Viskosität. Der Koeffizient der dynamischen Viskosität. Die physikalische Bedeutung des Koeffizienten der Viskosität

Viskositätsindex – ein Schlüsselparameter des Arbeitsfluids oder Gas. Physikalisch kann die Viskosität als die innere Reibung, die durch die Bewegung der Teilchen, die die Masse der Flüssigkeit (gasförmigen) Medium, oder, einfacher, den Bewegungswiderstand verursacht definiert werden.

Was ist die Viskosität

Eine einfache empirische Erfahrung Viskositätsbestimmung: Die glatte geneigte Oberfläche in eine gleiche Menge an Wasser und Öl gleichzeitig gegossen. Das Wasser fließt schnelles Öl. Es ist mehr Flüssigkeit. schnell das Öl ablassen zu bewegen verhindert, dass eine höhere Reibung zwischen den Molekülen (Innenwiderstand – Viskosität). Somit Fluidviskosität umgekehrt proportional zu seiner Fluidität.

Viskositätsindex: Die Formel

In einer vereinfachten Form des Verfahrens von viskosem Fluid in der Rohrleitung kann als flache parallele Schichten A und B mit dem gleichen Oberflächenbereich S, dem Abstand zwischen dem die Größenordnung von h in Betracht gezogen werden.

Diese beiden Schichten (A und B) bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (V und V + & Delta; V). Eine Schicht, die die höchste Geschwindigkeit (V + & Delta; V) aufweist, umfasst die Bewegung der Schicht B mit einer geringeren Geschwindigkeit (V) bewegt. Zur gleichen Zeit neigt die B – Schicht die Geschwindigkeit der Schicht A zu verlangsamen Die physikalische Bedeutung des Viskositätskoeffizient ist , dass die Reibung der Moleküle , die den Strömungswiderstand der Schichten , die eine Kraft bildet , die Isaak Nyuton durch die folgende Formel beschrieben:

F = μ × S × (& Dgr; V / h)

hier:

• & Delta; V – Differenz zwischen der Geschwindigkeit der Bewegung der Fluidströmungsschichten;
• h – Abstand zwischen dem Flüssigkeitsstrom Schichten;
• S – Fläche der Fluidströmungsschicht;
• μ (mu) – Faktor , abhängig von Eigenschaften einer Flüssigkeit, absolute dynamische Viskosität genannt.

In SI-Einheiten Formel ist wie folgt:

μ = (F × H) / (S × & Delta; V) = [Pa × s] (× Pascal Sekunde)

Wobei F – die Schwerkraft (Gewicht) Einheit des Hydraulikflüssigkeitsvolumens.

Wert der Viskosität

In den meisten Fällen werden der Koeffizient der dynamischen Viskosität wird in Centipoise gemessen (cP) in Übereinstimmung mit dem System CGS (Zentimeter, Gramm, Sekunde). In der Praxis wird die Viskosität des flüssigen Massenverhältnisses in Bezug auf sein Volumen, das heißt Flüssigkeitsdichte:

ρ = m / V

hier:

• ρ – Dichte der Flüssigkeit;
• m – Masse der Flüssigkeit;
• V – Volumen der Flüssigkeit.

Das Verhältnis zwischen der dynamischen Viskosität (μ) und Dichte (ρ) eine kinematische Viskosität ν (ν – Greek – nu) genannt:

ν = μ / ρ = [m ² / s]

Im übrigen sind Verfahren zur Bestimmung der Viskositätskoeffizient unterschiedlich. Zum Beispiel kann die kinematische Viskosität wird gemessen , noch in Übereinstimmung mit dem GHS – System in centistokes (cSt) und eine Untervielfach Mengen – Stokes (St):

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

Bestimmung der Viskosität von Wasser

Viskositätskoeffizient des Wassers wird durch Messen der Fluiddurchflusszeit durch die kalibrierte Kapillarröhrchen bestimmt. Diese Vorrichtung wird kalibriert, um eine bekannte Standardflüssigkeitsviskosität verwendet wird. Um festzustellen , kinematische Viskosität in mm ² / s gemessen wird , die Fluidströmungszeit in Sekunden gemessen wird , wird mit einem konstanten Wert multipliziert.

Als eine Vergleichseinheit ist die Viskosität des destillierten Wassers, dessen Wert fast konstant, selbst wenn sich die Temperatur ändert verwendet. Viskosität – ein Verhältnis von der Zeit in Sekunden, die ein festes Volumen von destilliertem Wasser auf den Ablauf eines kalibrierten Loches benötigt wird, auf den gleichen Wert für die Testflüssigkeit.

Viskosimeter

Die Viskosität wird in Grad Engler (° E) Saybolt Universal Seconds ( „SUS) oder Redwood Grad (° RJ), gemessen in Abhängigkeit von der Art des Rheometers. Drei Typen von Viskosimetern unterscheiden sich nur in der Menge des flüssigen Mediums fließt.

Viskosimeter , die Viskosität in der europäischen Einheit Engler Grad (° E) gemessen wird , berechnet pro 200 cm ³ des flüssigen Mediums fließt. Viskosimeter die Viskosität in Saybolt Universal Seconds ( "SUS oder" SSU) gemessen wird , in den Vereinigten Staaten, 60 cm ³ der Testflüssigkeit enthält. In England, wo Redwood Grad (° RJ) verwendet, führt Viskosimeter , die Viskosität von 50 cm ³ Flüssigkeit zu messen. Wenn beispielsweise 200 cm ³ aus einem Öl bei zehnmal fließen langsamer als die gleiche Menge an Wasser wird die Viskosität 10 ° Engler E.

Da die Temperatur des Viskositätsverhältnisses in wechselnden werden die Messungen in der Regel durchgeführt, zunächst bei einer konstanten Temperatur von 20 ° C und dann bei ihren höheren Werten ein wesentlicher Faktor ist. Im Ergebnis wird somit ausgedrückt durch das Hinzufügen einer geeignete Temperatur, beispielsweise 10 ° E / 50 ° C oder 2,8 ° E / 90 ° C Flüssigkeitsviskosität bei 20 ° C höher als seine Viskosität bei höheren Temperaturen. Hydrauliköle haben eine Viskosität bei den folgenden jeweiligen Temperaturen:

190 cSt bei 20 ° C = 45,4 cSt bei 50 ° C = 11,3 cSt bei 100 ° C

Übersetzung Werte

Bestimmung der Viskosität erfolgt in verschiedenen Systemen (amerikanische, britische, GHS) und sind daher oft erforderlich, Daten von einem Messsystem in ein anderes zu übersetzen. Um die Werte der Viskosität des Fluids umzuwandeln in centistokes (mm ² / s) unter Verwendung der folgenden empirischen Formel in Grad ausgedrückt Engler:

ν (cst) = 7,6 × ° E x (1-1 / ° E3)

Zum Beispiel:

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

Um die Standardviskosität der Hydraulik Formel, um schnell zu ermitteln kann Öl wie folgt vereinfacht werden:

ν (cst) = 7,6 × ° E (mm ² / s)

Mit ν die kinematische Viskosität in mm ² / s oder cSt, kann sie in einem dynamischen Viskositätskoeffizienten μ umgewandelt werden, die folgende Beziehung verwenden:

μ = ν × ρ

Beispiel. Zusammenfassend verschiedene Formeln Übersetzung Engler Grad (° E) centistokes (cSt) und Centipoise (cps), annimmt , dass das Hydrauliköl mit einer Dichte von ρ = 910 kg / m ³ hat eine kinematische Viskosität von 12 ° E, in Einheiten von Centistokes:

ν = 7,6 × 12 × (11/123) = 91,2 x (0,99) = 90,3 mm ² / s.

Da 1sSt = 10 ^-6 m ² / s und 1br = N × 10 ^-3 s / m ^2, dann ist die dynamische Viskosität wird sein gleich:

μ = ν × ρ = 90,3 × 10 ^-6 · 910 = 0,082 × N s / m ² = 82 cPs.

Viskositätskoeffizient des Gases

Es wird durch die Zusammensetzung (chemisch, mechanisch) Gas auf eine Temperatur und Druck in den gasdynamischen Berechnungen im Zusammenhang mit Gasbewegung angewandt bestimmt. In der Praxis wird die Viskosität des Gases berücksichtigt bei der Gestaltung Entwicklung von Gasfeldern entnommen, wobei die Berechnungskoeffizient Änderungen durchgeführt wird, in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung ändert (besonders wichtig für die Gaskondensatablagerungen), Temperatur und Druck.

Wir berechnen den Viskositätskoeffizient von Luft. Die Prozesse werden für die über den beiden Wasserströme beschrieben ähnlich sein. Es sei angenommen, parallel Bewegen zweier Gasströme, U1 und U2, aber mit unterschiedlichen Raten. Zwischen den Schichten der Konvektion auftritt (Durchdringung) Moleküle. Als Ergebnis Impuls schneller bewegender Luftstrom verringert und zunächst langsam bewegt – beschleunigt.

Der Koeffizient der Viskosität der Luft, nach dem Newtonschen Gesetz, das durch die folgende Formel ausgedrückt wird :

F = -h × (dU / dz) × S

hier:

• mir / dz ist der Geschwindigkeitsgradient;
• S – Bereich der Stoßkraft;
• Faktor H – die dynamische Viskosität.

Viskositätsindex

Viskositätsindex (VI) – ein Parameter, der die Änderung der Viskosität und der Temperatur korreliert. Die Korrelation ist eine statistische Abhängigkeit einer Beziehung, in diesem Fall der beiden Werte, bei denen die Temperaturänderung durch systematische Variation der Viskosität einhergeht. Je höher der Viskositätsindex, desto geringer ist die Veränderung zwischen den beiden Werten, das heißt, die Viskosität des Arbeitsfluids ist stabiler mit der Temperatur.

Die Viskosität der Öle

Auf den Fundamenten des modernen Ölviskositätsindex von weniger als 95-100 Einheiten. So in hydraulischen Maschinen und Anlagen kann ausreichend stabile Flüssigkeiten, die in der Viskosität unter den Bedingungen der kritischen Temperaturen große Unterschiede beschränken verwendet werden.

„Günstig“ Viskositätskoeffizient kann durch die Einführung eines speziellen Öladditive (Polymere) erhalten werden , aufrechterhalten der Destillation von Erdöl. Sie erhöhen die Viskosität Index Öl durch Veränderungen in den Eigenschaften des zulässigen Bereichs zu begrenzen. In der Praxis kann die Einführung der notwendigen Menge an Additiven des niedrige Viskositätsindex-Basisöl zu 100-105 Einheiten erhöht werden. Jedoch so erhaltene Mischung wurde beeinträchtigt seine Eigenschaften unter hohem Druck und Wärmebelastung, wodurch die Wirksamkeit des Additivs verringert werden.

In Stromkreisen müssen leistungsstarke hydraulische Flüssigkeiten mit einem Viskositätsindex von 100 Einheiten verwendet werden. Fluide Zusatzstoffe, die den Viskositätsindex zu erhöhen, werden in hydraulischen Steuerkreisen verwendet und anderen Systemen in dem Bereich niedriger / mittlerer Druck, in einem begrenzten Temperaturbereich ändert sich mit kleinen Lecks und chargenweise betrieben wird. Wenn der Druck zunimmt, und die Viskosität erhöht sich, aber der Prozess erfolgt bei Drücken oberhalb von 30,0 MPa (300 bar). In der Praxis wird dieser Faktor oft vernachlässigt.

Mess- und Indexierung

In Übereinstimmung mit den internationalen ISO – Standards wird die Viskosität von Wasser (und anderen Flüssigkeiten) in centistokes ausgedrückt: cSt (mm ² / s). Messungen der Viskosität Prozessöle sollten bei Temperaturen zwischen 0 ° C, 40 ° C und 100 ° C durchgeführt werden In jedem Fall sollte in dem Codemarkenölviskosität bei Ziffer 40 ° C angegeben werden, Entfernt wird, die Viskosität bei 50 ° C gegeben Marks, am häufigsten in der Technik Hydraulik verwendet, Bereich von ISO VG 22 bis ISO VG 68.

Hydrauliköl VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 bei einer Temperatur von 40 ° C Viskositäten ihrer Kennzeichnung entspricht: 22, 32, 46, 68 und 100 cSt. Die optimale kinematische Viskosität des Arbeitsfluids in Hydrauliksystemen liegt im Bereich von 16 bis 36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers – SAE) hat bei bestimmten Temperaturen im Bereich von Viskositäten hergestellt und entsprechend ihnen zugewiesenen Codes. Die Zahl nach dem Buchstaben W, – ein absoluter dynamischer Viskositätskoeffizient μ bei 0 ° F (-17,7 ° C) und ν die kinematische Viskosität bei 212 ° F (100 ° C) bestimmt. Diese Indexierung hinsichtlich Mehrbereichsöle in der Automobilindustrie (Getriebe, Motor und so weiter. D.).

Die Wirkung der Viskosität auf hydraulischen Arbeits

Die Bestimmung der Viskosität der Flüssigkeit ist nicht nur wissenschaftliches und pädagogisches Interesse, sondern er trägt auch wichtige praktische Bedeutung. Die Hydraulikflüssigkeiten nicht nur Energie von der Pumpe zum Hydraulikmotor übertragen, sondern auch alle Teile und Komponenten zu schmieren, aus dem erzeugten Wärme Reibpaarungen abgezogen werden. Sich nicht auf die Arbeit des Arbeitsfluids Viskosität entsprechen kann ernsthaft die Wirksamkeit der Hydraulik stören.

Die hohe Viskosität des Arbeitsfluids (Öls sehr hohe Dichte) führt zu den folgenden negativen Wirkungen:

• Der erhöhte Strömungswiderstand der Hydraulikflüssigkeit verursacht übermäßigen Druckabfall im Hydrauliksystem.
• Verlangsamungssteuerung der Geschwindigkeit und der mechanischen Bewegungen der Aktuatoren.
• Entwicklung der Pumpe Kavitation.
• Null oder sehr niedrige Luft Freisetzung aus dem Hydrauliköltank.
• Ein merklicher Leistungsverlust (Verringerung der Effizienz) der Hydraulik aufgrund der hohen Energiekosten für die innere Reibung des Fluids zu überwinden.
• Erhöhte Drehmoment des Antriebsmotors der Maschine, die durch die Last auf der Pumpe zu erhöhen.
• Der Temperaturanstieg der Hydraulikflüssigkeit durch eine erhöhte Reibung erzeugt wird.

Somit ist die physikalische Bedeutung des Viskositätskoeffizienten in seiner Wirkung (positiv oder negativ) auf den Komponenten und Mechanismen für Fahrzeuge, Maschinen und Anlagen.

Der Verlust der hydraulischen Kraft

Die niedrige Viskosität des Arbeitsfluids (low density Öl) bewirkt, dass die folgenden negativen Wirkungen:

• Fallender volumetrischer Wirkungsgrad der Pumpe als Ergebnis interne Leckage erhöht wird.
• Der Anstieg der interne Leckage von Hydraulikkomponenten im gesamten Hydrauliksystem – Pumpen, Ventile, Ventile, Hydraulikmotoren.
• Erhöhter Verschleiß der Pumpeinheiten und Pumpen für die Schmierung der reibenden Teile aufgrund unzureichender Hydraulikfluidviskosität erforderlich Verklemmen.

Kompressibilität

Jede Flüssigkeit unter Druck komprimiert. Mit Bezug auf Öle, Kühl- und Schmiermitteln im Maschinenbau Hydraulik verwendet, empirisch festgestellt, daß der Verdichtungsvorgang in die Fluidmasse auf dem Volumen umgekehrt proportional ist. Die Menge des Kompressionselementes zu Mineralölen ist deutlich niedriger für Wasser und viel niedriger für die synthetischen Flüssigkeiten.

In einfachen Niederdruckhydraulikfluid Kompressibilität vernachlässigbaren Effekt auf das Anfangsvolumen zu verringern. Aber leistungsstarke Maschinen mit Hochdruck-Hydraulikantriebszylinder im Großen und Ganzen dieser Prozess manifestiert sich sichtbar. In hydraulischen Mineralöl bei einem Druck von 10,0 MPa (100 bar), verringert sich das Volumen um 0,7%. In diesem Fall beeinflusst eine Änderung des Kompressionsvolumen zu einem geringen Teil der kinematischen Viskosität und die Art des Öls.

Abschluss

Bestimmung der Viskosität ermöglicht, den Betrieb der Anlagen und Maschinen unter verschiedenen Bedingungen, unter Berücksichtigung der Veränderungen in Fluid- oder Gaszusammensetzung, Druck, Temperatur, vorherzusagen. Auch die Kontrolle über die Indikatoren, die für die Öl- und Gasindustrie, Energieversorger und andere Industrien.