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粘度基本知识

粘度基本知识

1、  定义viscosity:粘度是指液体受外力作用移动时,分子间产生的内磨擦力的量度。粘度又称粘性系数、动力粘度,它是度量流体粘性大小的物理量。粘度是流体的一种属性,不同流体的粘度数值不同。同种流体的粘度显著地与温度有关,而与压强几乎无关。气体的粘度随温度升高而增大,液体则减小。  粘度又是流体粘滞性的一种量度,是流体流动力对其内部摩擦现象的一种表示。粘度大表现内摩擦力大,分子量越大,碳氢结合越多,这种力量也越大。 粘度对各种润滑油、质量鉴别和确定用途,及各种燃料用油的燃烧性能及用度等有决定意义。在同样馏出温度下,以烷烃为主要组份的石油产品粘度低,而粘温性较好,即粘度指数较高,也就是粘度随温度变化而改变的幅度较小;含环烷烃(或芳烃)组份较多的油品粘度较高,即粘温性较差;含胶质和芳烃较多油品粘度高,粘温性差,即粘度指数低。 粘度常用运动粘度表示,单位mm²/s。重质燃料油粘度大,经预热使运动粘度达到18~20mm²/s(40℃),有利于喷油嘴均匀喷油。

2、  粘度单位:按国际单位制,粘度的单位为帕·秒。惯用厘斯(cSt)为单位。1厘斯=10ˉ⁶米2/秒=1毫米2/秒。有时也用泊或厘泊(1泊=帕·秒,1厘泊= 10‾²泊)。

动力粘度单位换算

1泊 (1P)=100厘泊(100cP)

1厘泊(1cP)=1毫帕斯卡·秒 (1mPa·s)

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

3、  粘度分类:恩氏粘度、赛氏粘度、雷氏粘度;

指采用不同的特定粘度计所测得的以条件单位表示的粘度,各国通常用的条件粘度有以下三种:

①恩氏粘度又叫恩格勒(Engler)粘度。是一定量的试样,在规定温度(如:50℃、 80℃、100℃)下,从恩氏粘度计流出200毫升试样所需的时间与蒸馏水在20℃流出相同体积所需要的时间(秒)之比。温度tº时,恩氏粘度用符号Et表示,恩氏粘度的单位为条件度。

②赛氏粘度,即赛波特(sagbolt)粘度。是一定量的试样,在规定温度(如 100ºF、F210ºF或122ºF等)下从赛氏粘度计流出200毫升所需的秒数,以“秒”单位。赛氏粘度又分为赛氏通用粘度和赛氏重油粘度(或赛氏弗罗(Furol)粘度)两种。

③雷氏粘度即雷德乌德(Redwood)粘度。是一定量的试样,在规定温度下,从雷氏度计流出50毫升所需的秒数,以“秒”为单位。雷氏粘度又分为雷氏1号(Rt表示)和雷氏2号(用RAt表示)两种。

上述三种条件粘度测定法,在欧美各国常用,我国除采用恩氏粘度计测定深色润滑油及残渣油外,其余两种粘度计很少使用。三种条件粘度表示方法和单位各不相同,但它们之间的关系可通过图表进行换算。同时恩氏粘度与运动粘度也可换算,这样就方便灵活得多了。

4、  粘度的计算方法:

一对平行板,面积为A,相距dr,板间充以某液体。对上板施加一推力F,使其产生一速度变化du,由于液体的粘性将此力层层传递,各层液体也相应运动,形成一速度梯度du/dr,称剪切速率,以r′表示,即r′= du/dr。F/A称为剪切应力,以τ表示,即τ=F/A。剪切速率与剪切应力间具有如下关系:(F/A)=η(du/dr),

此比例系数η即被定义为液体的剪切粘度(另有拉伸粘度,剪切粘度平时使用较多,一般不加区别简称粘度时多指剪切粘度),故η=(F/A)/(du/dr)=τ/r′。

将两块面积为1㎡的板浸于液体中,两板距离为1米,若在某一块板上加1N的切应力,使两板之间的相对速率为1m/s,则此液体的粘度为1Pa·s。

牛顿流体:符合牛顿公式的流体。 粘度只与温度有关,与切变速率无关, τ与D为正比关系。 非牛顿流体:不符合牛顿公式τ/D=f(D),以ηa表示一定(τ/D)下的粘度,称表观粘度。

粘度随温度的不同而有显著变化,但通常随压力的不同发生的变化较小。液体粘度随着温度升高而减小,气体粘度则随温度升高而增大。对于溶液,常用相对粘度μr表示溶液粘度μ和溶剂粘度μ之比,即:

相对粘度与浓度C的关系可表示为:

μr=1+【μ】C+K′【μ】C+…

式中【μ】为溶液的特性粘度,

K′为系数。【μ】、K′均与浓度无关。

不同流体的粘度差别很大。在压强为101.325kPa、温度为20℃的条件下,空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度为:

空气 μ=17.9×10^-6Pa·s, v=14.8×10^-6m²/s

水 μ=1.01×10^-3Pa·s, v=1.01×10^-6m²/s

甘油 μ=1.499Pa·s, v=1.19×10^-3m²/s

5、  粘度的测量方法及分类:毛细管法、旋转法、落球法和振动法

目前,国内外很多厂家根据不同的粘度测量对象研究了许多不同的测量方法,现在比较常用的是力学法测量,力学粘度测量方法主要有,毛细管法、旋转法、落球法和振动法。近来还出现许多针对特殊被测流体和特殊测量要求的新型粘度测量技术。 

(1) 毛细管法:流体流经细管的流量与细管半径的四次方成正比,而与流体的粘度成反比,因此,通过测量小细管内部流体流量和管径的大小,就可以通过一定的关系得出流体的粘度。毛细管测量法必须满足如下条件:

Ø   细管中流体的流动状态必须为层流状态,即为平行线状流动;

Ø   毛细管为足够长的直管并且管径均匀一致;

Ø   流体的体积不随环境压力的变化而变化;

Ø   附着在毛细管壁的流体不存在滑动现象;

Ø   流体为牛顿流体并且流速均匀一致。

由于毛细管测量法受上述条件的影响因此测量过程中容易出现毛细管被大颗粒堵塞的情况,而且要求流体为稳定流动,同时,毛细管测量法在高温环境下无法使用。 

(2) 旋转法:旋转法的主要原理是将进入待测流体中的物体旋转,或者是维持物体静止而使物体周围的流体作旋转流动时,由于存在剪应力作用,这些流体中的物体将会受到粘性力矩的作用。假若保证旋转等条件相同,此时粘性力矩的大小将随着流体的粘度的变化而变化,通过测量粘性力矩的大小,即可按照一定的关系求出流体的粘度。 由于旋转法的操作方式简单,适用面广,因此在我国应用十分广泛。但是旋转法精度较低,对流体以及周围测量环境要求较高。

(3) 落球法:假如一个小球在流体中运动满足如下基本条件:

Ø   流体为牛顿流体

Ø   球为刚性球

Ø   小球的运动速度很缓慢并且为匀速运动,则此时刚性小球在粘性流体中运动所受到的粘性力与小球的速度以及流体的粘性有关。由小球的各项参数以及下落的距离和时间,就能求出流体的粘度。落球法一般只适用于粘度较大并且较为透明的流体,适用范围较窄,不适合道路沥青粘度的在线测量。

(4)     振动法:处于流体内的物体振动时会受到流体的阻碍作用,此作用的大小与流体的粘度有关。常用的振动式粘度计有超声波粘度计,其探测器内有一个弹片。在受脉冲电流激励时,弹片产生超声波范围的机械振动。当弹片浸在被测样品中时,弹片的振幅与样品的粘度和密度有关。在已知密度的情况下,可从测出的振幅数据求得粘度数值。

 

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