ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ НА ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ [c.60]
Влияние характеристик неньютоновских жидкостей на теплоотдачу проявляется в меньшей степени, чем на потери давления, и, как правило, существенно меньше, чем влияние температуры на вязкость.
Помимо температуры, на вязкость жидкостей оказывает влияние давление и некоторые другие физические воздействия. [c.186]
Как известно [3], влияние давления на вязкость капельных жидкостей сказывается в области высоких давлений. Поэтому, в тех случаях, когда давление не превышает 10 МПа, изменением вязкости от давления пренебрегают. Вязкость, главным образом, зависит от рода жидкости и температуры (табл. 6 и 7). Обычно зависимость вязкости от температуры для различных жидкостей определяется по экспериментальным формулам, графикам, таблицам. [c.11]
В области высоких давлений (100—400 МПа) вязкость жидкости увеличивается линейно с давлением, а в области более высоких давлений зависимость носит логарифмический характер. Влияние давления и температуры на изменение вязкости тем больш , чем сложнее структура молекулы жидкости. Практически повышение давления на 33 МПа увеличивает вязкость жидкости на величину, которая соответствует примерно понижению температуры на [c.260]
Относительной вязкостью удобно пользоваться при сравнении вяэости растворов (в качестве % принимают вязкость растворителя), для оценки влияния давления вязкость при атмосферном давлении) и температуры на вязкость жидкостей и при других физико-химических исследованиях. [c.70]
Изменение давления до 10 МПа мало влияет на изменение вязкости. При больших давлениях его влиянием на изменение вязкости пренебрегать нельзя. Аналитические зависимости вязкости от температуры весьма разнообразны. Отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости называется коэффициентом кинематической вязкости, который обычно и применяется в практических расчетах [c.18]
Представьте графически зависимость температуры жидкости от безразмерного радиуса (r/R). Влиянием температуры на вязкость и влиянием давления на плотность жидкости можно пренебречь.
В системе СГС единицей кинематической вязкости является стокс (Ст), равный 1 см /с, а единица, в 100 раз меньшая, называется сантистоксом (сСт). С повышением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается, а газов увеличивается. Давление оказывает незначительное влияние на величину вязкости п обычно может пе приниматься во внимание. [c.30]
Влияние давления на вязкость н идкостей, как правило, очень мало. Приблизительно до 4-10 Па (40 кГ/ м ) это влияние не принимается во внимание. С повышением давления вязкость жидкостей обычно возрастает. Ориентировочно считают, что повышение давления на —32 10 Па (330 кГ/см ) вызывает такое же повышение вязкости, что и снижение температуры на 1 К. При повышении давления до 9, 81 10 Па (1000 кГ/см ) вязкость многих органических жидкостей увеличивается вдвое (для воды это увеличение невелико). Методы, используемые для расчета вязкости жидкости при высоком давлении, приведены в работе Бретшнайдера [8]. [c.33]
Погрешности, обусловленные влиянием внешних условий, — это температура окружающего воздуха и измеряемой среды, свойства этой среды, давление, магнитные и электрические поля и другие. Характерными примерами могут служить влияние вязкости жидкости на погрешность ТПР, влияние температуры и давления на объем ТПУ и т.д. [c.77]
Движение молекул небольшого размера через стационарные отверстия или капилляры. Движение жидкости может осуществляться как за счет молекулярного потока, так и за счет потока, обусловленного вязкостью жидкости. В связи с этим на перенос вещества влияет дифференциал давления пара, существующий между входом и выходом из отверстий, а также размер и форма диффундирующих молекул и длина их пути. Рассматриваемый процесс является неактивированным в том смысле, что влияние температуры сказывается только на увеличении
В этой главе рассматриваются вопросы учета сырой нефти при ее дальнейшей транспортировке, не затрагивая вопросов измерения дебита нефтяных скважин. Под сырой нефтью будем подразумевать любую нефть (жидкость), полученную после сепарации, без всякого ограничения содержания каких-либо примесей (воды, солей, механических примесей и т.д.) и перекачиваемую на установки подготовки нефти. Эта жидкость представляет собой сложную смесь нефти, растворенного газа, пластовой воды, содержащей, в свою очередь, различные соли, парафина, церезина и других веществ, механических примесей, сернистых соединений. При недостаточном качестве сепарации в жидкости может содержаться свободный газ в виде пузырьков — так называемый окклюдированный газ. Все эти компоненты могут образовывать сложные дисперсные системы, структура и свойства которых могут быть самыми разнообразными и, самое главное, не постоянными в движении и времени. Например, структура и вязкость водонефтяной эмульсии могут изменяться в широких пределах в процессе движения по трубам, в зависимости от скорости, температуры, давления и других факторов. Всё это создаёт очень большие трудности при учете сырой нефти, особенно при использовании средств измерений, на показания которых влияют свойства жидкости, например, турбинных счетчиков. Особенно большое влияние оказывают структура потока, вязкость жидкости и содержание свободного газа. Частицы воды и других примесей могут образовывать сложную пространственную решетку, которая в процессе движения может разрушаться и снова восстанавливаться. Поэтому водонефтяные эмульсии часто проявляют свойства неньютоновских жидкостей. Измерение вязкости таких жидкостей в потоке представляет большие трудности из-за отсутствия методов измерения и поточных вискозиметров. Измерения, проводимые с помощью лабораторных приборов, не дают истинного значения вязкости, так как вязкость отобранной пробы жидкости отличается от вязкости в условиях трубопровода из-за разгазирования пробы и изменения условий измерения. Содержание свободного газа зависит от условий сепарации и свойств жидкости. Газ, находясь в жидкости в виде пузырьков, изменяет показание объемных счетчиков на такую долю, какую долю сам составляет в жидкости, то есть если объем газа в жидкости составляет 2 %, то показание счетчика повысится на 2 %. Точно учесть содержание свободного газа при определении объема и массы нефти очень трудно по.двум причинам. Во-первых, содержание свободного газа непостоянно и может изменяться в зависимости от условий сепарации (расхода жидкости, вязкости, уровня в сепараторах и т.д.). Во-вторых, технические средства для непрерывного измерения содержания газа в потоке в настоящее время отсутствуют. Имеющиеся средства, например, устройство для определения свободного газа УОСГ-ЮОМ, позволяют производить измерения только периодически и дают не очень достоверные результаты. Единственным способом борьбы с влиянием свободного газа является улучшение сепарации жидкости, чтобы исключить свободный газ или свести его к минимуму. Для уменьшения влияния газа УУН необходимо устанавливать на выкиде насосов. При этом объем газа уменьшается за счет сжатия.
Для одновременного учета влияния на вязкость жидкости давления и температуры принимаем в соответствии с формулами (1.17) и (1.18) [c.90]
Рассматривая движения воды, пользуются те.м, что ее вязкость почти не меняется при колебаниях температуры, и учитывают это в коэффициенте фильтрации, который определяет гидравлические характеристики среды. Он имеет размерность скорости — коэффициент Дарси. Это расход жидкости через единицу сечения при гидравлическом градиенте, равном 1. Исследование вязкости показывает, что каждая жидкость при движении придает различный коэффициент фильтрации одной и той же среде. Как и расход, коэффициент Дарси изменяется в обратной зависимости от величины вязкости жидкости. Для того, чтобы освободиться от такого влияния вязкости, нефтяники ввели коэффициенты проницаемости среды, измеряемые в дарси и пермах. Для воды при 20 С они имеют следующие значения 100 дарси = 10 м/с = 10 перм. В дарси давление — в атмосферах и вязкость — в сантипуазах. [c.68]
Увеличение начальной температуры Го жидких ВВ имеет двойной эффект. Во-первых, с ростом Та возрастает скорость горения жидкости. Одновременно изменяются и критические условия (80) и (93) ввиду убывания т и о (в той мере, в какой растет температура поверхности горящей жидкости) при увеличении начальной температуры (влиянием Та на рг можно пренебречь). Анализ изменения критической обстановки в зависимости от Т показывает, что увеличение Та существенно снижает критическое давление р и скорость 3. Учитывая, что вязкость зависит от температуры экспоненциально, следует ожидать значительно более сильное влияние начальной температуры на устойчивость горения высоковязких систем в сравнении с невязкими. [c.207]
При сравнительно низких давлениях влияние давления на вязкость жидкостей при постоянной температуре выражается эмпирическим уравнением т] = т]° ехр (КР), где К — постоянная. При высо-ких давлениях для описания весьма сложного влияния давления нриходится вводить другие члены. Как отметил Бриджмен, если влияние давления на большинство свойств ослабевает по мере повышения давления, то для вязкости справедливо обратное. Например, вязкость изопропилового спирта при 30 °С и 30 ООО атм в 1 10 раз больше, чем при Р = 1 атм. Это значение гораздо больше, чем
Конвективный теплообмен происходит благодаря контакту движущейся жидкости и твердой поверхности, имеющих различную температуру. Прн вынужденной конвекции движение вызвано не нагревом жидкости, как это наблюдается при естественной конвекции, а воздействием некоторой внешней силы. Энергия, поступающая извне, необходима для поддержания движения жидкости при этом действуют две силы — давление жидкости, зависящее от скорости потока (V2 Р ) и сила трения, обусловленная вязкостью жидкости ([х dv dy)). Влияние этих сил на теплоотдачу жидкости характеризуется безразмерным параметром — критерием Рейнольдса Не = pvX . Этот параметр характеризует также режим течения в пограничном слое, который самым непосредственным образом определяет теплоотдачу жидкости. [c.55]
Влияние давления и температуры на вязкость ньютоновских жидкостей. Известно, что увеличение давления и снижение температуры жидкости в подавляющем большинстве случаев приводит к увеличению ее вязкости. [c.65]
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ [c.379]
В настоящей статье невозможно охватить все современные применения вискозиметрии. Поэтому здесь не будут рассмотрены вискозиметры для высоких температур [2], для расплавленных шлаков, металлов, стекол и горных пород. За последнее время эта область вискозиметрии получила в СССР широкое развитие [3]. Не будут изложены здесь применения вискозиметрии при высоких давлениях (особенно важно для смазочных масел [4] и нефти [5]),так же как и вопросы измерения вязкости газов при обычных температурах [6], при высоких температурах до 1600 [7] и при высоких давлениях [8] и сжиженных азов при низких температурах [9], в частности интересные исследования сверхтекучести жидкого гелия [10]. Не будут приведены также специальные типы вискозиметров, например для исследования влияния электрического и магнитного поля [11] на вязкость жидкостей (прибор с плоским капилляром и др.). [c.192]
Необходимо отметить, что вязкость отличается в одном важном отношении от рассмотренных ранее в этой книге свойств, а именно вязкость является, динамическим неравновесным свойством в макромасштабе. Плотность же, например,— это статическое равновесное свойство. В микромасштабе оба эти свойства отражают влияние движений и взаимодействия молекул. Хотя обычно вязкость называют неравновесным свойством, она является функцией состояния жидкости, как и температура, давление, объем, и может быть использована для определения состояния вещества ). [c.347]
Влияние температуры на вязкость. Вязкость жидкостей является единственным их свойством, которое резко изменяется с изменением температуры и давления. Причем эта зависимость тем резче, чем более вязкая жидкость. Так, при изменении температуры от 223 до 448° К при постоянном давлении вязкость авиационного масла уменьшается примерно в 100 раз, а при изменении давления от 10 до 10 при постоянной температуре она увеличивается примерно в миллион раз. Так же, как и в случае зависимости поверхностного натяжения от температуры, здесь нет еще общих закономерностей, определяющих зависимость вязкости жидкостей от температуры и давления. Было предложено много эмпирических уравнений, выражающих зависимость вязкости от темпе-)атуры, но каждое из них имеет лишь ограниченное применение. Лростое уравнение, выражающее зависимость вязкости неассоции-рованных жидкостей от их удельного объема, было установлено опытным путем Бачинским в 1913 г. Он нашел следующую зависимость [c.45]
Принимая, что высокая вязкость жидкости вызывается внутренним давлением, которое является результатом взаимного притяжения молекул, легко понять и причину высокого отрицательного температурного коэфициента вязкости 31 соответствия его величине самой вязкости. Что с повышением температуры очень сильно возрастает дезагрегирующее тепловое движение жидкости, видно из сильного роста давления при нагревании -лшдкости при постоянном объеме [дР1д1) , изменение другим способом внутреннего давления не должно бы быть велико в этих условиях, поскольку среднее межмолекулярное расстояние остается одним и тем же. Если нагревать жидкость без значительного увеличения внешнего давления, необходимого, чтобы поддерживать ее при постоянном объеме, ее термическое расширение, хотя сравнительно и небольшое, сильно понижает внутреннее давление, вследствие влияния межмолекулярного расстояния на притягательные силы (стр. 20—21). Это уменьшение внутреннего давления вызывает сильное понижение вязкости. Чем выше внутреннее давление, а следовательно, и [c.42]
Вязкость газов может быть рассчитана с помощью методов, основанных на теоретических предпосылках, но для определения вязкости жидкостей аналогичной теоретической базы не существует. Конечно, вязкости жидкостей значительно отличаются от вязкостей газов, т. е. они много больше по величине и резко уменьшаются с повышением температуры. Вязкость газа при низком давлении обусловлена главным образом передачей количества движения в результате отдельных столкновений молекул, движущихся беспорядочно между слоями с различными скоростями. Аналогичная передача количества движения может также существовать в жидкостях, хотя обычно она малозаметна из-за влияния полей сил взаимодействия между плотно упакованными молекулами. Плотности жидкостей такие, что среднее межмолекулярное расстояние не очень значительно отличается от эффективного диапазона действия таких силовых полей. [c.379]
Двоякое поведение жидкой воды следует также из большого числа других экспериментальных данных. Так, зависимость плотности воды от температуры и понижение температуры максимальной плотности жидкости с возрастанием давления можно хорошо объяснить, если учесть возможность самоперехода объемной структуры воды в более плотную форму. Таким же образом вызываемые давлением разрушения объемной структуры с образованием в жидкости менее плотных компонентов можно объяснить влиянием температуры на вязкость воды, находящейся под высоким давлением [33]. Данные по поглощению ультразвука водой также согласуются с развитыми представлениями о пребывании воды в виде двух отличающихся по состоянию жидкостей. Минимум, наблюдаемый при 55° на кривой поляризуемость электрона — температура, объясняется термическим разрушением структурных пустот и степенью заполнения этих пустот ближайшими молекулами воды [35]. Кроме этого, близкие значения энергии активации диэлектрической релаксации, ламинарного потока и самодиффузии (4,6 ккал/люль) также позволяют предположить, что лимитирующей стадией для всех этих процессов является разрушение структуры [36]. Количественная обработка такого двойственного поведения воды дает возможность определить степень разрушения водородных связей, которая меняется в зависимости от выбранной модели от 0,1 до 70% при 0° [37]. Очевидно, эти величины относятся к различным моделям или к различным степеням разрушения водородных связей. Как следует из данных по дисперсии рентгеновских лучей, многие физические свойства воды, которые свидетельствуют о ее существовании в двух жидких состояниях, можно объяснить, используя существенно отличающиеся друг от друга модели [29, 38]. Следовательно, точное определение природы менее связанного плотного состояния воды представляет значительную трудность, [c.15]
Вязкость является функцией взаимного трения молекул, которое зависит от их структуры и пространственного расположения. Поэтому изменение температуры среды оказывает значительное влияние на вязкость. У жидкостей вязкость сильно понижается с повышением температуры и тем больше, чем выше вязкость. У газоь наоборот, с повышением температуры вязкость увеличивается. Согласно А. Г. Касаткину зависимость между вязкостью и температурой для жидкостей нельзя выразить простым соотношением. Однако, существует ряд эмпирических уравнений, которые можно применять для некоторых жидкостей. Влиянием обычных давлений для жидкостей можно пренебречь. [c.24]
Однако влияние очень больших давлений становится заметным. Так например, при повышении давления с 1 до 1000 ати динамическая вязкость у ртути и воды увеличивается на 30%, у алкоголя, толуола, пентана и эфира в 1,5—2 раза, а у масел в 4 раза, причем с повышением давления влияние его увеличивается. С повышением температуры, наоборот, влияние его уменьшается. Например, у воды, находящейся под давлением 300 ати при температуре 100°, вязкость увеличивается по сравнению с нормальной температурой на 217о, при 200° на 11% и при 300° только на 7%. Если давление среды р (ата), г р ее динамическая вязкость при этом давлении и т]1 динамическая вязкость при 1 ата, то по Стрейцу зависимость динамической вязкости от величины давления у жидкостей можно выразить приближенным уравнением [c.24]
Экспериментальные исследования влияния гидростатического давления на вязкостные свойства показывают, что пьезоэффект вязкости у расплавов полимеров выражен значительно сильнее, чем у низкомолекулярных жидкостей. Так, при изменении гидростатического давления от 350 до 1750 кгс см эффективная вязкость полиэтилена, определенная при температуре 150°С и скорости сдвига 500 сек увеличилась в 5,6 раза Эффективная вязкость полистирола, определенная при температуре 196° С и скорости сдвига 70 сек , при повышении давления от 140 до 1750 кгс1см увеличилась в 135 раз. [c.53]
Исследование процесса образования пузырей и капель при истечении жидкостей или газов из отверстий и сопел имеет исключительно важное значение для разработки научно-обоснованных методов расчета колонных аппаратов, в которых межфазная поверхность создается путем диспергирования жидкости или газа. Механизм образования пузырей и капель чрезвычайно спожен и определяется очень большим числом параметров. Параметры, влияющие на процесс образования пузырей, можно подразделить на конструктивные, параметры, связанные со свойствами газов и жидкостей, и режимные параметры. К первому классу относятся диаметр, форма, ориентация и конструкция сопла, а также материал, из которого он изготовлен. Кроме того, чрезвьиайно важным конструктивным параметром для образования пузырей, является объем газовой камеры, из которой происходит йстечение газа в жидкость. К параметрам, связанным со свойствами выбранной системы, можно отнести поверхностное натяжение на границе раздела фаз, плотность и вязкость жидкости и газа, угол смачивания и скорость звука в газе. И, наконец, режимные параметры включают объемный расход диспергируемой фазы, величину и направление скорости сплошной фазы, высоту уровня жидкости в колонне, перепад давления в сопле и температуру. Не все названные параметры равноценны и одинаково важны для процессов образования капель и пузырей, однако большинство оказывает существенное влияние на величину отрывного диаметра и частоту образования диспергируемых частиц. [c.48]
В настоящее время имеется ряд работ )[1, 2], в которых рассматриваются закономерности неизотермического течения реагирующих материалов с изменяющейся в процессе химической реакции вязкостью. Однако решения, представленные в [1,2 ], справедливы для описания процесса течения ньютоновских жидкостей и не учитывают влияния температуры и давления на их физические свойства. В этой свйзи задачей настоящей работы является создание методики определения температурных и гидродинамических условий течения в плоском канале неньютоновских, химически реагирующих сред, когда степень протекания реакции в жидкости, вытекающей из канала, не превышает заданной величины. [c.50]
Влияние температуры на вязкость газов (при низком или умеренном давлении) можно оценить следующим образом [c.56]
В системе СГС единицей кинематической вязкости является стокс (Ст), равный 1 см /с, а единица, в 100 раз меньшая, называется сантистоксом (сСт). С повышением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается, а газов увеличивается. Давление оказывает незначительное влияние на величину вязкости п обычно может пе приниматься во внимание. [c.30]
Значения постоянных Сатерленда приведены в табл. 1-1. Зная влияние температуры на удельную (массовую или мольную) теплоемкость— см. уравнение (111-13)—можно определить зависимость теплопроводности от температуры. Установлено, что с повышением температуры теплопроводность газов увеличивается аналогично вязкости. [c.280]
Параметры фазы пузырей, найденные в условиях холодных аналогов аппаратов КС, могут измениться в условиях реального процесса. Установлено, что при повышении давления, температуры, вязкости газа увеличивается высота зоны формирования пузырей, уменьшаются размеры пузырей. Положительное влияние давления проявляется главным образом для материалов группы А, содержащих пылевидные фракции [50]. [c.67]
Вязкость газов может быть рассчитана с помощью методов, основанных на теоретических предпосылках, но для определения вязкости жидкостей аналогичной теоретической базы не существует. Конечно, вязкости жидкостей значительно отличаются от вязкостей газов, т. е. они много больше по величине и резко уменьшаются с повышением температуры. Вязкость газа при низком давлении обусловлена главным образом передачей количества движения в результате отдельных столкновений молекул, движущихся беспорядочно между слоями с различными скоростями. Аналогичная передача количества движения может также существовать в жидкостях, хотя обычно она малозаметна из-за влияния полей сил взаимодействия между плотно упакованными молекулами. Плотности жидкостей такие, что среднее межмолекулярное расстояние не очень значительно отличается от эффективного диапазона действия таких силовых полей. [c.379]
Гидродинамические теории течения газов и жидкостей практически одинаковы, но механизмы течения этих систем, т. е. механизмы смещения частиц относительно друг друга, различны. Это подтверждается сравнением влияния температуры и давления на вязкость газов и жидкостей. [c.76]
При нормальной и повышенной температуре или при низком и умеренном давлении влиянием давления на вязкость газов можно практически пренебречь. Вязкость смеси газов можно вычислить по формуле [c.57]
Условия контакта газа и гликоля в абсорбере. Температура контакта газа и гликоля оказывает существенное влияние на глубину осушки газа. При высокой темпера, туре контакта увеличивается парциальное давление воды над абсорбентом, а соответственно и содержание воды в газе. Снижение температуры повышает глубину осушки газа. Однако при выборе температуры контакта необходимо учитывать увеличение вязкости гликоля со снижением температуры и ухудшение ири -)том условий массообмена, а также опасность конденсании углеводородов. Верхний предел температуры контакта обуслов- [c.143]
Пользуясь выводами из кинетической теории газов, можно показать, что при не очень высоких давлениях вязкость газа не зависит от давления. Влияние же температуры на вязкость опреде—ляется основанным на той же теории уравнением Сатерленда [c.21]
ПРИМЕНЕНИЕ ПРАВИЛА ЛИНЕЙНОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ВЯЗКОСТИ ГАЗА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ГАЗОВОЙ СМЕСИ [c.242]
В отличие от механизма внутреннего трения в газах (передача энергии сталкивающимися в хаотическом движении молекулами), главной причиной вязкости жидкостей является существование сил взаимодействия между молекулами. Если принять такую упрощенную модель явления, то легко объяснить разницу между влиянием температуры на вязкость газов и жидкостей с повышением температуры увеличивается энергия молекул газа, поэтому увеличивается и внутреннее трение. В жидкости же при этом уменьшаются силы взаимного притяжения молекул, что вызывает [c.297]
Объясните, в чем состоит причина столь сильного различия жидкостей по их вязкости. Почему при повышении темперагуры вязкость жидкостей понижается, а газов повышается Одинаково ли влияние температуры на вязкость различных жидкостей Предложите способ вычисления вязкости при других температурах и рассчитайте вязкость при -10, +10 и 30° С. [c.224]
Нефти весьма различны по составу. Они резко отличаются друг от друга по содержанию легких бензиновых фракций, твердых па-,рафинов, асфальто-смолистых веществ и т. д. Консистенция различных нефтей крайне разнообразна от жидкой маслянистой до густой смолообразной. Нефти также различны по своей плотности. Громадное большинство нефтей легче воды. Плотность их в основном изменяется от 0,75 до 1,00. Лишь как исключение встречаются нефти плотностью более единицы. Вязкость нефтей претерпевает сильные изменения в зависимости от количества растворенного в них газа и пластовой температуры. Меньшее влияние на вязкость [c.27]
Из параметров газового потока наибольшее влияние на осаждение оказывают влажность и температура. Со снижением температуры уменьшается вязкость газов, вследствие чего они оказывают меньшее сопротивление перемещению взвешенной частицы к электроду (см.раздел 1.2.10). С понижением температуры растет устойчивость коронного разряда, что позволяет работать при более высокой напряженности электрического поля. Кроме того, с охлаждением обрабатываемого потока растет его относительная влажность, что ведет к понижению УЭС частиц вследствие их увлажнения. [c.269]
Из этого выражения следует, что скорость жидкостного спекания, характеризуемая усадкой, прямо пропорциональна поверхностному натяжению на границе жидкость — твердая фаза (при условии хорошего смачивания, т. е. при малом поверхностном натяжении на границе жидкость — газ) и обратно пропорциональна вязкости жидкой фазы и размеру частиц твердой фазы. Поскольку поверхностное натяжение жидкой фазы во многих силикатных системах не очень сильно меняется при изменении их состава и температуры, то решающее значение для жидкостного спекания имеют сильно зависящая от температуры вязкость жидкой фазы и размер частиц твердой фазы. Увеличению интенсивности жидкостного спекания способствует понижение вязкости расплава (хотя часто чрезмерное снижение вязкости недопустимо из технологических соображений, так как может привести к деформации изделий под влиянием силы тяжести) и уменьшение размеров частиц спекающейся твердой фазы (например, при уменьшении размера частиц от 10 до 1 мкм скорость жидкостного спекания при прочих равных условиях увеличивается в 10 раз). [c.342]
Из соотношения (2.5) следует практически важный вывод о влиянии температуры дисперсионной фазы на величину скорости осаждения. Действительно, значение обратно пропорционально вязкости ц, поэтому при осаждении из газов, вязкость которых с ростом температуры увеличивается, осаждение лучше проводить при пониженной температуре. В капельных жидкостях ситуация обратная поскольку их вязкость по мере повышения температуры уменьшается, то и скорость осаждения увеличивается при осаждении из горячих жидкостей. Отмеченное влияние температуры сплошной среды на скорость осаждения сохраняется и для неламинарных режимов осаждения. [c.176]
Чтобы учесть влияние температуры на вязкость газов, можно воспользоваться формулой Сатерленда ( 11-20). Однако надо помнить, что постоянные Сатерленда С, приведенные в табл. 11-4, в большинстве случаев относятся к интервалу температур О—300° С. [c.233]
Для определения влияния давления и температуры на вязкость газов в системе приведенных параметров принято два метода. Первый метод заключается в определении значения приведенной вязкости 1пр [c.249]
В. Расчетные формулы. Условие, при котором максимален коэффициент теплоотдачи от слоя к поверхности. Скорость ожижающего газа, обеспечивающая максимальный коэффициент теплоотдачи от слоя к стенке, является функцией среднего размера частиц. Она лучше всего выражается в виде произведения коэфминимальную скорость ожижения этот коэффициент уменьшается, когда средний диаметр частицы растет. Из-за трудностей в учете формы частиц и ее влияния, в особенности на пористость слоя, корреляции, предлагаемые в [1—4], для расчета минимальной скорости ожижения ненадежны. Следовательно, лучше непосредственно измерять минимальную скорость ожижения, но это не всегда возможно при высоких рабочих температурах и давлениях. В этих условиях рекомендуется интерполяционная форма зависимости [13 . Например, найдено, что она удовлетворительно учитывает влияние изменения вязкости и плотности газа с температурой [7] в предположении, что значение пористости при минимальном ожижении равно значенню, которое используется в корреляции для температурных условий окружающей среды, когда можно легко определить. Рекомендуемая формула принимает вид [c.448]
Прн обычиых условиях влияние температуры на вязкость газа более существенно, чем влияние давления. Однако прн очень высоких давлениях влияние давления на ВЯЗК0СТ1. смесн также становится заметным. Представляется, что предложенная н [14] процедура является наилуч-шен для расчета вязкости газовых смесей ири высоких давлепцях. Рекомендованное там уравнение имеет вид [c.175]
Относительная скорость дрейфа частиц при высоких температурах и давлениях находится в зависимости от ряда параметров. Они рассматриваются в виде эффективного потенциала (рассмотрен в предыдущем разделе) из уравнения (Х.43), поправочного коэффициента Канингхэма С [уравнение (IV.30)] и вязкость газа [уравнение (IV.31) и Приложения]. Прочие факторы (диэлектрическая проницаемость и диаметр частиц) не подвержены значительным изменениям под влиянием температуры и давления. Влияние температуры в воздухе при атмосферном давлении было-рассмотрено Трингом и Страусом [834], а расчетная относительная скорость дрейфа для ряда частиц показана на рис. Х-30. Влияние как высокого давления (или плотности), так и температуры для частиц ВеО в сжатом диоксиде углерода рассматривалось Ланкастером и Страусом [829]. Результаты этих расчетов приведены на рис. Х-31 (исходя из условия, что скорость дрейфа частицы с радиусом 1 мкм в условиях окружающей среды составляет 100 единиц в единицу времени например, 100 см/с в поле KVp=1000). [c.498]
Влияние заряда на скорость коагуляции частиц очень сложно, и экспериментальные данные по этому вопросу противоречивы. Если все частицы несут заряды одинакового знака, это замедляет коагуляцию, тогда как разноименные заряды, возникающие на частицах в сильном электрическом поле [299], ускоряют агломерацию. Методы расчета с учетом электрических зарядов частиц можно найти в литературе [315]. Влияние температуры, давления и вязкости на скорость агломерации может быть рассчитана из изменения константы коагуляции х при изменении температуры, вязкости и поправочного коэффициента Каннингхема (который представляет собой сложную зависимость длины среднего свободного пробега молекул газа от температуры, давления и вязкости), т. е. (4СА7 /3[х) при 5 = 2. [c.519]
Вязкость газа обычно возрастает с температурой, так что изменения толщины пограничного слоя газа будут противоположны изменениям в случае жидкости. К счастью, число Прандтля для газов близко к единице и, как правило, влияние изменения температуры по толщине пограничного слоя невелико — порядка нескольких процентов. Когда же разность температур достигает 800 К или более (как в двигателях некоторых самолетов, ракет и ядерных реакторах), изменения физических свойств по толщине пограничного слоя могут привести к существенному отличию коэффициента теплоотдачи от расчетного значения, полученного из уравнения (3.22),— до 30% и более. Эксперименты с воздухом и гелием, выполненные в Льюисской лаборатории ЫА5А, показали, что для обеспечения хорошего соответствия результатов достаточно знать физические свойства теплоносителя при среднеарифметическом значении температуры между стенкой и основным потоком 124, 25]. Это относится не только к коэффициентам теплопроводмости и вязкости в выражении для числа Прандтля и коэффициенту теплопроводности в выражении для числа Нуссельта, но также к коэффициенту вязкости и плотности в выражении для числа Рейнольдса, так что уравнение (3.22) принимает следующий вид [c.57]
Влияние давления на вязкость до р = 1,0 Мн1м для большинства газов проявляется незначительно, но при более высоких давлениях оно велико. Данные о вязкости газов в зависимости от давления для ряда температур представлены кривыми на рис. IX.21. [c.498]
С гавышение.м температуры увеличивается наклон линии равновесия, так как растет парциальное давление в состоянии равновесия с данным раствором, поэтому разность У — У будет уменьшаться, а величина Л г увеличиваться (рис. УП-19). Повышение гемпературы вызывает также увеличение вязкости газа и толщины пограничного слоя. г. По уравнению (УП-27) коэффициент диффузии О пропорционален Т следовательно, отношение 01Т будет пропорционально 7 . Но в итоге, как показывает опыт, ббльплим оказывается влияние вязкости, и коэффициент несколько уменьшается с ростом температуры. Поэтому выражение перед знаком интеграла (ВЕП) увеличивается при повышении температуры. В результате высота абсорбера й растет с увеличением температуры. Таким образом, процесс абсорбции хорошо растворимого компонента следует проводить при низкой температуре. [c.578]
Вследствие влияния температуры на вязкость и плотность газа массовая скорость газа-носителя быстро уменьшается, если давление на входе в колонку поддерживать постоянным. Для колонки размером 100×0,3 см, заполненной сорбентом с диаметром зерен 0,15—0,25 мм, повышение температуры на 100 С сопровождается уменьшением расхода в 1,5—1,7 раза. Такой режим можно считать допустимым лишь в отдельных случаях при использовании потоковых детекторов, для которых площадь пиков анализируемых веществ не зависит от скорости газа и определяется только массой компонента. Кроме того, необходимо, чтобы изменение скорости не вызывало существенного дрейфа нулевой линии. Этому условию в первом приближении может отвечать лишь ДИП, причем только в узком интервале расходов газа-носителя (например, 1,5—2,5 л/ч). Эксплуатация детектора по теплопроводности в этих условиях оказывается совершенно невог можной. Таким образом, режим постоянной скорости газа-носнтеля во всех отношениях более предпочтительный, а для достижения приемлемой точности анализа — единственно возможный. Для под-держания постоянного расхода в процессе повышения температуры колонки используются рассмотренные выше регуляторы расхода, которые непрерывно восстанавливают первоначальный расход, увеличивая соответствующим образом давление на входе в колонку. [c.84]
Увеличение гидродинамического сопротивления горящих частиц и зависимость Сх от Не при Не до 9000 можно объяснить влиянием сил вязкости в пристеночной области газового потока у горящей поверхности частиц, превышающих в десятки раз вязкость газов при нормальных условиях. Это подтверждается экспериментальными исследованиями Аптера и Чуханова по изучению влияния экзо- и эндотермических реакций на характер движения твердых реагирующих частиц в жидкостях [15—16] и однозначной зависимостью между постоянным коэффициентом в уравнении (4) и температурой среды, найденной Ремени [17]. [c.22]
Перемешивание смеси, самопроизвольное или вынужденное, зависит от многих факторов температуры, вязкости, встряхивания, формы сосуда, положения входного и сливного трубопроводов и т. д. Установить аналитическим путем влияние всех этих факторов невозможно, так как некоторые из них носят случайный характер. Можно полагать, что действительность более близка ко второму случаю, особенно при вынужденной конвекции и при перемешивании газов. В трубопроводах измет нение состава соответствует скорее первому случаю. Эти процессы рписан ) ниж , [c.422]
Обтекание пластинки с теплообменом и без теплообмена изучалось также для чисел М до 10 и л = 0,76 [54], для М до 3,16 при Рг = 0,733 и и = 0,768 [53], при Рг = = 0,725 и п=1,5 1,0 0,75 0,5[48], при Рг=1 и произвольном п и при произвольных числах Рг и п = 1 [56], при Рг = 0,7б и и = 0,89 [57], при Рг = 0,75 и зависимости вязкости от температуры по Сэзерленду [58[. Особенный интерес представляют результаты работ [59, 60]. В первой из них данные для трения и теплоотдачи получены с учетом действительного изменения свойств воздуха от температуры для широкого диапазона чисел М от 1 до 20. Во второй работе расчеты трения и теплопередачи по уравнениям газодинамического пограничного ламинарного слоя проведены при помощи счетных машин для решения дифференциальных уравнений. Расчеты охватывают числа М от 1 до 20 с учетом изменения с температурой вязкости, числа Рг и других п араметров воздуха на основе экспериментальных данных до 1000° К и при температурах от 1000 до 1700°К, — на основе расчетов по кинетической теории газов. В области высоких температур воздух предполагался диссоциированным, исходя из чего учитывалось и влияние диссоциации на изменение свойств воздуха с температурой. Результаты подобного рода расчетов даны в виде таблиц и графиков. Из них видно, что при больших [c.265]
Здесь (2, г) —осевая и радиальная координаты 1/ , V,., Уе — компоненты скорости в осевом, радиальном и азимутальном направлениях р, р, Т — термодинамические переменные (давление, плотность, температура) вязкость (х, теплопроводность к и теплоемкость при постоянном объеме Су принимают постоянными. Заметим, что в уравнениях движения влияние сжимаемости газа на вязкие напряжения учитывают с помощью слагаемого (1/3)ё1 У и что влиянием гравитационных сил пренебрегают. Член VI /г в радиальном уравнении движения и член У,У /г в азимутальном уравнении представляют собой соответственно центро-белсилу Кориолиса. Член (рё1уУ) в уравнении энергии представляет собой обратимую работу сжатия или расширения газа, а член фу15с — вязкую диссипацию энергии. Последнее уравнение выражает закон идеального газа, в котором М — молярная масса Р — универсальная газовая постоянная. [c.186]
Вблизи критической тем1пературы газы имеют вязкость, убывающую с ростом температуры. Влияние давления на вязкость газов уменьшается с повышением температуры. [c.59]
Cтраница 2
Вязкость капельных жидкостей с изменением давления меняется. В диапазоне малых давлений ( до 100 аг) это изменение незначительно, а потому им в большинстве случаев пренебрегают. При больших же давлениях изменение вязкости для некоторых капельных жидкостей ( например, для некоторых видов масел) является весьма значительным. [16]
Вязкость капельных жидкостей зависит от температуры и уменьшается с увеличением последней. Вязкость газов, наоборот, с увеличением температуры возрастает. Это объясняется различием самой природы вязкости в жидкостях и в газах. В жидкостях молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах, и вязкость вызывается силами молекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры уменьшаются, поэтому вязкость падает. В газах же вязкость обусловлена главным образом беспорядочным тепловым движением молекул, интенсивность которого увеличивается с температурой. Поэтому вязкость газов с увеличением температуры возрастает. [17]
Вязкость капельных жидкостей зависит также от давления, однако эта зависимость существенно проявляется лишь при относительно больших изменениях давления, порядка нескольких сотен атмосфер. С увеличением давления вязкость большинства жидкостей возрастает, яо при давлениях меньше 10 МПа изменением вязкости обычно пренебрегают. [18]
Вязкость капельных жидкостей определяют при помощи; приборов, называемых вискозиметрами. Принцип действия вискозиметра может быть разным. [19]
Вязкость капельных жидкостей с повышением температуры уменьшается, вязкость газов увеличивается. [20]
Коэффициенты вязкости капельных жидкостей с увеличением температуры уменьшаются, с увеличением давления — возрастают. [21]
Как изменяется вязкость капельных жидкостей при изменении; их температуры. [22]
Как изменяется вязкость капельных жидкостей при изменени их давления. [23]
Кинематический коэффициент вязкости капельных жидкостей при давлениях до 200 атм весьма мало зависит от давления. Поэтому зависимость его от давления при обычных гидравлических расчетах не учитывается. Кинематический коэффициент вязкости газов зависит как от температуры, так и от давления, возрастая с увеличением температуры и уменьшаясь с увеличением давления. [24]
Известно, что вязкость капельных жидкостей уменьшается при повышении температуры. Таким образом, толщина пограничного слоя зависит от знака разности температур 1Ж — tc или, как еще говорят, от направления теплового потока. [25]
С увеличением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается, а газообразных — увеличивается. Зависимость вязкости от температуры для разных жидкостей различна, и выразить ее аналитически общим уравнением не представляется возможным. [26]
С возрастанием температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается ( табл 7 и 8), а вязкость жидкостей газообразных увеличивается. [27]
С увеличением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается, а газообразных — увеличивается. Зависимость вязкости от температуры для разных жидкостей различна и выразить ее аналитически общим уравнением не представляется возможным. [29]
С возрастанием температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается ( табл. 9 и 10), а вязкость газообразных жидкостей увеличивается. [30]
Страницы: 1 2 3 4
Плотность и удельный вес
Плотность вещества — это соотношение его массы к объему (кг/м3), а удельный вес — соотношение массы определенного объема вещества к массе соответствующего объема воды при 20°С. Плотность и удельный вес зависят от температуры.
Вязкость
Вязкость — это величина, которая характеризует текучесть жидкости. Вязкость зависит от температуры. Вязкостных единиц множество. Кинематическую вязкость в т.н. технической системе единиц измеряют в Стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт), а в системе СИ (м2/с) или (мм2/с). Когда величину кинематической вязкости умножают на показатель плотности масла в температуре измерения, получают динамическую вязкость, единицей которой в технической системе является Пуаз (П). В системе СИ динамическую вязкость измеряют в Паскаль-секундах (Пас) или (Нс/м2).
Индекс вязкости
Он характеризует зависимость вязкости масла от изменения температуры. Чем больше индекс вязкости, тем меньше вязкость масла изменяется при колебании температуры.
Температура вспышки
При повышении температуры из масла выделяются пары, которые при поднесении открытого огня вспыхивают. Эта температура называется температурой вспышки, которую можно измерять либо в открытом (Cleveland), либо закрытом тигле (Pensky-Martens).
Температура застывания
Температура застывания — это самая низкая температура, при которой масло еще полностью не потеряло текучесть при наклонении пробирки, в которой его охладили. Температура застывания характеризует момент резкого увеличения вязкости при снижении температуры, или кристаллизации парафина вместе с повышением вязкости в такой степени, что масло становится твердым.
Число нейтрализации
В зависимости от базовых масел и присадок, а также эксплуатационных условий, в результате окисления в смазочных маслах содержатся кислотные и/или щелочные продукты. Общее щелочное число (TBN) или общее кислотное число (TAN) анализируются в лабораторных условиях. Величина этих показателей характеризует количество тех щелочных/кислых продуктов, которое требуется для нейтрализации масла. Кислотное число измеряется в (мг КОН/г) (миллиграмм гидроокиси калия на грамм масла).
Плотность и удельный вес
Плотность вещества — это соотношение его массы к объему (кг/м3), а удельный вес — соотношение массы определенного объема вещества к массе соответствующего объема воды при 20°С. Плотность и удельный вес зависят от температуры.
Вязкость
Вязкость — это одна из важнейших характеристик масел, которая характеризует внутреннее трение, определяет текучесть и способность обеспечить гидродинамический (жидкостной) режим смазывания. Вязкость зависит от температуры, в диапазоне рабочих температур (обычно от минус 30°С до 150°С) вязкость минеральных масел изменяется в тысячи раз.
Различают кинематическую и динамическую (абсолютную) вязкость. Первая, характерная для простых масел при положительных температурах, определяется в капиллярных вискозиметрах, а вторая — для загущенных (всесезонных) масел и масел при отрицательных температурах, определяется в ротационных вискозиметрах, ее величина зависит не только от температуры, но и от градиента скорости сдвига.
Моторные масла, как и большинство смазочных материалов, изменяют вязкость в зависимости от своей температуры. Чем ниже температура, тем больше вязкость и наоборот.
Всесезонное масло работает в диапазоне температур от -35 (холодный пуск зимой) до 150-180ºС (работа двигателя летом под полной нагрузкой), что соответственно вызывает многократное изменение его вязкости.
Чтобы обеспечить холодный пуск двигателя (проворачивание коленвала стартером и прокачивание масла по системе смазки) при низких температурах, вязкость не должна быть очень большой.
При высоких температурах масло не должно иметь очень малую вязкость, чтобы создавать прочную масляную пленку между трущимися деталями и необходимое давление в системе.
Для обеспечения необходимой вязкости во всем диапазоне рабочих температур всесезонные моторные масла изготавливают из маловязкой основы и полимерных загущающих присадок (модификаторов вязкости). Основа, имеющая небольшую вязкость, обеспечивает нужные низкотемпературные характеристики. Молекулы загущающих присадок представляют собой «клубки» полимеров (веществ, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев), «набухающие» при нагревании, что сохраняет достаточную вязкость при высокой температуре.
Вязкость загущенного всесезонного масла зависит также и от скорости перемещения его слоев относительно друг друга. С ее увеличением вязкость временно снижается, поскольку «клубок» полимерной присадки «растягивается» и оказывает меньшее сопротивление перемещению слоев.
Способность снижать вязкость в зависимости от скорости уменьшает потери на внутреннее трение в масле и, соответственно, потери мощности двигателя. Например, при движении поршня от верхней или нижней мертвой точки его скорость возрастает и в определенный момент возникает гидродинамический режим смазки (масло полностью разделяет поверхности деталей). Полимерная загущающая присадка в это время понижает вязкость масла, тем самым снижая потери мощности, развиваемой двигателем.
Индекс вязкости
Индекс вязкости (сокращенно VI, от английского Viscosity Index) безрамерный показатель характеризует зависимость вязкости масла от изменения температуры. Чем больше индекс вязкости, тем меньше вязкость масла изменяется при колебании температуры. Он зависит от углеводородного состава масла, наличия вязкостных (загущающих) присадок, глубины очистки масляных фракций. Для минеральных масел без вязкостных присадок индекс вязкости составляет 85-100, масла с вязкостными присадками и синтетические масла-компоненты могут иметь индекс вязкости 120-150. У маловязких глубокоочищенных масел индекс вязкости может достигать 200.
Температура вспышки
При повышении температуры из масла выделяются пары, которые при поднесении открытого огня вспыхивают. Эта температура называется температурой вспышки, которую можно измерять либо в открытом (Cleveland), либо закрытом тигле (Pensky-Martens). Показатель характеризует наличие в масле легкокипящих фракций, он связан с испаряемостью масла в процессе эксплуатации.
Температура застывания
Температура застывания — это самая низкая температура, при которой масло еще полностью не потеряло текучесть при наклонении пробирки, в которой его охладили. Температура застывания характеризует момент резкого увеличения вязкости при снижении температуры, или кристаллизации парафина вместе с повышением вязкости в такой степени, что масло становится твердым.
Щелочное число (TBN) и кислотное число (TAN)
В процессе эксплуатации в смазочных маслах накапливаются кислые и/или щелочные продукты, которые образуются в результате окисления, разрушения молекул базового масла и присадок, загрязнения масел, в том числе, накопления в них продуктов неполного сгорания топлива, сажи. Общее щелочное число (TBN) и общее кислотное число (TAN) анализируются в лабораторных условиях. TBN выражается через количество гидроокиси калия в миллиграммах, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г). TAN выражается через количество гидроокиси калия в мг, необходимое для нейтрализации кислых продуктов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г).
Вода H2O представляет собой ньютоновскую жидкость и ее течение описывается законом вязкого трения Ньютона, в уравнении которого коэффициент пропорциональности называется коэффициентом вязкости, или просто вязкостью.
Вязкость воды зависит от температуры. Кинематическая вязкость воды равна 1,006·10-6 м2/с при температуре 20°С.
В таблице представлены значения кинематической вязкости воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении (760 мм.рт.ст.). Значения вязкости даны в интервале температуры от 0 до 300°С. При температуре воды свыше 100°С, ее кинематическая вязкость указана в таблице на линии насыщения.
Кинематическая вязкость воды изменяет свою величину при нагревании и охлаждении. По данным таблицы видно, что с ростом температуры воды ее кинематическая вязкость уменьшается. Если сравнить вязкость воды при различных температурах, например при 0 и 300°С, то очевидно ее уменьшение примерно в 14 раз. То есть вода при нагревании становится менее вязкой, а высокая вязкость воды достигается если воду максимально охладить.
Значения коэффициента кинематической вязкости при различных температурах необходимы для вычисления величины числа Рейнольдса, которое соответствует определенному режиму течения жидкости или газа.
| t, °С | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ν·106, м2/с | 1,789 | 1,006 | 0,659 | 0,478 | 0,365 | 0,295 | 0,252 | 0,217 |
| t, °С | 160 | 180 | 200 | 220 | 240 | 260 | 280 | 300 |
| ν·106, м2/с | 0,191 | 0,173 | 0,158 | 0,148 | 0,141 | 0,135 | 0,131 | 0,128 |
Если сравнить вязкость воды с вязкостью других ньютоновских жидкостей, например с кровью, или с маслами, то вода будет иметь меньшую вязкость. Менее вязкими, по сравнению с водой, являются органические жидкости – ацетон, бензол и сжиженные газы, например такие, как жидкий азот.
Кинематическая и динамическая вязкость связаны между собой через значение плотности. Если кинематическую вязкость умножить на плотность, то получим величину коэффициента динамической вязкости (или просто динамическую вязкость).
Динамическая вязкость воды при температуре 20°С равна 1004·10-6 Па·с. В таблице даны значения коэффициента динамической вязкости воды в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении (760 мм.рт.ст.). Вязкость в таблице указана при температуре от 0 до 300°С.
| t, °С | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| μ·106, Па·с | 1788 | 1004 | 653,3 | 469,9 | 355,1 | 282,5 | 237,4 | 201,1 |
| t, °С | 160 | 180 | 200 | 220 | 240 | 260 | 280 | 300 |
| μ·106, Па·с | 173,6 | 153,0 | 136,4 | 124,6 | 114,8 | 105,9 | 98,1 | 91,2 |
Динамическая вязкость при нагревании воды уменьшается, вода становится менее вязкой и при достижении температуры кипения 100°С величина вязкости воды составляет всего 282,5·10-6 Па·с.
Источник:
Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
Учитывая большие объемы масла, используемого грузовиками и строительной техникой, фактор цены и ресурса смазочных материалов важен для бизнеса, особенно для крупных автопарков.
Это свойство прямо влияет на эффективность смазки, защиту от износа, а в холодном климате и на саму возможность запуска двигателя. Узлам, смазываемым принудительно маслонасосом, требуется обеспечение давления масла в определенных пределах, а оно находится в прямой пропорции с его вязкостью. Эффективность смазки разбрызгиванием (в первую очередь стенок цилиндров) зависит и от объема масла, выходящего через зазоры вкладышей, и от прочности масляной пленки, то есть вновь связана с вязкостью.
Появление в конструкции двигателей гидрокомпенсаторов, а затем и гидравлического привода фазовращателей также пришлось учитывать при составлении требований к вязкости моторного масла. Недостаточно вязкий продукт нарушает работу гидрокомпенсаторов, что выдает себя характерным стуком в механизме привода клапанов.
Моторное масло – это сложная по составу жидкость, состоящая из органических (базовое масло) и неорганических (часть пакета присадок) компонентов. У любого сорта материала есть ярко выраженная зависимость вязкости от температуры. По мере ее роста вязкость падает, снижается давление в масляной системе, уменьшается прочность масляной пленки. Поэтому при превышении определенной температуры масло может потерять это свойство настолько, что под нагрузкой трение в двигателе перейдет в сухое, а это неизбежно приведет к поломке.
При снижении температуры масло, напротив, густеет. Ухудшается прокачиваемость, возрастает сопротивление масляного фильтра, снижается объем масла, разбрызгиваемого в картере. При увеличении вязкости выше определенного порога становится невозможным запуск двигателя с помощью электростартера: его мощности не хватает, чтобы раскрутить коленчатый вал до нужных оборотов либо даже просто сдвинуть его с места.
Классическое минеральное базовое масло отличает наиболее ярко выраженная зависимость вязкости от температуры, то есть оно имеет минимальную ширину диапазона применяемости. По этой причине характеристики продукции приходится корректировать введением дополнительных присадок. Высококачественные синтетические базовые масла позволяют обеспечивать наиболее широкие границы применимости: при великолепных низкотемпературных свойствах масло не теряет способность смазывать и защищать мотор после прогрева и под нагрузкой.
По мере эксплуатации масло неизбежно стареет, его вязкостные характеристики меняются:
Для обеспечения нормальных интервалов замены масла необходимо, чтобы к концу срока его параметры оставались в пределах, заданных производителем двигателя. Старение масла становится к концу срока службы хорошо заметным: вязкость снижается, одновременно ухудшаются и низкотемпературные характеристики.
Используя высококачественные базовые масла и современные пакеты присадок, ROLF Lubricants GmbH может предложить продукцию не только со стандартными, но и с увеличенными сроками замены в соответствии со специфическими допусками автопроизводителей (например, BMW LL-01). В то же время намеренное увеличение интервалов замены, если оно прямо не оговорено в сервисной книжке для масел с конкретным допуском, не может быть рекомендовано.
Нужно учитывать, что сроки замены устанавливаются автопроизводителями для среднестатистических условий эксплуатации. В ряде случаев требуется сокращать интервалы обслуживания. Сюда относятся:
В таких условиях вязкостные свойства масла, как и другие эксплуатационные характеристики, уже могут выйти за установленные пределы быстрее, что ускорит рост износа двигателя. Именно поэтому в сервисных книжках обычно прямо предписываются сокращенные интервалы замены масла в описанных случаях.
Для надежности смазки двигателя в первую очередь требуется, чтобы кинематическая вязкость масла при рабочей температуре находилась в определенных границах. Также особо оговаривается минимальная динамическая вязкость при повышенной температуре. При зимней же эксплуатации необходимо задать предельно высокую динамическую вязкость масла для определенной температуры, чтобы иметь уверенность в возможности прокрутки двигателя стартером и сохранении прокачиваемости материала насосом.
Общепринятая спецификация SAE J300 удобна и позволяет легко описывать и сравнивать вязкостные характеристики моторных масел. Ее принцип легко описывает простая таблица:
|
Группа классов вязкости |
Маркировка по мере возрастания вязкости |
|
Зимние масла |
0W 10W 15W 20W 25W |
|
Летние масла |
20 30 40 50 60 |
Таким образом, для сравнения двух масел достаточно сопоставить индексы заявленных классов. У летних масел увеличение числового индекса гарантирует, что вязкость при 100 градусах Цельсия (условная рабочая температура двигателя) попадает в больший диапазон числовых значений, чем у масла с меньшим индексом. Для зимних продуктов рост индекса означает ухудшение низкотемпературных свойств и увеличение температуры, при которой нормирована динамическая вязкость.
Однако сезонные масла в большинстве климатических поясов в эксплуатации неудобны, так как требуют замены два раза в год, даже если материал еще не потерял свои свойства. При небольших сезонных пробегах это экономически невыгодно. Поэтому большинство современных моторных масел, в том числе и выпускаемых ROLF Lubricants GmbH, являются всесезонными. У них в маркировке класса вязкости через дефис указываются два индекса, например SAE 10W-40.
Поскольку по мере старения масла его вязкость при рабочей температуре мотора неизбежно снижается, хорошим признаком качества и ресурса считается близость кинематической вязкости свежего продукта при 100 °С к верхней границе, заданной указанным классом SAE. Например, для класса SAE 30 максимум вязкости по стандарту равен 12,5 мм2/с, а у моторных масел ROLF она составляет:
Неформально вязкость — это величина, описывающая сопротивление жидкости течению. Жидкости сопротивляются относительному движению погруженных в них объектов, а также движению внутри них слоев с разными скоростями.
Формально, вязкость (обозначается символом η «эта») представляет собой отношение напряжения сдвига ( F / A ) к градиенту скорости (∆ v / ∆ x z или dv x / dz ) в жидкости.
или
Более обычная форма этой зависимости, называемая уравнением Ньютона , утверждает, что результирующий сдвиг жидкости прямо пропорционален приложенной силе и обратно пропорционален ее вязкости. Сходство со вторым законом движения Ньютона ( F = ma ) должно быть очевидным.
Или, если вы предпочитаете символы исчисления (а кто нет)…
Единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда [Па с], которая не имеет специального названия.Несмотря на свое самопровозглашенное название международной системы, Международная система единиц не оказала большого влияния на вязкость в международном масштабе. Секунда паскаля встречается сегодня в научной и технической литературе реже, чем следовало бы. Наиболее распространенной единицей вязкости является дин в секунду на квадратный сантиметр [дин с/см 2 ], которая получила название пуаз [P] в честь французского физиолога Жана Пуазейля (1799–1869). Десять пуаз равны одному паскалю в секунду [Па с], что делает сантипуаз [сП] и миллипаскаль в секунду [мПа с] идентичными.
| 1 Па с = | 10 П |
| 1000 мПа·с = | 10 П |
| 1 мПа·с = | 0,01 Р |
| 1 мПа·с = | 1 сП |
На самом деле есть две величины, называемые вязкостью. Определенную выше величину иногда называют динамической вязкостью , абсолютной вязкостью или простой вязкостью , чтобы отличить ее от другой величины, но обычно ее называют просто вязкостью.Другая величина, называемая кинематической вязкостью (обозначается греческой буквой ν «ню»), представляет собой отношение вязкости жидкости к ее плотности.
Кинематическая вязкость является мерой сопротивления потоку жидкости под действием силы тяжести. Его часто измеряют с помощью устройства, называемого капиллярным вискозиметром — в основном это градуированная банка с узкой трубкой на дне. Когда две жидкости одинакового объема помещают в одинаковые капиллярные вискозиметры и позволяют им течь под действием силы тяжести, более вязкая жидкость проходит через трубку дольше, чем менее вязкая жидкость.Капиллярные вискозиметры будут рассмотрены более подробно далее в этом разделе.
Единицей кинематической вязкости в системе СИ является квадратных метров в секунду [м 2 /с], не имеющее специального названия. Эта единица настолько велика, что редко используется. Более распространенной единицей кинематической вязкости является квадратных сантиметров в секунду [см 2 /с], которая получила название стоксов [ст] в честь ирландского математика и физика Джорджа Стоукса (1819–1903).Один квадратный метр в секунду равен десяти тысячам импульсов.
| 1 см 2 /с = | 1 Ст |
| 1 м 2 /с = | 10 000 см 2 / с |
| 1 м 2 /с = | 10 000 ст. |
Даже эта единица слишком велика, поэтому наиболее распространенной единицей измерения, вероятно, является квадратных миллиметров в секунду [мм 2 /с] или сантистокс [сСт].Один квадратный метр в секунду равен одному миллиону сантистоксов.
| 1 мм 2 /с = | 1 сСт |
| 1 м 2 /с = | 1 000 000 мм 2 /с |
| 1 м 2 /с = | 1 000 000 сСт |
The stokes — редкий пример слова в английском языке, в котором формы единственного и множественного числа идентичны. Рыба — самый непосредственный пример слова, которое ведет себя подобным образом.1 рыба, 2 рыбы, красная рыба, синяя рыба; 1 стокс, 2 стокса, несколько стоксов, несколько стоксов.
Вязкость в первую очередь зависит от материала. Вязкость воды при 20 °C составляет 1,0020 миллипаскаля в секунду (что удобно близко к единице только по совпадению). Большинство обычных жидкостей имеют вязкость порядка от 1 до 1000 мПа·с, а газы имеют вязкость порядка от 1 до 10 мкПа·с. Пасты, гели, эмульсии и другие сложные жидкости обобщить сложнее.Некоторые жиры, такие как масло или маргарин, настолько вязкие, что кажутся скорее мягкими твердыми веществами, чем текучими жидкостями. Расплавленное стекло чрезвычайно вязкое и приближается к бесконечной вязкости по мере затвердевания. Поскольку этот процесс не так хорошо определен, как истинное замораживание, некоторые полагают (ошибочно), что стекло может течь даже после полного охлаждения, но это не так. При обычных температурах стекла такие же твердые, как настоящие твердые тела.
Из повседневного опыта должно быть общеизвестно, что вязкость зависит от температуры.Мед и сиропы можно сделать более текучими при нагревании. Моторное масло и гидравлические жидкости заметно густеют в холодные дни и существенно влияют на работу автомобилей и другой техники в зимние месяцы. В общем, вязкость простой жидкости уменьшается с повышением температуры. По мере повышения температуры средняя скорость молекул в жидкости увеличивается, а количество времени, которое они проводят «в контакте» со своими ближайшими соседями, уменьшается. Таким образом, с повышением температуры средние межмолекулярные силы уменьшаются.Фактический способ изменения этих двух величин является нелинейным и резко меняется, когда жидкость меняет фазу.
Вязкость обычно не зависит от давления, но жидкости, находящиеся под экстремальным давлением, часто испытывают повышение вязкости. Поскольку жидкости обычно несжимаемы, увеличение давления на самом деле не приводит к значительному сближению молекул. Простые модели молекулярных взаимодействий не могут объяснить такое поведение, и, насколько мне известно, не существует общепринятой более сложной модели.Жидкая фаза, вероятно, наименее изучена из всех фаз вещества.
В то время как жидкости становятся более жидкими при нагревании, газы становятся гуще. (Если можно представить себе «густой» газ.) Вязкость газов увеличивается с повышением температуры и приблизительно пропорциональна квадратному корню из температуры. Это связано с увеличением частоты межмолекулярных столкновений при более высоких температурах. Поскольку большую часть времени молекулы газа свободно летят через пустоту, любое увеличение числа контактов одной молекулы с другой снижает способность молекул в целом участвовать в скоординированном движении.Чем чаще эти молекулы сталкиваются друг с другом, тем более беспорядочным становится их движение. Физические модели, выходящие за рамки этой книги, существуют уже почти столетие и адекватно объясняют зависимость вязкости газов от температуры. Новые модели работают лучше, чем старые модели. Они также согласуются с наблюдением, что вязкость газов примерно не зависит от давления и плотности. Газообразная фаза, вероятно, лучше всего изучена из всех фаз материи.
Так как вязкость сильно зависит от температуры, ее нельзя указывать без нее.
Вязкость выбранных материалов (обратите внимание на разнообразие префиксов единиц измерения)
| простые жидкости | T (°C) | η (мПа·с) |
|---|---|---|
| спирт этиловый (зерновой) | 20 | 1,1 |
| спирт изопропиловый | 20 | 2,4 |
| спирт метиловый (древесный) | 20 | 0.59 |
| кровь | 37 | 3–4 |
| этиленгликоль | 25 | 16,1 |
| этиленгликоль | 100 | 1,98 |
| фреон 11 (топливо) | −25 | 0,74 |
| фреон 11 (топливо) | 0 | 0,54 |
| фреон 11 (топливо) | +25 | 0,42 |
| фреон 12 (хладагент) | −15 | ? |
| фреон 12 (хладагент) | 0 | ? |
| фреон 12 (хладагент) | +15 | 0.20 |
| галлий | >30 | 1~2 |
| глицерин | 20 | 1420 |
| глицерин | 40 | 280 |
| гелий (жидкий) | 4 К | 0,00333 |
| ртуть | 15 | 1,55 |
| молоко | 25 | 3 |
| масло растительное, рапсовое | 25 | 57 |
| масло растительное, рапсовое | 40 | 33 |
| масло растительное, кукурузное | 20 | 65 |
| масло растительное, кукурузное | 40 | 31 |
| масло растительное, оливковое | 20 | 84 |
| масло растительное, оливковое | 40 | ? |
| масло растительное, соевое | 20 | 69 |
| масло растительное, соевое | 40 | 26 |
| масло, машинное, легкое | 20 | 102 |
| масло машинное тяжелое | 20 | 233 |
| пропиленгликоль | 25 | 40.4 |
| пропиленгликоль | 100 | 2,75 |
| вода | 0 | 1,79 |
| вода | 20 | 1,00 |
| вода | 40 | 0,65 |
| вода | 100 | 0,28 |
| газы | T (°C) | η (мкПа с) |
|---|---|---|
| воздух | 15 | 17.9 |
| водород | 0 | 8,42 |
| гелий (газ) | 0 | 18,6 |
| азот | 0 | 16,7 |
| кислород | 0 | 18,1 |
| сложные материалы | T (°C) | η (Па с) |
|---|---|---|
| герметик | 20 | 1000 |
| стекло | 20 | 10 18 –10 21 |
| стекло, деформационная pt. | 504 | 10 15,2 |
| стекло, отжиг pt. | 546 | 10 12,5 |
| стекло, смягчающее pt. | 724 | 10 6,6 |
| стекло, рабочая точка. | 10 3 | |
| стекло, т.пл. | 10 1 | |
| мед | 20 | 10 |
| кетчуп | 20 | 50 |
| сало | 20 | 1000 |
| патока | 20 | 5 |
| горчичный | 25 | 70 |
| арахисовое масло | 20 | 150–250 |
| сметана | 25 | 100 |
| сироп, шоколад | 20 | 10–25 |
| сироп кукурузный | 25 | 2–3 |
| сироп кленовый | 20 | 2–3 |
| смола | 20 | 30 000 |
| растительное масло | 20 | 1200 |
похоже на любую другую жидкость, поскольку его вязкость зависит от температуры и давления.Поскольку условия, в которых будет эксплуатироваться большинство автомобилей, можно предвидеть, поведение моторного масла можно определить заранее. В Соединенных Штатах организацией, устанавливающей стандарты характеристик моторных масел, является Общество автомобильных инженеров (SAE). Схема нумерации SAE описывает поведение моторных масел в условиях низких и высоких температур — условий, соответствующих пусковой и рабочей температурам. Первое число, за которым всегда следует буква W для обозначения зимы, описывает поведение масла при низких температурах при запуске, а второе число описывает поведение масла при высоких температурах после того, как двигатель проработал некоторое время.Более низкие номера SAE описывают масла, предназначенные для использования при более низких температурах. Масла с низкими значениями SAE, как правило, более текучие (менее вязкие), чем масла с высокими значениями SAE, которые, как правило, более густые (более вязкие).
Например, масло 10W‑40 будет иметь вязкость не более 7000 мПа·с в холодном картере двигателя, даже если его температура упадет до −25 °C в холодную зимнюю ночь, и вязкость не менее 2,9 мПа·с в части двигателя, находящиеся под высоким давлением вблизи точки перегрева (150 °C).
Вязкостные характеристики моторных масел марки
| SAE префикс | динамическая вязкость, пусковой максимум | динамическая вязкость, максимальная прокачка |
|---|---|---|
| 00 Вт | 06 200 мПа·с (–35 °C) | 60 000 мПа·с (–40 °C) |
| 05 Вт | 06 600 мПа·с (–30 °C) | 60 000 мПа·с (–35 °C) |
| 10 Вт | 07 000 мПа·с (–25 °C) | 60 000 мПа·с (–30 °C) |
| 15 Вт | 07 000 мПа·с (–20 °C) | 60 000 мПа·с (–25 °C) |
| 20 Вт | 09 500 мПа·с (–15 °C) | 60 000 мПа·с (–20 °C) |
| 25 Вт | 13 000 мПа·с (–10 °C) | 60 000 мПа·с (–15 °C) |
| SAE суффикс | кинематическая вязкость, низкая скорость сдвига (100 °C) | динамическая вязкость, высокая скорость сдвига (150°C) |
|---|---|---|
| 08 | 04.0–6,10 мм 2 /с | >1,7 мПа·с |
| 12 | 05,0–7,10 мм 2 /с | >2,0 мПа·с |
| 16 | 06,1–8,20 мм 2 /с | >2,3 мПа·с |
| 20 | 05,6–9,30 мм 2 /с | >2,6 мПа·с |
| 30 | 09,3–12,5 мм 2 /с | >2,9 мПа·с |
| *40* | 12.5–16,3 мм 2 /с | >2,9 мПа·с |
| † 40 † | 12,5–16,3 мм 2 / с | >3,7 мПа·с |
| 50 | 16,3–21,9 мм 2 /с | >3,7 мПа·с |
| 60 | 21,9–26,1 мм 2 /с | >3,7 мПа·с |
Математическое выражение, описывающее течение жидкости в круглых трубах, было определено французским врачом и физиологом Жаном Пуазейлем (1799–1869).Поскольку оно также было независимо открыто немецким инженером-гидротехником Готхильфом Хагеном (1797–1884), его следует правильно называть уравнением Хагена-Пуазейля , но обычно его называют просто уравнением Пуазейля . Я не буду выводить его здесь (но, вероятно, когда-нибудь сделаю это). Для нетурбулентного, непульсирующего потока жидкости через однородную прямую трубу объемный расход ( q м ) равен…
Решите для вязкости, если это то, что вы хотите знать.
Капиллярный вискозиметр… продолжайте писать… извините, это неполное.
Математическое выражение, описывающее силу вязкого сопротивления сферы, было определено британским физиком XIX века Джорджем Стоуксом. Я не буду выводить его здесь (но, вероятно, когда-нибудь в будущем).
R = 6πη рв
Формула выталкивающей силы на сфере принадлежит древнегреческому инженеру Архимеду Сиракузскому, но уравнений тогда еще не придумали.
B = ρ жидкость gV вытесненная
Формулу веса должен был кто-то изобрести, но я не знаю кто.
Вт = мг = ρ объект гВ объект
Объединим все это вместе для шара, падающего в жидкость. Вес направлен вниз, плавучесть вверх, сопротивление вверх. Через некоторое время шар будет падать с постоянной скоростью. Когда это происходит, все эти силы нейтрализуются.Когда сфера падает в жидкость, она полностью погружена в воду, поэтому можно говорить только об одном объеме — объеме сферы. Давайте проработаем это.
| Б | + | Р | = Вт |
| ρ жидкость gV | + | 6πη рв | = ρ объект гВ |
| 6πη рв | = (ρ объект − ρ жидкость ) гВ | ||
| 6πη рв | = ∆ρ г 4 3 π r 3 | ||
И вот мы здесь.
Бросьте шар в жидкость. Если вы знаете размер и плотность сферы и плотность жидкости, вы можете определить вязкость жидкости. Если вы не знаете плотность жидкости, вы все равно можете определить кинематическую вязкость. Если вы не знаете плотность шара, но знаете его массу и радиус, то вы можете вычислить его плотность.
Уравнение Ньютона связывает напряжение сдвига и градиент скорости посредством величины, называемой вязкостью.Ньютоновская жидкость — это жидкость, в которой вязкость — это просто число. Неньютоновская жидкость — это жидкость, в которой вязкость является функцией некоторой механической переменной, такой как напряжение сдвига или время. Говорят, что неньютоновские жидкости, изменяющиеся со временем, обладают памятью .
Некоторые гели и пасты ведут себя как жидкости при обработке или взбалтывании, а затем оседают в почти твердом состоянии в состоянии покоя. Такие материалы являются примерами жидкостей, разжижающих сдвиг . Краска для дома — это жидкость, разбавляющая сдвиг, и это тоже хорошая вещь.Нанесение кистью, прокаткой или распылением средств временного приложения напряжения сдвига. Это снижает вязкость краски до такой степени, что теперь она может вытекать из аппликатора на стену или потолок. Как только это напряжение сдвига снимается, краска возвращается к своей вязкости в состоянии покоя, которая настолько велика, что достаточно тонкий слой ведет себя скорее как твердое вещество, чем как жидкость, и краска не течет и не капает. Подумайте о том, каково было бы рисовать водой или медом для сравнения. Первый всегда слишком жидкий, а второй всегда слишком липкий.
Зубная паста— еще один пример материала, вязкость которого снижается при нагрузке. Зубная паста ведет себя как твердое вещество, пока она находится в покое внутри тюбика. Он не вытечет самопроизвольно при снятии колпачка, но вытечет, если вы нажмете на него. Теперь он перестает вести себя как твердое тело и начинает вести себя как густая жидкость. когда он попадает на зубную щетку, напряжение снимается, и зубная паста возвращается в почти твердое состояние. Вам не нужно беспокоиться о том, что она стечет с кисти, когда вы поднесете ее ко рту.
Жидкости, разжижающие при сдвиге, можно отнести к одной из трех основных групп. Материал, вязкость которого уменьшается под действием напряжения сдвига, но остается постоянной с течением времени, называется псевдопластичным . Материал, вязкость которого уменьшается под действием напряжения сдвига, а затем продолжает уменьшаться со временем, называется тиксотропным . Если переход от высокой вязкости (почти полутвердой) к низкой вязкости (по существу, жидкой) происходит только после того, как напряжение сдвига превысит некоторое минимальное значение, говорят, что материал представляет собой пластик Бингама .
Материалы, которые загустевают при обработке или перемешивании, называются жидкостями, загущающими при сдвиге . Примером, который часто показывают на уроках естествознания, является паста из кукурузного крахмала и воды (смешанных в правильных пропорциях). Полученная причудливая слизь ведет себя как жидкость при медленном сжатии и как эластичное твердое вещество при быстром сжатии. Амбициозные демонстранты науки заполнили резервуары этим веществом, а затем перебежали его. Пока они движутся быстро, поверхность действует как кусок твердой резины, но в тот момент, когда они перестают двигаться, паста ведет себя как жидкость, и демонстратор принимает ванну с кукурузным крахмалом.Поведение при сдвиге затрудняет выход из ванны. Чем усерднее вы пытаетесь выбраться, тем сильнее материал притягивает вас обратно. Единственный способ избежать этого — двигаться медленно.
Материалы, которые под нагрузкой становятся почти твердыми, представляют собой нечто большее, чем просто диковинка. Они идеально подходят для бронежилетов и защитной спортивной набивки. Пуленепробиваемый жилет или наколенник из материала, утолщающегося при сдвиге, будут гибкими и податливыми к легким нагрузкам при обычных движениях тела, но станут твердыми как камень в ответ на травматическое напряжение, вызванное оружием или падением на землю.
Жидкости, загущающие при сдвиге, также делятся на две группы: с вязкостью, зависящей от времени (материалы с памятью), и с вязкостью, не зависящей от времени (материалы без памяти). Если увеличение вязкости со временем увеличивается, говорят, что материал реопектический . Если увеличение примерно прямо пропорционально напряжению сдвига и не меняется со временем, говорят, что материал является дилатантным .
| истончение при сдвиге | утолщение при сдвиге | |
|---|---|---|
| зависящий от времени (материалы памяти) | тиксотропный кетчуп, мед, зыбучие пески, змеиный яд, чернила на полимерной толстой пленке | реопектические взбитые сливки |
| независимый от времени (материалы без памяти) | псевдопластика краска, гель для укладки, взбитые сливки, тесто для торта, яблочное пюре, чернила шариковой ручки, металлокерамические чернила | дилатант крахмальные пасты, замазка, синовиальная жидкость, шоколадный сироп, вязкостные муфты, жидкая броня |
| с пределом текучести | пластик Бингама зубная паста, буровой раствор, кровь, масло какао, майонез, йогурт, томатное пюре, лак для ногтей, осадок сточных вод | нет данных |
С небольшой поправкой уравнение Ньютона можно записать в виде степенного закона , который работает с псевдопластиками и дилантантами — уравнение Оствальда-де Ваэля …
| Ф | = к | ⎛ ⎜ ⎝ | дв х | ⎞ п ⎟ ⎠ |
| А | дз |
, где η вязкость заменена на k индекс устойчивости потока [Па с n ], а градиент скорости возведен в некоторую степень n , называемую индексом поведения потока [безразмерный].Последнее число зависит от класса жидкости.
| нет < 1 | n = 1 | n > 1 |
| псевдопластик | ньютоновский | дилатант |
Для работы с пластиками Бингама необходима другая модификация уравнения Ньютона — уравнение Бингама …
| Ф | = σ y + η pl | дв х |
| А | дз |
, где σ y — предел текучести [Па] и η pl — пластическая вязкость [Па с].Первое число отделяет бингемовский пластик от ньютоновской жидкости.
| σ y < 0 | σ y = 0 | σ y > 0 |
| невозможно | ньютоновский | пластмасса бингама |
Объединение степенного закона Оствальда-де Ваэля с пределом текучести Бингама дает нам более общее уравнение Гершеля-Балкли …
| Ф | = σ y + k | ⎛ ⎜ ⎝ | дв х | ⎞ п ⎟ ⎠ |
| А | дз |
где снова σ y — предел текучести [Па], k — индекс стабильности потока [Па с n ], а 1 индекс 16016 текучести 9016 n [безразмерный].
Когда к объекту прикладывается сила ( F ), может произойти одно из четырех.
F = мА
Этот термин нам сейчас не интересен. Мы уже обсуждали такое поведение в предыдущих главах. Масса ( м ) — это сопротивление ускорению ( a ), которое является второй производной положения ( x ).Давайте перейдем к чему-то новому.
F = − бв
Это упрощенная модель, в которой сопротивление прямо пропорционально скорости ( v ), первой производной положения ( x ). Мы использовали это в задачах о предельной скорости только потому, что это давало легко решаемые дифференциальные уравнения. Мы также использовали его в демпфированном гармоническом осцилляторе, опять же потому, что он давал дифференциальные уравнения, которые было легко решить (во всяком случае, относительно легко).Константу пропорциональности ( b ) часто называют коэффициентом демпфирования.
F = − кх
Константа пропорциональности ( k ) является жесткостью пружины. Позиция ( x ) не является частью какой-либо производной и не возведена в степень.
F = − f
Этот символ f создает впечатление, что мы обсуждаем статическое трение.В жидкостях (точнее, неньютоновских жидкостях) такой термин связан с пределом текучести. Позиция ( x ) никак не задействована.
Соедините все вместе и определите ускорение и скорость как производные от положения.
| F = м | д 2 х | − б | дх | — кх — ф |
| дт 2 | дт |
Это дифференциальное уравнение суммирует возможные варианты поведения объекта.Интересно то, что он смешивает поведение жидкостей и твердых тел. Более интересно то, что бывают случаи, когда оба поведения будут присутствовать в одном предмете. Материалы, которые и текут, как жидкости, и деформируются, как твердые тела, называются вязкоупругими — очевидная смесь вязкости и эластичности. Изучение материалов с жидкими и твердыми свойствами называется реология , что происходит от греческого глагола ρέω ( reo ), течь.
Какая старая книга натолкнула меня на эту мысль? Что мне написать дальше?
Пищевые продукты обычно демонстрируют так называемое вязкоупругое поведение, при котором в различной степени обнаруживается сочетание характерных упругих свойств твердых тел и свойств текучести жидкостей
Макроскопический вид
Сопротивление жидкости течению называется ее вязкостью . Вязкие жидкости, такие как сироп и шампунь, текут медленно. Менее вязкий жидкости, такие как вода и бензин, текут быстро. Вязкость жидкости обычно зависит от ее температуры.Вязкость обычно снижается по мере повышения температуры. Вязкость обычно увеличивается по мере температура снижается.
Вид под микроскопом
Вязкость жидкости связана с легкостью, с которой молекулы могут двигаться относительно друг друга. Таким образом, вязкость жидкости зависит на:
Пример эффекта Состав
Сравните строение этилового спирта и этиленгликоля. и объясните, почему этиленгликоль имеет более высокую вязкость.
| = С = О = Н | ||
| спирт этиловый Жидкость с низкой вязкостью 25 o С. | этиленгликоль Жидкость с высокой вязкостью 25 или С. |
Нажмите здесь, чтобы проверить ваш ответ.
Пример эффекта структуры
Сравните структуру и состав n -пентана и октадекана. и объясните, почему октадекан имеет более высокую вязкость.
| = С = Н | ||
| n -пентан Жидкость с низкой вязкостью 25 o С. | октадекан Жидкость с высокой вязкостью 25 или С. |
Нажмите здесь, чтобы проверить ваш ответ.
Эффект температуры
Объясните, почему повышение температуры обычно приводит к снижение вязкости.
Нажмите здесь, чтобы проверить свой ответ.
Температура оказывает огромное влияние на вязкость.Ваш образец при более высоких температурах может иметь совершенно другую вязкость по сравнению с тем же образцом при более низких температурах. Вязкость отражает молекулярное поведение ваших образцов (размер, форма, взаимодействие, микроструктура), поэтому изменение температуры во время измерения вязкости может быть очень показательным и предоставить информацию о микроструктуре жидкости.
Итак, мы понимаем, что вязкость меняется с температурой, но почему вязкость меняется с температурой? Вязкость отражает то, что происходит на молекулярном уровне, и согласно кинетической теории материи: молекулы/частицы находятся в постоянном движении.Движение этих частиц зависит от температуры (среди прочих факторов) в виде тепловой и кинетической энергии, которая определяет скорость движения частиц. Повышение температуры увеличивает энергию и, следовательно, скорость частиц. Вязкость будет уменьшаться с повышением температуры, потому что, поскольку частицы движутся быстрее, они взаимодействуют в течение более короткого времени (более короткие взаимодействия), уменьшая внутреннее трение или напряжение и, следовательно, уменьшая вязкость.
Температура также влияет на взаимодействие частиц.Например, изменение температуры повлияет на то, как взаимодействуют частицы растворенного вещества и растворителя. Он также влияет как на межмолекулярные, так и на внутримолекулярные взаимодействия. Например, если белок денатурирует в зависимости от температуры, внутримолекулярные взаимодействия нарушаются. Эта же самая денатурация будет также влиять на то, как эта белковая молекула взаимодействует с другими частицами в растворе (межмолекулярное). Образцы, склонные к агрегации или денатурации, будут вести себя совершенно иначе, чем стабильные жидкости или те, которые подвергаются микрофазовому разделению.
Измерение и понимание вязкости при различных температурах имеет важное значение для составления рецептур для различных применений. Резкие изменения вязкости в зависимости от температуры сильно влияют на сложные составы, такие как моторное масло, терапевтические средства на основе антител, масла каннабиса, средства личной гигиены и, конечно, пример, который мы все можем наблюдать сами — продукты питания (кулинарное масло, сироп, мед). Когда вы готовите на сливочном или растительном масле, вы можете увидеть резкое изменение вязкости, когда кладете любое вещество на горячую сковороду.Вязкость уменьшается с повышением температуры, что облегчает распределение масла по всей сковороде.
Понимание температурно-зависимых измерений терапевтических антител имеет решающее значение для рецептуры и стабильности. Эти терапевтические средства хранятся при низких температурах для стабильности, доставляются при комнатной температуре, а затем распределяются в организме при повышенной температуре тела. Понимание того, как они будут вести себя при каждой из этих температур, поможет сформулировать оптимальную стабильность, эффективность и удобство для пациента.
Другим распространенным и очень важным примером применения температурно-зависимой вязкости является масло каннабиса. При разработке масел каннабиса для использования в испарителях или «вейп-ручках» вы должны учитывать как температуру, так и вязкость. Эти ручки содержат нагревательный элемент, нагревающий масло до определенной температуры, которая ниже температуры сгорания, но достаточно высокой, чтобы масло испарялось и не сжигалось. Вязкость масла также должна быть достаточно высокой, чтобы не течь слишком быстро, приводя к затоплению нагревательного элемента, но и не должна быть слишком высокой, иначе масло забьет картридж.
VROC ® (вискозиметр-реометр-на-чипе) сочетает в себе микрофлюидные и МЭМС (микроэлектромеханические системы) технологии для измерения динамической вязкости в широком динамическом диапазоне работы. Наши чипы VROC содержат микрофлюидный канал с датчиками давления, обеспечивающими контролируемую деформацию или контролируемую скорость. С помощью VROC мы контролируем объемную скорость потока и, следовательно, скорость сдвига образца, а затем отслеживаем напряжение, вычисляя изменение давления (падение) в канале.Благодаря технологии RheoSense VROC вы можете проводить измерения температуры, необходимые для получения точных измерений для всех ваших рецептур.
Хотите узнать больше об измерениях вязкости в зависимости от температуры? Загрузите нашу БЕСПЛАТНУЮ запись вебинара, чтобы узнать больше о том, как можно использовать измерения вязкости при различных температурах для определения микроструктуры ваших образцов.
Автор: Иден Рейд, старший специалист по маркетингу и продажам RheoSense
Это то, над чем я много думал во время работы над докторской диссертацией, так что позвольте мне посмотреть, смогу ли я это объяснить.
Вы говорите о взаимосвязи между макроскопически наблюдаемыми свойствами (такими как вязкость), спектром времени релаксации (который является способом рассмотрения временных масштабов, участвующих в молекулярных движениях) и структурой самих молекул. Это как-то сложно! Но я думаю, что могу объяснить это так, чтобы это имело смысл.
Вы знаете, что по мере повышения температуры молекулы обладают большей кинетической энергией и легче освобождаются от удерживающих их сил.У меня есть несколько других ответов здесь и здесь, которые объясняют это более подробно. Однако с чем-то вроде вязкости картина шире.
Первое, что вам нужно знать:
Вязкость является мерой передачи количества движения в жидкости
Другими словами, это способ количественной оценки воздействия, которое движение в одной части жидкости оказывает на части, непосредственно прилегающие к ней. Если движения сильно связаны (это означает, что если движется один слой, слои рядом с ним перемещаются почти так же), вязкость высока.Если нет, то вязкость низкая. В Википедии есть довольно хорошее объяснение этого в макроскопическом масштабе.
Так что же заставляет жидкость иметь вязкость? Поскольку вы знаете о межмолекулярных силах притяжения , это очевидный кандидат. И действительно, чем сильнее межмолекулярные силы в жидкости, тем выше ее вязкость. Однако здесь задействован еще один фактор — межмолекулярные отталкивающие силы (иногда называемые стеариническими эффектами или исключенными объемными взаимодействиями ).Идея состоит в том, что если одна молекула хочет двигаться в плотной жидкости, другие молекулы должны сначала уйти с дороги.
В качестве аналогии представьте, что вы идете сквозь толпу на переполненном концерте или в клубе. Чтобы вы двигались, должен двигаться кто-то другой, а чтобы они двигались, должен двигаться кто-то еще, и так далее. Вы можете быть вежливым и терпеливо ждать, пока они начнут двигаться, и в конце концов кто-то это сделает. Или вы могли бы быть напористым, спрашивать и двигаться быстрее. Если вы действительно нетерпеливы, вы можете прорваться сквозь людей, сбивая их с пути (и надеясь, что вас не побьют).Ваше нетерпение в толпе аналогично напряжению сдвига в жидкости. При более низких температурах молекулы ближе друг к другу (поскольку их кинетическая энергия недостаточно высока, чтобы уйти очень далеко от ям потенциальной энергии своих соседей), и в целом они движутся медленнее. Это означает, что время, необходимое для движения соседей, увеличивается, и, как следствие, увеличивается вязкость — если вы заставите их двигаться, они будут сбивать других с пути, передавая импульс через жидкость. При более высоких температурах молекулы двигаются намного чаще, и поэтому относительно легко «протащить» некоторые молекулы через жидкость — им не нужно сбивать другие молекулы с пути, потому что к тому времени, когда они туда доберутся, они уже продвинулись дальше. их.Вязкость ниже.
Итак, для простых молекул грань между «не может двигаться» и «легко движется» довольно четкая. Как только молекулы становятся достаточно подвижными, чтобы преодолеть исключенные объемные взаимодействия, материал плавится, и дальнейшие изменения вязкости невелики и в основном связаны с силами межмолекулярного притяжения. Например, вот график зависимости вязкости воды от температуры
Как видите, она плавно уменьшается с ростом температуры.Ниже точки замерзания вязкость определить труднее (хотя большие массы льда текут), но кривая прерывистая и «подскакивает» до некоторого более высокого значения.
А как насчет сложных молекул? Соединим мономеры вместе:
Теперь молекулам становится намного труднее двигаться. При заданной температуре вам нужно ждать примерно столько же времени, чтобы двигаться один мономер, но для того, чтобы пара двигалась вместе, требуется гораздо больше времени. Возвращаясь к аналогии с переполненным помещением, представьте, что вы пытаетесь пройти сквозь толпу, в которой все, включая вас, попарно прикованы наручниками к кому-то еще.Было бы намного сложнее! В целом оказывается, что время релаксации для линейных полимеров увеличивается пропорционально (приблизительно) квадрату длины цепи (для коротких длин ниже длины запутывания). Это означает, что если вы удвоите количество мономеров в полимерной цепи, среднее время, необходимое для их перемещения, увеличится в 4 раза. Это верно до определенной длины цепи, называемой длиной запутывания (которая зависит от полимера), и в этот момент вероятность скоординированного движения всей цепи становится настолько низкой, что каждый полимер как бы «застревает» в трубка из других полимеров.Аналогия, часто используемая для объяснения этого, — это гнездо змей — они должны ползать друг вокруг друга. В результате этот тип движения получил название reptation — в честь пресмыкающихся.
Интересно, что для более коротких длин (ниже длины запутывания) каждая шкала длины цепи перемещается практически независимо от остальных. Это означает, что в более длинной цепочке на коротких временных масштабах более короткие участки действуют так, как если бы они находились в жидкости с низкой вязкостью — они легко двигаются, и движение не коррелирует со своими соседями.Для более длинных масштабов цепь по существу «заморожена» — она не может двигаться, пока ее соседи не двигаются — и поэтому она больше похожа на твердое тело.
В результате короткие цепи могут «покачиваться» в коротких промежутках времени, но более длинные двигаются медленнее. Это дает нам спектр времени релаксации — это означает, что если вы применяете очень быстрые изменения (высокие скорости сдвига), молекулы не успевают уйти с пути, и поэтому вязкость высока. Если вы повысите температуру, все будет двигаться быстрее, и поэтому при той же скорости сдвига вязкость будет ниже (большая часть цепи может сместиться).То же самое верно и при более низких скоростях сдвига при той же температуре — чешуйки меньшей длины могут смещаться в сторону, и поэтому оно становится более жидким — вязкость уменьшается. В самых длительных масштабах времени (самые низкие скорости сдвига, самые низкие температуры) вся длина цепи может двигаться, и поэтому вы видите самую низкую вязкость.
Это называется загущением при сдвиге и обычно наблюдается в расплавах линейных полимеров или концентрированных растворах. Это пример вязкоупругого поведения, что означает, что в зависимости от условий (температуры или временной шкалы взаимодействия) материал будет демонстрировать поведение жидкости (вязкое) или твердого тела (упругое).Примером, обычно используемым для демонстрации этого, является дурацкая замазка (хотя дурацкая замазка не является чистым линейным полимером). В коротких промежутках времени полимеры не успевают полностью релаксировать, и поэтому они ведут себя как упругое твердое тело. Вот почему вы можете кидать шарик глупой замазки на стол. В более длительных масштабах времени полимеры могут полностью релаксировать, и поэтому глупая замазка растекается. Вот почему, если вы оставите его на некоторое время, он превратится в лужу. Глупая замазка уникальна тем, что спектр времени релаксации варьируется от эластичного до вязкого в масштабах времени, которые обычно наблюдаются при комнатной температуре, поэтому вы можете очень легко увидеть эти эффекты в условиях высокой контрастности.
Существует много других типов неньютоновского поведения (что просто означает, что вязкость не является постоянной), но все они фундаментально связаны со спектром времени релаксации жидкости, который напрямую связан с молекулярной структурой.
Подводя итог:
A. Увеличить вязкость и уменьшить плотность
B. Увеличить вязкость и увеличить плотность
C. Уменьшить вязкость и уменьшить плотность
D. Уменьшить вязкость и увеличить плотность
Как правило, жидкости становятся «более жидкими» при повышении их температуры.Например, мед и масло имеют тенденцию лучше течь при более высоких температурах. Следовательно, повышение температуры снижает вязкость. Ответ А и ответ Б неверны.
Обычно жидкости расширяются при повышении температуры. Например, одна и та же масса кипящей воды при 100 градусах Цельсия занимает больший объем, чем при 20 градусах Цельсия. Следовательно, повышение температуры снижает плотность. Ответ С правильный.
Вязкость жидкостей зависит от температуры.Однако некоторые жидкости являются неньютоновскими, и их вязкость может гораздо больше зависеть от того, как с ними обращаются. Например, попытка перекачки определенных суспензий с использованием большего количества энергии может привести к увеличению кажущейся вязкости. Это, в свою очередь, приводит к тому, что пульпа проявляет большее сопротивление и может фактически снизить скорость потока, даже если используется больше энергии.
Хотя плотность жидкости обычно уменьшается с повышением температуры, это не всегда так. Например, плотность воды между 0 и 4 градусами Цельсия фактически увеличивается с повышением температуры.
Дэвид В. Спитцер (David W. Spitzer) является постоянным автором журнала Flow Control и руководителем компании Spitzer and Boyes, LLC, предлагающей инжиниринг, семинары, стратегический, маркетинговый консалтинг, консультации по сбыту и услуги свидетелей-экспертов для производственных и автоматизированных компаний. Он имеет более чем 35-летний опыт работы и написал более 10 книг и 250 статей об измерении расхода, контрольно-измерительных приборах и управлении технологическими процессами.
Со Spitzer можно связаться по телефону 845-623-1830 или по телефону spitzerandboyes.ком. Нажмите на вкладку «Продукты», чтобы найти его «Руководства для потребителей» по различным технологиям измерения расхода и уровня.
Вязкость обычно уменьшается с повышением температуры. Вязкость обычно увеличивается при понижении температуры. Вязкость жидкости связана с легкостью, с которой молекулы могут двигаться относительно друг друга.кинетическая энергия молекул, зависящая от температуры.
Вязкость сильно зависит от температуры. У жидкостей она обычно уменьшается с повышением температуры, тогда как у большинства газов вязкость увеличивается с повышением температуры.
Вязкость ниже. Как видите, она плавно уменьшается с ростом температуры. Ниже точки замерзания вязкость определить труднее (хотя большие массы льда текут), но кривая прерывистая и «подскакивает» к некоторому более высокому значению.
Вязкость газа увеличивается с температурой. Согласно кинетической теории газов вязкость должна быть пропорциональна корню квадратному из абсолютной температуры, на практике она возрастает быстрее. В результате жидкости демонстрируют снижение вязкости с повышением температуры.
С повышением температуры обычно увеличивается молекулярный обмен, поскольку молекулы движутся быстрее при более высоких температурах.Согласно кинетической теории газов вязкость должна быть пропорциональна корню квадратному из абсолютной температуры, на практике она возрастает быстрее.
Повышение температуры приводит к увеличению кинетической или тепловой энергии, и молекулы становятся более подвижными. Энергия связывания притяжения снижается и, следовательно, снижается вязкость.
Для газов вязкость увеличивается с повышением температуры, в то время как для жидкостей становится важной дополнительная сила между молекулами, поэтому вязкость имеет тенденцию к снижению с повышением температуры.
Вязкость обычно не зависит от давления, но жидкости, находящиеся под экстремальным давлением, часто испытывают повышение вязкости. Вязкость газов увеличивается с повышением температуры и приблизительно пропорциональна квадратному корню из температуры.
Эффект, вызванный температурой в исследованном диапазоне, был более значительным в диапазоне низких температур, тогда как при высоких температурах вязкость изменялась меньше.Чтобы связать эти характеристики, определяли активность воды и температуру стеклования.
В настоящей работе проанализировано влияние температуры на вязкость меда. Значение вязкости уменьшалось с повышением температуры. Эффект, вызванный температурой в исследованном диапазоне, был более значительным в диапазоне низких температур, тогда как при высоких температурах вязкость изменялась меньше.
содержит присадки, разработанные для уменьшения изменений вязкости в зависимости от температуры.Некоторые моторные масла предназначены для того, чтобы быть более вязкими (менее вязкими) в холодном состоянии и более вязкими (густыми) в горячем. Например, всесезонные или мультивязкостные моторные масла имеют низкую вязкость при низких температурах и высокую вязкость при высоких температурах.
В отличие от газов, систематической микроскопической теории вязкости жидкостей не существует. Однако существует несколько эмпирических моделей, которые экстраполируют температурную зависимость на основе доступных экспериментальных значений вязкости.Простая и широко распространенная эмпирическая корреляция для вязкости жидкости представляет собой двухпараметрическую экспоненту:
.
Вязкость имеет фундаментальное значение для диффузии. Когда молекула движется через неподвижную жидкость, воспринимаемая сила сопротивления связана со скоростью молекулы и коэффициентом сопротивления, который учитывает размер и форму объекта, а также вязкость жидкости.Простая формула, представляющая это отношение:
(1-1)F=v⋅6πηr,
, где v равно скорости, η равно вязкости, а r гидродинамический радиус молекулы. 1
Таким образом, сила, воспринимаемая молекулой, увеличивается по мере увеличения скорости, вязкости или размера молекулы. Приблизительная сила вязкости, воспринимаемая белком среднего размера 100 кДа, составляет приблизительно 480 пН (пиконьютонов; дополнительные физические свойства белка 100 кДа см. в Таблице 1.1; адаптировано из Howard 2001).Для справки: вязкость (в сП (сантипуазах) при 20°С) воды равна 1, ацетона — 0,32, 50% раствора фиколла 400 — 600, глицерина — 1408. Предполагается, что клеточная цитоплазма имеет вязкость примерно 1–3, а вязкость бислоя мембраны составляет примерно 50–100 (обсуждается далее в этой главе).
ТАБЛИЦА 1.1. Физические свойства белка массой 100 кДа.
| Property 0 | Comment | комментарий | | MASS | 166 × 10 -24 KG | Масса одной моль / Avogadro постоянные | Плотёт | 1 .38 × 10 3 кг / м 3 | 1,38 раз плотность воды | объем | 120 нм 3 | Масса / Плотность | RADIUS | 3 Нм | , предполагая сферическую форму | коэффициент сопротивления (в воде # 20 ° C) | 60 PN.S / M | из закона Сток | #Diffusion коэффициент (в воде 20 ° C) | 67 мкм 2 /с | Из соотношения Стокса-Эйнштейна | Средняя скорость | 8.6 м/с | Из принципа Equipartion | |
|---|
Модифицировано из Howard (2001).
Copyright © 2001
В то время как силы вязкости задерживают движение, силы столкновения (тепловые) вызывают движение молекул. Белок в растворе движется из-за огромного количества столкновений молекул воды. Поскольку эти столкновения ненаправлены, движение белковой молекулы является случайным, и это основная предпосылка случайного блуждания молекул, наблюдаемого как броуновское движение.При столкновении двух объектов (например, молекулы воды и белка) возникающая сила связана со скоростью изменения импульса, а импульс, в свою очередь, связан со скоростью и массой молекулы. Молекулы воды движутся со значительной скоростью (600 м/с), но их импульс невелик из-за малой массы. Однако их количество огромно (молярная концентрация воды 55,35 моль/л), что приводит к огромному количеству столкновений в единицу времени. Эта беспорядочно направленная сила также называется термической силой, и для белка массой 100 кДа она составляет примерно 500 пН.Термическая сила достаточно значительна, чтобы уравновесить силу вязкости, отмеченную ранее. Однако, как отмечает Howard (2001), даже при относительно большой мгновенной скорости белка массой 100 кДа (8,6 м/с) среднее расстояние, на которое белок перемещается до того, как его направление будет случайным из-за столкновений, составляет всего ~0,024 нм. Это почти незаметно маленький размер шага относительно размера белка (~ 3 нм в диаметре).
В общем и целом, тепловые/столкновительные события обеспечивают силу для движущихся молекул, но вязкость раствора и размер молекулы, подвергающейся столкновению, замедляют движение.Говорят, что движение белков через раствор передемпфировано. Передемпфирование связано с тем, что силы инерции очень малы по сравнению с силами вязкости.