Viskositeitskoëffisiënt is 'n sleutelparameter van 'n werkende vloeistof of gas. In fisiese terme kan viskositeit gedefinieer word as die interne wrywing wat veroorsaak word deur die beweging van deeltjies waaruit die massa van 'n vloeibare (gasagtige) medium bestaan, of, eenvoudiger, die weerstand teen beweging.
Wat is viskositeit
Die eenvoudigste empiriese eksperiment vir die bepaling van viskositeit: dieselfde hoeveelheid water en olie word terselfdertyd op 'n gladde, skuins oppervlak gegooi. Water dreineer vinniger as olie. Sy is meer vloeibaar.’n Bewegende olie word verhoed om vinnig te dreineer deur die hoër wrywing tussen sy molekules (interne weerstand – viskositeit). Dus, die viskositeit van 'n vloeistof is omgekeerd eweredig aan sy vloeibaarheid.
Viskositeitsverhouding: formule
In 'n vereenvoudigde vorm kan die bewegingsproses van 'n viskose vloeistof in 'n pyplyn beskou word in die vorm van plat parallelle lae A en B met dieselfde oppervlakte S, waarvan die afstand h is.
Hierdie twee lae (A en B) beweeg teen verskillende spoed (V en V+ΔV). Laag A, wat die hoogste spoed (V+ΔV) het, behels laag B, wat teen 'n laer spoed (V) beweeg. Terselfdertyd is laag B geneig om die spoed van laag A te vertraag. Die fisiese betekenis van die viskositeitskoëffisiënt is dat die wrywing van die molekules, wat die weerstand van die vloeilae is, 'n krag vorm wat Isaac Newton beskryf deur die volgende formule:
F=µ × S × (ΔV/h)
Hier:
- ΔV is die verskil in die snelhede van die vloeistofvloeilae;
- h – afstand tussen lae vloeistofvloei;
- S – oppervlakte van die vloeistofvloeilaag;
- Μ (mu) - 'n koëffisiënt afhangende van die eienskap van die vloeistof, genoem die absolute dinamiese viskositeit.
In SI-eenhede lyk die formule soos volg:
µ=(F × h) / (S × ΔV)=[Pa × s] (Pascal × sekonde)
Hier is F die swaartekrag (gewig) van die eenheidsvolume van die werkvloeistof.
Viskositeitswaarde
In die meeste gevalle word die dinamiese viskositeitskoëffisiënt gemeet in centipoise (cP) in ooreenstemming met die CGS-stelsel van eenhede (sentimeter, gram, sekonde). In die praktyk hou viskositeit verband met die verhouding van die massa van 'n vloeistof tot sy volume, dit wil sê tot die digtheid van die vloeistof:
ρ=m / V
Hier:
- ρ – vloeistofdigtheid;
- m – massa vloeistof;
- V is die volume vloeistof.
Die verwantskap tussen dinamiese viskositeit (Μ) en digtheid (ρ) word kinematiese viskositeit genoem ν (ν – in Grieks –naak):
ν=Μ / ρ=[m2/s]
Terloops, die metodes vir die bepaling van die viskositeitskoëffisiënt verskil. Kinematiese viskositeit word byvoorbeeld steeds gemeet in ooreenstemming met die CGS-stelsel in sentistokes (cSt) en in fraksionele eenhede - stokes (St):
- 1St=10-4 m2/s=1 cm2/s;
- 1sSt=10-6 m2/s=1 mm2/s.
Bepaling van die viskositeit van water
Die viskositeit van water word bepaal deur die tyd te meet wat dit neem vir vloeistof om deur 'n gekalibreerde kapillêre buis te vloei. Hierdie toestel is gekalibreer met 'n standaard vloeistof van bekende viskositeit. Om die kinematiese viskositeit, gemeet in mm2/s, te bepaal, word die vloeistofvloeityd, gemeet in sekondes, vermenigvuldig met 'n konstante.
Die eenheid van vergelyking is die viskositeit van gedistilleerde water, waarvan die waarde amper konstant is, selfs wanneer die temperatuur verander. Die viskositeitskoëffisiënt is die verhouding van die tyd in sekondes wat dit 'n vaste volume gedistilleerde water neem om uit 'n gekalibreerde opening te vloei tot dié van die vloeistof wat getoets word.
Viskometers
Viskositeit word gemeet in grade Engler (°E), Saybolt Universal Seconds ("SUS") of grade Redwood (°RJ) afhangende van die tipe viskosimeter wat gebruik word. Die drie tipes viskosimeters verskil slegs in die hoeveelheid vloeistof wat uitvloei.
Viskosimeter meet viskositeit in die Europese eenheid graad Engler (°E), bereken200cm3 uitvloeiende vloeibare medium. 'n Viskositeitsmeter wat viskositeit in Saybolt Universal Seconds ("SUS" of "SSU" wat in die VSA gebruik word) meet, bevat 60 cm3 van die toetsvloeistof. In Engeland, waar Redwood-grade (°RJ) gebruik word, meet die viskositeitsmeter die viskositeit van 50 cm3 vloeistof. Byvoorbeeld, as 200 cm3 van 'n sekere olie tien keer stadiger as dieselfde volume water vloei, dan is die Engler-viskositeit 10°O.
Omdat temperatuur 'n sleutelfaktor is om die viskositeitskoëffisiënt te verander, word metings gewoonlik eers by 'n konstante temperatuur van 20°C geneem, en dan teen hoër waardes. Die resultaat word dus uitgedruk deur die toepaslike temperatuur by te voeg, byvoorbeeld: 10°O/50°C of 2.8°O/90°C. Die viskositeit van 'n vloeistof by 20°C is hoër as sy viskositeit by hoër temperature. Hidrouliese olies het die volgende viskositeite by hul onderskeie temperature:
190 cSt by 20°C=45.4 cSt by 50°C=11.3 cSt by 100°C.
Vertaal waardes
Bepaling van die viskositeitskoëffisiënt vind plaas in verskillende stelsels (Amerikaans, Engels, GHS), en daarom is dit dikwels nodig om data van een dimensionele stelsel na 'n ander oor te dra. Om vloeistofviskositeitwaardes uitgedruk in grade Engler na sentistokes (mm2/s) om te skakel, gebruik die volgende empiriese formule:
ν(cSt)=7,6 × °O × (1-1/°E3)
Byvoorbeeld:
- 2°O=7,6 × 2 × (1-1/23)=15,2 × (0,875)=13,3 cSt;
- 9°O=7,6 × 9 × (1-1/93)=68,4 × (0,9986)=68,3 cSt.
Om die standaardviskositeit van hidrouliese olie vinnig te bepaal, kan die formule soos volg vereenvoudig word:
ν(cSt)=7,6 × °E(mm2/s)
Met 'n kinematiese viskositeit ν in mm2/s of cSt, kan jy dit omskakel na 'n dinamiese viskositeitskoëffisiënt Μ deur die volgende verwantskap te gebruik:
M=ν × ρ
Voorbeeld. Opsomming van die verskillende omskakelingsformules vir grade Engler (°E), centistokes (cSt) en centipoise (cP), veronderstel dat 'n hidrouliese olie met 'n digtheid van ρ=910 kg/m3 het 'n kinematiese viskositeit van 12° O, wat in eenhede van cSt is:
ν=7,6 × 12 × (1-1/123)=91,2 × (0,99)=90,3 mm2/s.
Omdat 1cSt=10-6m2/s en 1cP=10-3N×s/m2, dan sal die dinamiese viskositeit wees:
M=ν × ρ=90.3 × 10-6 910=0.082 N×s/m2=82 kP.
Gasviskositeitsfaktor
Dit word bepaal deur die samestelling (chemies, meganies) van die gas, die effek van temperatuur, druk, en word gebruik in gas-dinamiese berekeninge wat verband hou met die beweging van gas. In die praktyk word die viskositeit van gasse in ag geneem wanneer gasveldontwikkelings ontwerp word, waar die koëffisiëntveranderinge bereken word na gelang van veranderinge in die gassamestelling (veral belangrik vir gaskondensaatvelde), temperatuur en druk.
Bereken die viskositeit van lug. Die prosesse sal soortgelyk wees aandie twee strome wat hierbo bespreek is. Gestel twee gasstrome U1 en U2 beweeg parallel, maar teen verskillende spoed. Konveksie (onderlinge penetrasie) van molekules sal tussen die lae plaasvind. Gevolglik sal die momentum van die vinniger bewegende lugstroom afneem, en die aanvanklik stadiger een sal versnel.
Die viskositeitskoëffisiënt van lug, volgens Newton se wet, word uitgedruk deur die volgende formule:
F=-h × (dU/dZ) × S
Hier:
- dU/dZ is die snelheidsgradiënt;
- S – krag impak area;
- Koëffisiënt h - dinamiese viskositeit.
Viskositeitsindeks
Viskositeitsindeks (VI) is 'n parameter wat veranderinge in viskositeit en temperatuur korreleer. 'n Korrelasie is 'n statistiese verwantskap, in hierdie geval twee hoeveelhede, waarin 'n verandering in temperatuur met 'n sistematiese verandering in viskositeit gepaard gaan. Hoe hoër die viskositeitsindeks, hoe kleiner is die verandering tussen die twee waardes, dit wil sê, die viskositeit van die werkvloeistof is meer stabiel met temperatuurveranderinge.
Olieviskositeit
Die basisse van moderne olies het 'n viskositeitsindeks onder 95-100 eenhede. Daarom kan in die hidrouliese stelsels van masjiene en toerusting voldoende stabiele werksvloeistowwe gebruik word, wat die wye verandering in viskositeit onder toestande van kritieke temperature beperk.
"Gunstige" viskositeitskoëffisiënt kan gehandhaaf word deur spesiale bymiddels (polimere) wat tydens die distillasie van olie verkry word, in die olie in te voer. Hulle verhoog die viskositeit-indeks van olies virrekening om die verandering van hierdie eienskap in die toelaatbare interval te beperk. In die praktyk, met die bekendstelling van die vereiste hoeveelheid bymiddels, kan die lae viskositeitsindeks van die basisolie tot 100-105 eenhede verhoog word. Die mengsel wat op hierdie manier verkry word, verswak egter sy eienskappe by hoë druk en hittelading, waardeur die doeltreffendheid van die bymiddel verminder word.
In die kragkringe van kragtige hidrouliese stelsels moet werkvloeistowwe met 'n viskositeitsindeks van 100 eenhede gebruik word. Werksvloeistowwe met bymiddels wat die viskositeitsindeks verhoog, word gebruik in hidrouliese beheerkringe en ander stelsels wat in die lae / medium drukreeks werk, in 'n beperkte temperatuurreeks, met klein lekkasies en in bondelwerking. Met toenemende druk neem die viskositeit ook toe, maar hierdie proses vind plaas by drukke bo 30.0 MPa (300 bar). In die praktyk word hierdie faktor dikwels afgeskeep.
Meting en indeksering
In ooreenstemming met internasionale ISO-standaarde, word die viskositeitskoëffisiënt van water (en ander vloeibare media) uitgedruk in sentistokes: cSt (mm2/s). Viskositeitsmetings van prosesolies moet by temperature van 0°C, 40°C en 100°C uitgevoer word. In elk geval, in die oliegraadkode, moet die viskositeit met 'n syfer by 'n temperatuur van 40 ° C aangedui word. In GOST word die viskositeitwaarde by 50°C gegee. Die grade wat die meeste in ingenieurshidroulika gebruik word, wissel van ISO VG 22 tot ISO VG 68.
Hidrouliese olies VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 by 40°C het viskositeitswaardes wat ooreenstem met hul nasien: 22, 32, 46, 68 en 100 cSt. Optimaaldie kinematiese viskositeit van die werkvloeistof in hidrouliese stelsels wissel van 16 tot 36 cSt.
Die American Society of Automotive Engineers (SAE) het viskositeitsreekse by spesifieke temperature vasgestel en die toepaslike kodes aan hulle toegeken. Die getal na die W is die absolute dinamiese viskositeit Μ by 0°F (-17.7°C) en die kinematiese viskositeit ν is bepaal by 212°F (100°C). Hierdie indeksering is van toepassing op alle seisoen-olies wat in die motorbedryf gebruik word (transmissie, motor, ens.).
Effek van viskositeit op hidroulika
Bepaling van die viskositeitskoëffisiënt van 'n vloeistof is nie net van wetenskaplike en opvoedkundige belang nie, maar dra ook 'n belangrike praktiese waarde. In hidrouliese stelsels dra werksvloeistowwe nie net energie van die pomp na hidrouliese motors oor nie, maar smeer ook alle dele van die komponente en verwyder die hitte wat uit die wrywingspare gegenereer word. Die viskositeit van die werkvloeistof wat nie geskik is vir die bedryfsmodus nie, kan die doeltreffendheid van alle hidroulika ernstig benadeel.
Hoë viskositeit van die werkvloeistof (olie met baie hoë digtheid) lei tot die volgende negatiewe verskynsels:
- Verhoogde weerstand teen hidrouliese vloeistofvloei veroorsaak 'n buitensporige drukval in die hidrouliese stelsel.
- Vertraging van beheerspoed en meganiese bewegings van aktuators.
- Ontwikkeling van kavitasie in die pomp.
- Nul of te lae lugvrystelling van hidrouliese tenkolie.
- Opmerklikverlies aan krag (afname in doeltreffendheid) van hidroulika as gevolg van hoë energiekoste om die interne wrywing van die vloeistof te oorkom.
- Verhoogde masjien-dryfkrag-wringkrag veroorsaak deur verhoogde pomplading.
- Styg in hidrouliese vloeistoftemperatuur as gevolg van verhoogde wrywing.
Die fisiese betekenis van die viskositeitskoëffisiënt lê dus in die invloed daarvan (positief of negatief) op die komponente en meganismes van voertuie, masjiene en toerusting.
Verlies aan hidrouliese krag
Lae viskositeit van die werkende vloeistof (olie met lae digtheid) lei tot die volgende negatiewe verskynsels:
- Afname in volumetriese doeltreffendheid van pompe as gevolg van toenemende interne lekkasie.
- Toename in interne lekkasies in die hidrouliese komponente van die hele hidrouliese stelsel - pompe, kleppe, hidrouliese verspreiders, hidrouliese motors.
- Verhoogde slytasie van pompeenhede en vassit van pompe as gevolg van onvoldoende viskositeit van die werksvloeistof wat nodig is om smering van vryfonderdele te verskaf.
saamdrukbaarheid
Enige vloeistof druk saam. Met betrekking tot olies en koelmiddels wat in meganiese ingenieurshidroulika gebruik word, is daar empiries vasgestel dat die kompressieproses omgekeerd eweredig is aan die massa van die vloeistof per volume. Die kompressieverhouding is hoër vir minerale olies, aansienlik laer vir water, en baie laer vir sintetiese vloeistowwe.
In eenvoudige laedruk-hidrouliese stelsels het die saampersbaarheid van die vloeistof 'n weglaatbare effek op die vermindering van die aanvanklike volume. Maar in kragtige masjiene met 'n hoë hidrouliesedruk en groot hidrouliese silinders, manifesteer hierdie proses sigbaar. Vir hidrouliese minerale olies teen 'n druk van 10,0 MPa (100 bar), verminder die volume met 0,7%. Terselfdertyd word die verandering in kompressievolume effens beïnvloed deur die kinematiese viskositeit en die tipe olie.
Gevolgtrekking
Bepaling van die viskositeitskoëffisiënt stel jou in staat om die werking van toerusting en meganismes onder verskeie toestande te voorspel, met inagneming van veranderinge in die samestelling van 'n vloeistof of gas, druk, temperatuur. Die beheer van hierdie aanwysers is ook relevant in die olie- en gassektor, nutsdienste en ander nywerhede.
