粘度

粘度

液體在流動時,在其分子間產生內摩擦的性質,稱為液體的黏性,粘性的大小用黏度表示,是用來表征液體性質相關的阻力因子。粘度又分為動力黏度和條件粘度。

  • 中文名稱
    粘度
  • 外文名稱
    viscosity
  • 流動
    基本特征
  • 形成
    速度梯度
  • 公式
    τ= ηdv/dx =ηD
  • 有關
    材料性質

定義

​粘度的定義為一對平行板,面積為A,相距dr,板間充以某液體。今對上板施加一推力F,使其產生一速度變化du。由于液體的粘性將此力層層傳遞,各層液體也相應運動,形成一速度梯度du/dr,稱剪下速率,以r′表示。F/A稱為剪下應力,以τ表示。剪下速率與剪下應力間具有如下關系:

(F/A)=η(du/dr),

比例系數η即被定義為液體的剪下粘度(另有拉伸粘度,剪下粘度平時使用較多,一般不加區別簡稱粘度時多指剪下粘度),故η=(F/A)/(du/dr)=τ/r′。

將兩塊面積為1㎡的板浸于液體中,兩板距離為1米,若在某一塊板上加1N的切應力,使兩板之間的相對速率為1m/s,則此液體的粘度為1Pa·s。

牛頓流體:符合牛頓公式的流體。 粘度隻與溫度有關,與切變速率無關, τ與D為正比關系。 非牛頓流體:不符合牛頓公式τ/D=f(D),以ηa表示一定(τ/D)下的粘度,稱表觀粘度

粘度隨溫度的不同而有顯著變化,但通常隨壓力的不同發生的變化較小。液體粘度隨著溫度升高而減小,氣體粘度則隨溫度升高而增大。對于溶液,常用相對粘度μr表示溶液粘度μ溶劑粘度μ之比,即:

相對粘度與濃度C的關系可表示為:

μr=1+【μC+K′【μC+…

式中【μ】為溶液的特徵粘度,

K′為系數。【μ】、K′均與濃度無關。

不同流體的粘度差別很大。在壓強為101.325kPa、溫度為20℃的條件下,空氣、水和甘油的動力粘度和運動粘度為:

空氣 μ=17.9×10^-6Pa·s, v=14.8×10^-6m²/s

μ=1.01×10^-3Pa·s, v=1.01×10^-6m²/s

甘油 μ=1.499Pa·s, v=1.19×10^-3m²/s

由于粘度的作用,使物體在流體中運動時受到摩擦阻力和壓差阻力,造成機械能的損耗(見流動阻力)。

各種流體的粘度資料,主要由實驗測得。常用的粘度計有毛細管式、落球式、錐板式、轉筒式等。在工業上有時用特定形式的粘度計來測定特定的條件粘度。如煉油工業中常用恩氏粘度(或恩格拉粘度)作為石油產品的一個指標,它表示某一溫度下200cm油品與同體積20℃純水,從恩氏粘度計中流出所需時間之比。恩氏粘度與動力粘度的關系可按經驗公式換算。又如橡膠工業中常用門尼粘度為衡量橡膠平均分子量及可塑性的一個指標。

在缺少粘度實驗資料時,可按理論公式或經驗公式估算粘度。對于壓力不太高的氣體,估算結果較準;對于液體則較差。對非均相流體(如低濃度懸浮液)的粘度,可以用愛因斯坦公式估算:

式中μm為懸浮液的粘度;μ連續相液體的粘度;φ為懸浮液中分散相的體積分數;μd為分散相粘度。當分散相為固體顆粒時,μd→∞,;當分散相為氣泡時,μd→0,μm=(1+φ)μ

粘度是流體粘滯性的一種量度,是流體流動力對其內部摩擦現象的一種表示。粘度大表現內摩擦力大,分子量越大,碳氫結合越多,這種力量也越大。 粘度對各種潤滑油、質量鑒別和確定用途,及各種燃料用油的燃燒性能及用度等有決定意義。在同樣餾出溫度下,以烷烴為主要組份的石油產品粘度低,而粘溫性較好,即粘度指數較高,也就是粘度隨溫度變化而改變的幅度較小;含環烷烴(或芳烴)組份較多的油品粘度較高,即粘溫性較差;含膠質和芳烴較多油品粘度最高,粘溫性最差,即粘度指數最低。 粘度常用運動粘度表示,單位mm²/s。重質燃料油粘度大,經預熱使運動粘度達到18~20mm²/s(40℃),有利于噴油嘴均勻噴油。

單位換算表

動力粘度單位換算

1釐泊(1cP)=1毫帕斯卡·秒 (1mPa·s)

100釐泊(100cP)=1泊 (1P)

1000毫帕斯卡·秒 (1000mPa·s)=1帕斯卡·秒 (1Pa·s)

1000微 帕斯卡·秒(1000μ Pa.s)=1毫帕斯卡·秒 (1mPa·s)

動力粘度與運動粘度的換算

η=ν·ρ

式中η--- 試樣動力粘度(mPa·s)

ν--- 試樣運動粘度(mm²/s)

ρ--- 與測量運動粘度相同溫度下試樣的密度(g/cm³)

測定

動力

ηt是二液體層相距1cm,其面積各為1(cm²)相對移動速度為1cm/s時所產生的阻力,單位為g/cm·s。1g/cm·s=1pa·s。一般工業上動力粘度單位用pa來表示。

運動

在溫度t (℃)時,運動粘度用符號γ表示,在國際單位製中,運動粘度單位為斯,即每秒平方米(m²/s),實際測定中常用釐斯,(cst)表示釐斯的單位為每秒平方毫米(即 1cst=1mm²/s)。運動粘度廣泛用于測定噴氣燃料油、柴油、潤滑油等液體石油產品深色石油產品、使用後的潤滑油、原油等的粘度,運動粘度的測定採用逆流法。

條件

指採用不同的特定粘度計所測得的以條件單位表示的粘度,各國通常用的條件粘度有以下三種:

恩氏粘度又叫恩格勒(Engler)粘度。是一定量的試樣,在規定溫度(如:50℃、 80℃、100℃)下,從恩氏粘度計流出200毫升試樣所需的時間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時間(秒)之比。溫度tº時,恩氏粘度用符號Et表示,恩氏粘度的單位為條件度。

賽氏粘度,即賽波特(sagbolt)粘度。是一定量的試樣,在規定溫度(如 100ºF、F210ºF或122ºF等)下從賽氏粘度計流出200毫升所需的秒數,以"秒"單位。賽氏粘度又分為賽氏通用粘度和賽氏重油粘度(或賽氏弗羅(Furol)粘度)兩種。

雷氏粘度即雷德烏德(Redwood)粘度。是一定量的試樣,在規定溫度下,從雷氏度計流出50毫升所需的秒數,以"秒"為單位。雷氏粘度又分為雷氏1號(Rt表示)和雷氏2號(用RAt表示)兩種。

上述三種條件粘度測定法,在歐美各國常用,我國除採用恩氏粘度計測定深色潤滑油及殘渣油外,其餘兩種粘度計很少使用。三種條件粘度表示方法和單位各不相同,但它們之間的關系可通過圖表進行換算。同時恩氏粘度與運動粘度也可換算,這樣就方便靈活得多了。

粘度的測定有許多方法,如轉桶法、落球法阻尼振動法、杯式粘度計法、毛細管法等等。對于粘度較小的流體,如水、乙醇、四氯化碳等,常用毛細管粘度計測量;而對粘度較大流體,如蓖麻油變壓器油機油、甘油等透明(或半透明)液體,常用落球法測定;對于粘度為0.1~100Pa?s範圍的液體,也可用轉筒法進行測定。

測定標準

YDN-2000型全自動運動粘度測定儀適用于GB265-88 ,GB1814,ASTM D445、IP71等標準;採用先進的單片機控製、彩色大螢幕中文提示操作,測定結果自動存儲、高速熱敏印表機自動列印結果,恆溫浴溫度均勻, 可同時安放四支粘度及進行實驗,還可作為高粘度恆溫水浴進行其它實驗。

a、主要特點:

* 先進的單片機控製,智慧型控溫,彩色大螢幕液晶顯示,中文選單提示輸入

* 適時顯示儀器的溫度、時間、參數等工作狀態,

* 20升恆溫浴缸,外層為有機玻璃保溫罩,浴內溫度分布均勻,控溫效果好。

* 二支或者四支粘度計安裝孔可同時對兩種以上油樣進行平行試驗

* 毛細管計卡採用三點垂直式,操作靈活方便,夾持可靠。

* 自動計算運動粘度值與測試平均值,並自動列印和存儲測定結果

* 檢測準確,顯示直觀,自動計時,自動計算,自動列印結果。

*可採用烏氏粘度計或者坎農芬斯克粘度計對透明及不透明的牛頓運動粘體進行運動粘度參數測試,降低勞 動強度,提高工作效率。

*機器全自動清洗毛細管,不需要再移動恆溫槽內地粘度計,減少玻璃管破損,給工作造成不便。

b、主要技術指標:

執行標準

GB265-88 、GB1814、ASTM D445、IP71等

毛細管粘度計

符合SH/T0173-92《玻璃毛細管粘度計技術條件》

符合JJG155《工作毛細管粘度計檢定規程》

顯示方式

5寸彩色液晶屏顯示

控溫範圍

室溫~150℃任意設定;

測定範圍

運動粘度測定範圍:0.5~20000mm2/s;

動力粘度測定範:0.3~40000mPa.s

控溫精度

±0.1℃

計時精度

±0.1S

計時範圍

0.1秒-999.9秒

恆溫浴缸

300×300mm雙層

印表機

低能耗熱敏印表機,紙寬55mm

測溫元件

進口精密鉑電阻

攪拌速度

1520轉/分

最大功率

1800W

裝樣數量

4個

使用環境

環境溫度15--35℃環境濕度小于85%

電源要求

220V ac±10%50Hz±1Hz

最大尺寸

560*370*520(長*寬*高)

儀器質量

20Kg

SCYN1301型運動粘度自動測定儀,可用于測定 液體石油產品(指牛頓液體)的運動粘度、動力粘度和烏氏粘度,該儀器採用彩色中文液晶顯示,觸摸屏控製,採用模糊控溫方式,德國進口感溫元件,控溫準確、精度高,自動精確計時,自動計算運動粘度值和動力粘度值,自動列印並存儲測定結果.

參考圖片參考圖片

c、符合標準:

SY/T5651-93《石油產品運動粘度試驗器技術條件》

GB/T265-1988《石油產品運動粘度測定法和動力粘度計演算法》

GB1660-1982《增塑劑運動粘度的測定法(品氏法)》

GB 1841-1980 《聚烯烴樹脂稀溶液粘度試驗方法》

毛細管粘度計:符合SH/T0173-92《玻璃毛細管粘度計技術條件》;

符合JJG155《工作毛細管粘度計檢定規程》;

d、主要技術指標:

顯示方式

5吋彩色LCD,中文選單,觸摸屏控製

運動粘度測定範圍

0.5~20000mm/s

動力粘度測定範圍

0.3~40000mPa.s

控溫範圍

室溫~150℃(如果設定溫度在100℃以上時,在介質中加增加劑)

控溫精度

±0.01℃

計時精度

±0.01s

浴缸容積

20L雙層水浴缸

加熱功率

主加熱1000W,附助加熱800W

攪拌轉速

1300轉/分

實驗孔數

2OR4孔

印表機

高速低噪聲熱敏微型印表機,紙寬58mm

年月日時間

自動即時跟蹤日期

實驗資料存儲

掉電存儲資料,可存儲256個歷史記錄

工作電源

220V±10%; 50HZ

環境溫度

5~45℃,相對濕度<80%

外型尺寸

400*450*650mm。

其他概念

實驗室測定粘度的原理一般大都是由斯托克斯公式和泊肅葉公式導出有關粘滯系數的表達式,求得粘滯系數。 粘度的大小取決于液體的性質與溫度,溫度升高,粘度將迅速減小。因此,要測定粘度,必須準確地控製溫度的變化才有意義。粘度參數的測定,對于預測產品生產過程的工藝控製、輸送性以及產品在使用時的操作性,具有重要的指導價值,在印刷、醫葯、石油、汽車等諸多行業有著重要的意義。

1845年,英國數學家、物理學家斯托克斯(G. G. Stokes, 1819-1903)和法國的納維(C.L.M.H. Navier)等人分別推導出粘滯流體力學中最基本的方程組,即納維-斯托克斯方程,奠定了傳統流體力學的基礎。

1851年,斯托克斯推導出固體球體在粘性介質中作緩慢運動時所受的阻力的計算公式,得出在給定力(重力)的作用下,阻力與流速、粘滯系數成比例,即關于阻力的斯托斯公式。

納維-斯托克斯方程是數學中最為難解的非線性方程中的一類,尋求它的精確解是非常困難的事。直至今天,大約也隻有70多個精確解,隻有大約一百多個特解被解出來,是最復雜的、尚未被完全解決的世界級數學難題之一。

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