displaystyle \nu ={\frac {\eta }{\rho }},} 

и эта величина получила название кинематической вязкости[7]. Здесь ρ{\displaystyle \rho }  — плотность жидкости; η{\displaystyle \eta }  — коэффициент динамической вязкости (см. выше).

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом:

1 сСт = 1 мм2/{\displaystyle /} 1 c = 10−6 м2/{\displaystyle /} c

Условная вязкостьПравить

Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают — °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 см3 испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 см3 дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле:

ν=7,4⋅10−6Et,{\displaystyle \nu =7,4\cdot 10^{-6}E_{t},} 

где ν{\displaystyle \nu }  — кинематическая вязкость (в м2/с), а Et{\displaystyle E_{t}}  — условная вязкость (в °ВУ) при температуре t.

Ньютоновские и неньютоновские жидкостиПравить

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 — Стокса[8]):

σij=η(∂vi∂xj+∂vj∂xi),{\displaystyle \sigma _{ij}=\eta \left({\frac {\partial v_{i}}{\partial x_{j}}}+{\frac {\partial v_{j}}{\partial x_{i}}}\right),} 

где σi,j{\displaystyle \sigma _{i,j}}  — 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 аморфных материаловПравить

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс[9]:

η(T)=A⋅exp⁡(QRT),{\displaystyle \eta (T)=A\cdot \exp \left({\frac {Q}{RT}}\right),} 

где Q{\displaystyle Q}  — энергия активации вязкости (Дж/моль), T{\displaystyle T}  — температура (К), R{\displaystyle R}  — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К) и A{\displaystyle A}  — некоторая постоянная.

Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости Q{\displaystyle Q}  изменяется от большой величины QH{\displaystyle Q_{H}}  при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину QL{\displaystyle Q_{L}}  при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда (QH−QL)<QL{\displaystyle \left(Q_{H}-Q_{L}\right)<Q_{L}} , или ломкие, когда (QH−QL)≥QL{\displaystyle \left(Q_{H}-Q_{L}\right)\geq Q_{L}} . Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса RD=QHQL{\displaystyle R_{D}={\frac {Q_{H}}{Q_{L}}}} : сильные материалы имеют RD<2{\displaystyle R_{D}<2} , в то время как ломкие материалы имеют RD≥2{\displaystyle R_{D}\geq 2} .

Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением[10]:

η(T)=A1⋅T⋅[1+A2⋅exp⁡BRT]⋅[1+Cexp⁡DRT]{\displaystyle \eta (T)=A_{1}\cdot T\cdot \left[1+A_{2}\cdot \exp {\frac {B}{RT}}\right]\cdot \left[1+C\exp {\frac {D}{RT}}\right]} 

с постоянными A1{\displaystyle A_{1}} , A2{\displaystyle A_{2}} , B{\displaystyle B} , C{\displaystyle C}  и D{\displaystyle D} , связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.

В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования Tg{\displaystyle T_{g}}  это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.

Если температура существенно ниже температуры стеклования T<Tg{\displaystyle T<T_{g}} , двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса

η(T)=ALT⋅exp⁡(QHRT),{\displaystyle \eta (T)=A_{L}T\cdot \exp \left({\frac {Q_{H}}{RT}}\right),} 

с высокой энергией активации QH=Hd+Hm{\displaystyle Q_{H}=H_{d}+H_{m}} , где Hd{\displaystyle H_{d}}  — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а Hm{\displaystyle H_{m}}  — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при T<Tg{\displaystyle T<T_{g}}  аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.

При T≫Tg{\displaystyle T\gg T_{g}}  двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса

η(T)=AHT⋅exp⁡(QLRT),{\displaystyle \eta (T)=A_{H}T\cdot \exp \left({\frac {Q_{L}}{RT}}\right),} 

но с низкой энергией активации QL=Hm{\displaystyle Q_{L}=H_{m}} . Это связано с тем, что при T≫Tg{\displaystyle T\gg T_{g}}  аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.

Относительная вязкостьПравить

В технических науках часто пользуются понятием относительной вязкости, под которой понимают отношение коэффициента динамической вязкости (см. выше) раствора к коэффициенту динамической вязкости чистого растворителя:

μr=μμ0,{\displaystyle \mu _{r}={\frac {\mu }{\mu _{0}}},} 

где μ — динамическая вязкость раствора; μ0 — динамическая вязкость растворителя.

Вязкость некоторых веществПравить

Для авиастроения и судостроения наиболее важно знать вязкости воздуха и воды.

Вязкость воздухаПравить

  Зависимость вязкости сухого воздуха от давления при температурах 300, 400 и 500 K

Вязкость воздуха зависит в основном от температуры. При 15,0 °C вязкость воздуха составляет 1,78·10−5 кг/(м·с), 17,8 мкПа·с или 1.78·10−5 Па·с. Можно найти вязкость воздуха как функцию температуры с помощью Программы расчёта вязкостей газов

Вязкость водыПравить

  Зависимость динамической вязкости воды от температуры в жидком состоянии (Liquid Water) и в виде пара (Vapor)

Динамическая вязкость воды составляет 8,90 × 10−4Па·с при температуре около 25 °C.Как функция температуры T (K): (Па·с) = A × 10B/(T−C)где A=2,414 × 10−5 Па·с; B = 247,8 K ; и C = 140 K.

Значения вязкости жидкой воды при разных температурах вплоть до точки кипения приведена ниже.

Температура

[°C]

Вязкость

[мПа·с]

10 1,308
20 1,002
30 0,7978
40 0,6531
50 0,5471
60 0,4668
70 0,4044
80 0,3550
90 0,3150
100 0,2822

Динамическая вязкость разных веществПравить

Ниже приведены значения коэффициента динамической вязкости некоторых ньютоновских жидкостей:

Вязкость отдельных видов газов при давлении 100 кПа, [мкПа·с] Газ при 0 °C (273 K) при 27 °C (300 K)
воздух 17,4 18,6
водород 8,4 9,0
гелий 20,0
аргон 22,9
ксенон 21,2 23,2
углекислый газ 15,0
метан 11,2
этан 9,5
Вязкость жидкостей при 25 °C Жидкость: Вязкость

[Па·с]

Вязкость

[мПа·с]

ацетон 3,06·10−4 0,306
бензол 6,04·10−4 0,604
кровь (при 37 °C) (3—4)·10−3 3—4
касторовое масло 0,985 985
кукурузный сироп 1,3806 1380,6
этиловый спирт 1.074·10−3 1.074
этиленгликоль 1,61·10−2 16,1
глицерин (при 20 °C) 1,49 1490
мазут 2,022 2022
ртуть 1,526·10−3 1,526
метиловый спирт 5,44·10−4 0,544
моторное масло SAE 10 (при 20 °C) 0,065 65
моторное масло SAE 40 (при 20 °C) 0,319 319
нитробензол 1,863·10−3 1,863
жидкий азот (при 77K) 1,58·10−4 0,158
пропанол 1,945·10−3 1,945
оливковое масло 0,081 81
пек 2.3·108 2.3·1011
серная кислота 2,42·10−2 24,2
вода 8,94·10−4 0,894
  1. ↑ В общем случае это не так.
  2. ↑ О некоторых ошибках в курсах гидродинамики, с. 3-4.
  3. ↑ Alexander J. Smits, Jean-Paul Dussauge Turbulent shear layers in supersonic flow, Birkhäuser, 2006, ISBN 0-387-26140-0 p. 46
  4. ↑ data constants for sutherland’s formula
  5. ↑ Viscosity of liquids and gases
  6. ↑ Хмельницкий Р. А. Физическая и коллоидная химия: Учебних для сельскохозяйственных спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1988. — С. 40. — 400 с. — ISBN 5-06-001257-3.
  7. ↑ Попов Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и превмосистем. : Учеб. для машиностроительных вузов. — М. : Машиностроение, 176. — С. 175. — 424 с.
  8. ↑ Седов Л. И., Механика сплошной среды. М.: Наука, 1970. Т. 1, с. 166.
  9. ↑ Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. —Ленинград, Наука, 1975. — стр. 226
  10. ↑ Ojovan M. Viscous flow and the viscosity of melts and glasses. Physics and Chemistry of Glasses, 53 (4) 143—150 (2012).
  • R.H. Doremus. J. Appl. Phys., 92, 7619-7629 (2002).
  • M.I. Ojovan, W.E. Lee. J. Appl. Phys., 95, 3803-3810 (2004).
  • M.I. Ojovan, K.P. Travis, R.J. Hand. J. Phys.: Condensed Matter, 19, 415107 (2007).
  • Седов Л. И. Механика сплошной среды, том 1
  • П. Н. Гедык, М. И. Калашникова. Смазка металлургического оборудования. М. Металлургия — 1976. — 380 с.
  • И. Ф. Голубев. Вязкость газов и газовых смесей. М. Физматлит - 1959.

ru.m.wikipedia.org

Вязкость динамическая, кинематическая - Справочник химика 21

    Вязкость нефтепродуктов имеет большое практическое значение. От вязкости масла зависит ряд эксплуатационных свойств износ трущихся деталей, отвод тепла от них и расход масла. С повышением температуры вязкость уменьшается и сильно возрастает при ее понижении. и изменения численно характеризуются индексом вязкости, представляющим собой температурный коэффициент вязкости. По индексу вязкости оценивают пригодность масел для данных условий работы механизмов. Для определения индекса вязкости сопоставляют вязкость масла при различных температурах, обычно при 50 и 100°. Чем меньше вязкость зависит от температуры, тем выше индекс. Различают три вида вязкости динамическую, кинематическую и относительную. [c.158]

    Различают вязкость динамическую, кинематическую и условную. [c.39]

    Вязкость. Вязкостью называется внутреннее трение жидкости, возникающее между молекулами при их перемещении. Различают вязкость динамическую, кинематическую, удельную и условную. [c.27]

    Различают вязкость динамическую, кинематическую и относительную (условную). [c.372]

    Различают вязкость динамическую, кинематическую и условную. Понятиями динамической и кинематической вязкости пользуются обычно при гидродинамических расчетах, например при определении сопротивления трубопроводов. При выборе сма-30ЧНЫ.Х масел для узлов трения пользуются обычно понятием условной вязкости. Условная вязкость — отвлеченное число, выражающее отношение времени истечения 200 см испытуемого масла, помещенного в вискозиметр типа ВУ (Энглера) при температуре испытания (50 или 100° С) ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20° С. Условную вязкость, обозначавшуюся ранее градусами Энглера (°Е), выражают теперь в градусах ВУ50 или БУюо (индекс обозначает температуру испытания). На рис. УКМ дан график перевода вязкостей, выраженных в различных единицах. При выборе масла следует принимать во внимание, что при повышении температуры вязкость масла уменьшается. [c.228]

    Вязкость динамическая кинематическая кгс-с/м П Ст М /ч Н-с/мЗ Н-с/м м /с м /с 9,81 0,1 ю- 277,8-10-  [c.280]

    Вязкостью, или внутренним трением, называют свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц, вызванному действием приложенной к жидкости силы. Для жидкостей вязкость при данной температуре и давлении является постоянной величиной, поэтому ее значение включают в стандарты для целого ряда продуктов производства химической промышленности. С повышением температуры вязкость уменьшается, с понижением сильно возрастает. Различают три вида вязкости динамическую, кинематическую и от- [c.26]

    Задание 2. Определение вязкости масла в вискозиметре Пинкевича. Вязкость (пли внутреннее трение) — это свойство жидкостей оказывать сопротивление при перемещении одной части жидкости относительно другой. Различают вязкость динамическую, кинематическую и условную. Первые две вязкости являются абсолютными вязкостями последняя, условная ВЯЗКОСТЬ, является отвлеченным числом, представляющим собой отношение времени истечения при определенных температурных условиях, определенного количества исследуемого продукта ко времени истечения такого же количества эталонной жидкости (воды) в тех же условиях. Измерение условной вязкости производят в капиллярном вискозиметре Пинкевича или в вискозиметре Энглера. Вискозиметр Пинкевича (рис. 6) являет- [c.98]

    ВЯЗКОСТЬ — внутреннее трение, проявляющееся при относительном движении частиц текучих тел (жидкостей и газов) способность сопротивляться их взаимному перемещению. Величина В. может быть выражена в единицах вязкости динамической, кинематической, удельной и в условных единицах. [c.50]

    Различают вязкости динамическую, кинематическую, отношение вязкостей (относительная вязкость), удельную, предельное число вязкости (характеристическая вязкость) и условную. [c.144]

    Основными показателями жидких смазочных масел является вязкость (динамическая, кинематическая, относительная), температура вспышки и чистота (отсутствие механических примесей и воды). [c.139]

    Вязкость (внутрепнее трение) — свойство жидкостей (и газов) оказывать сопротивление при перемещении одной части жидкости относительно другой. Это свойство характеризуется коэффициентом вязкости. Величина, обратная вязкости, называется текучестью. Различают три вида вязкости динамическую, кинематическую и относительную (удельную). [c.119]

    Различают вязкость динамическую, кинематическую и условную, Динамическая вязкость, или коэффициент внутреннего трения, выражает собой силу, затрачиваемую иа перемещение двух параллельных слоев жидкости площадью 1 сл , отстоящих друг от друга на расстоя1[ии 1 см и скользящих со скоростью [c.428]

chem21.info


Смотрите также