Что такое кинематическая вязкость

Кинематическая и динамическая вязкость 2020

Кинематическая и динамическая вязкость

Каждый тип жидкости обладает разным количеством сопротивлений деформации. Мера этого сопротивления называется вязкостью. Вязкость выражает устойчивость жидкости к напряжению или напряжению сдвига.

В общем, вязкость — это тонкость или толщина текучей среды. Отличным примером этого является различие вязкости воды и меда. Вода считается «тонкой», поэтому вязкость ниже. С другой стороны, мед значительно «толстый» и представляет собой жидкость с более высокой вязкостью.

Вязкость также может рассматриваться как мера трения жидкостей, так как она также описывает внутреннее сопротивление потока жидкости. Существует два способа отчета или измерения вязкости жидкости. Его можно либо выражать как динамическую вязкость, либо кинематическую вязкость. Многие из них смешиваются между этими двумя типами выражения вязкости, а некоторые даже считают их одними и теми же. На самом деле это два существенно разных выражения.

Динамическая вязкость, которая также называется абсолютной вязкостью или просто вязкостью, представляет собой количественное выражение устойчивости жидкости к потоку (сдвигу). Физические динамисты, инженеры-химики и механики обычно рассматривают использование греческой буквы mu (Âμ) в качестве символа для обозначения динамической вязкости. Химики и физики, с другой стороны, обычно используют «n» в качестве символа.

Его единица СИ находится в pascal-second (Pa.s) или N.m ^ -2.s. Для cgs динамическая вязкость находится в единице, называемой «пуаз», которая взята из названия Жан Луи Мари Пуазейля. Однако наиболее распространенным выражением является сантипуаз (cP), который в основном используется в стандартах ASTM.

С другой стороны, кинематическая вязкость представляет собой отношение вязкой силы к инерционной силе. Инерционная сила характеризуется плотностью жидкости (р). Кинематическая вязкость символизируется греческой буквой nu (v).

Кинематическая вязкость математически определяется как:

Для единиц СИ оно выражается как m ^ 2 / s. Кинематическая вязкость также выражается в стоках (St) или сантистоках (ctsk или cSt) для единиц cgs. Он назван в честь Джорджа Габриэля Стоукса. Следует отметить, что вода (H2O) при 20 градусах Цельсия составляет около 1 сСт.

Кинематическую вязкость иногда называют диффузией импульса, поскольку она имеет ту же единицу по сравнению с коэффициентом диффузии массы и диффузии тепла. Поэтому он используется в безразмерных числах, что сравнивает коэффициент диффузии.

1. Динамическая вязкость — это количественное выражение устойчивости жидкости к потоку, а кинематическая вязкость — отношение вязкой силы жидкости к инерционной силе.

2. Динамическая вязкость символизируется либо «Âμ», либо «n», а кинематическая вязкость математически символизируется «v».

3. В системе единиц cgs динамическая вязкость находится в единице, называемой «пуаз», которая взята из названия Jean Louis Marie Poiseuille, тогда как кинематическая вязкость выражается в «стоках» (St) или сантистоках (ctsk или cSt) , которые названы в честь Джорджа Габриэля Стоукса.

4. Динамическую вязкость иногда называют абсолютной вязкостью или просто вязкостью, а кинематическую вязкость иногда называют диффузией импульса.

ОФС.1.2.1.0015.15 Вязкость

Содержимое (Table of Contents)

ОФС.1.2.1.0015.15 Вязкость

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

Вязкость ОФС.1.2.1.0015.15

Взамен ГФ XII, ч.1, ОФС 42-0038-07

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Основными кинематическими переменными для жидкостей служат деформация и ее скорость. Поэтому для изучения реологических характеристик жидких сред устанавливают связь между приложенными внешними нагрузками и кинематическими параметрами.

Читайте также:  Покрытие железа медью в домашних условиях

Жидкости, вязкость которых не зависит от напряжения сдвига и при определенной концентрации и температуре является постоянной величиной в соответствии с законом Ньютона, называются ньютоновскими. Жидкости, вязкость которых не подчиняется закону Ньютона и зависит от напряжения сдвига, называются неньютоновскими.

Различают динамическую, кинематическую, относительную, удельную, приведенную и характеристическую вязкости. Для неньютоновских жидкостей, главным образом, характерна структурная вязкость. Структурная (эффективная или кажущаяся) вязкость – вязкость при данном напряжении сдвига.

Динамическая вязкость или коэффициент вязкости (η) – это приходящаяся на единицу поверхности тангенциальная сила, называемая также напряжением сдвига (τ), выраженная в паскалях (Па), которую необходимо приложить для того, чтобы переместить слой жидкости площадью 1 м 2 со скоростью (v) 1 метр в секунду (м∙c -1 ), находящийся на расстоянии (х) 1 м относительно другого слоя, параллельно плоскости скольжения.

Величина dv/dx представляет собой градиент скорости и определяет скорость сдвига D, выраженную в обратных секундах (с -1 ).

Таким образом, вязкость (η) определяется отношением напряжения сдвига (τ) к скорости сдвига D и определяется по формуле:

Динамическая вязкость (η) в системе СИ выражается в Паскаль-секундах (Па ∙ с) или миллипаскаль-секундах (мПа ∙ с); в системе СГС – в пуазах (П) или сантипуазах (сП). Также динамическая вязкость может измеряться в дин ∙ с/см 2 и кгс ∙ с/м 2 и производных от них единицах.

При измерении вязкости ньютоновских жидкостей в капиллярных вискозиметрах определяют кинематическую вязкость.

Кинематическую вязкость (ν), выраженную в метрах квадратных на секунду (м 2 ∙ с -1 ), получают делением величины динамической вязкости η на плотность жидкости ρ, выраженную в килограммах на метр кубический (кг ∙ м -3 ), измеренную пикнометром или плотномером при той же температуре:

Кинематическая вязкость в системе СИ выражается в метрах квадратных на секунду (м 2 ∙с –1 ) или миллиметрах квадратных на секунду (мм 2 ∙ с –1 ); в системе СГС – в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).

При работе с растворами используются такие реологические характеристики, как относительная, удельная, приведенная и характеристическая вязкости.

Относительная вязкость (ηотн.) – отношение вязкости раствора к вязкости растворителя:

Часто вязкость выражают как удельную вязкость (ηуд), которая показывает, какая часть вязкости раствора обусловлена присутствием в нем растворенного вещества:

(3)

η – вязкость раствора;

ηо – вязкость растворителя.

Удельная вязкость, отнесенная к единице концентрации раствора, называется приведенной вязкостью (ηприв):

где с – концентрация раствора.

Для растворов полимеров вязкость является функцией молекулярных масс, формы, размеров и гибкости макромолекул. Чтобы определить структурные характеристики полимеров, приведенную вязкость экстраполируют к нулевой концентрации. В этом случае вводится понятие характеристической вязкости [η]:

(5)

Характеристическая вязкость выражается в единицах, обратных единицам концентрации.

Для определения вязкости применяются капиллярные, ротационные вискозиметры и вискозиметры с падающим шариком.

Капиллярные вискозиметры обычно используются для определения вязкости при одном значении скорости сдвига, поэтому применяются в основном для исследования ньютоновских жидкостей. Они просты и удобны в обращении.

Ротационные вискозиметры позволяют определять реологические свойства жидкостей в широком диапазоне скоростей сдвига, что особенно важно для неньютоновских жидкостей.

Вискозиметр с падающим шариком (вискозиметр Гепплера) предназначен для измерения вязкости прозрачных ньютоновских жидкостей.

Допускается использование других вискозиметров при условии, что точность и правильность измерений будет не хуже, чем в случае использования вискозиметров, описанных ниже.

Измерение вязкости на капиллярных вискозиметрах

Для измерения кинематической вязкости применяются капиллярные вискозиметры типа Оствальда и Уббелоде различной модификации.

Читайте также:  Диагностика вариатора Ниссан Теана J32 цена

Стеклянные капиллярные вискозиметры предназначены для определения вязкости:

1) прозрачных жидкостей – серии ВПЖ и ВПЖТ;

2) малых объемов прозрачных жидкостей – серии ВПЖМ и ВПЖТМ;

3) непрозрачных жидкостей – серии ВНЖ и ВНЖТ.

На рис. 1 и 2 представлен общий вид вискозиметров серии ВПЖ.

» data-medium-file=»https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?fit=144%2C300&ssl=1″ data-large-file=»https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?fit=182%2C380&ssl=1″ src=»https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?resize=144%2C300″ alt=»Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-1″ width=»144″ height=»300″ srcset=»https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?resize=144%2C300&ssl=1 144w, https://i2.wp.com/pharmacopoeia.ru/wp-content/uploads/2016/10/viskozimetr-steklyannyj-kapillyarnyj-VPZH-1-2.png?w=182&ssl=1 182w» sizes=»(max-width: 144px) 100vw, 144px» data-recalc-dims=»1″ />

Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-1

Рисунок 1 – Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-1

1, 2, 4 – трубки; 3 – измерительный резервуар;

М1, М2 – отметки измерительного резервуара.

Рисунок 2 – Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-2

1, 2 – трубки; 3 – измерительный резервуар;

М1, М2 – отметки измерительного резервуара.

Вискозиметр состоит из капилляра с радиусом R и длиной L, через который под действием силы тяжести протекает жидкость объема V.

Если Н – средняя высота жидкости, g – ускорение силы тяжести, то кинематическая вязкость (ν) в миллиметрах квадратных на секунду (мм 2 ∙ с -1 ) равна:

где – постоянная прибора, обычно выражаемая в миллиметрах квадратных на секунду квадратную (мм 2 ∙ с -2 ).

Если известна плотность испытуемой жидкости ρ, то, зная v, можно вычислить динамическую вязкость η (мПа ∙ с):

ρ – плотность испытуемой жидкости (мг∙мм -3 ), полученная умножением относительной плотности (d) на 0,9982.

Для определения вязкости в каждом конкретном случае капиллярные вискозиметры выбирают в соответствии с табл. 1 и 2 по известным значениям К и V в зависимости от характера испытуемой жидкости, ее объема и значения вязкости.

Методика. Перед проведением измерений вискозиметр следует тщательно промыть и высушить.

В колено трубки 2 вискозиметра наливают измеренный объем жидкости и вискозиметр помещают в вертикальном положении в водяной термостат с температурой (20 ± 0,1) о С, если в фармакопейной статье не указана другая температура, удерживая его в этом положении не менее 30 мин для установления температурного равновесия. Производят повышение уровня жидкости в вискозиметре через отверстие 1 (в случае вискозиметра ВПЖ-1 закрывают трубку 4) до тех пор, пока жидкость не поднимется выше отметки М1. Тогда повышение уровня прекращают, и жидкость опускается. Время t, которое требуется, чтобы мениск прошел расстояние между отметками М1 и М2, замеряют секундомером с точностью до 0,2 с.

Время истечения испытуемой жидкости определяют как среднее не менее чем трех измерений. Полученные данные являются приемлемыми при условии, что результаты двух последовательных измерений отличаются не более чем на 1 %.

Для определения относительной вязкости жидкости ηотн измеряют время истечения между верхней и нижней меткой мениска той жидкости, относительно которой проводят измерения tоср. Затем в том же чистом и сухом вискозиметре при тех же условиях определяют время истечения испытуемой жидкости tcp..

Одновременно при той же температуре, при которой определяют вязкость, измеряют плотности испытуемых жидкостей ρо и ρ пикнометрическим методом и рассчитывают относительную вязкость по формуле:

(8)

Для определения характеристической вязкости готовят не менее 5 испытуемых растворов различной концентрации. При этом должно выполняться условие возможности линейной экстраполяции приведенной вязкости к нулевой концентрации, т.е. концентрации раствора следует выбирать минимальными в пределах чувствительности и точности метода измерения. Для каждой концентрации раствора определяют tcp. и рассчитывают приведенную вязкость. Затем строят зависимость ηприв. от концентрации с и графически или линейным методом наименьших квадратов экстраполируют приведенную вязкость к нулевой концентрации, т.е. находят характеристическую вязкость.

Таблица 1 — Характеристики капиллярных вискозиметров серии ВПЖ-1 и ВПЖТ-1

Читайте также:  Как сделать шумку на ваз 2114

Диапазон измерения вязкости, мм 2 /с

Расчёт динамической, кинематической, относительной, условной вязкости нефти

Так же, как плотность, вязкость нефти является её важнейшей физической характеристикой, поскольку напрямую влияет на её текучесть (величина, обратная вязкости). Вязкие нефти крайне трудно транспортировать по трубопроводам и трудно перерабатывать, что для нефтяной отрасли является затрудняющими факторами.

  • Физическая величина вязкость нефти
  • Динамическая вязкость
  • Кинематическая вязкость
  • Условная вязкость
  • Относительная вязкость

Эта величина в её кинематическом виде, приведенная к температуре 20 градусов Цельсия, может варьироваться в достаточно широком диапазоне – двух до трехсот квадратных миллиметров в секунду (мм 2 /с). Большая часть этого полезного ископаемого характеризуется средним значением этого параметра от 40-ка до 60-ти мм 2 /с.

Эта характеристика является определяющей характеристикой при расчете таких технологических параметров, как:

  • подвижность углеводородного сырья в продуктивном пласте в момент добычи;
  • скорость фильтрации этого сырья в пласте;
  • при определении типа вытесняющего агента;
  • для подбора мощности добывающего насосного оборудования;
  • при определении необходимых условий трубопроводной транспортировки и так далее.

Если знать вязкость нефти, то возможно даже приблизительно определить её состав, поскольку эта физическая характеристика растет с увеличением молекулярных весов составляющих это полезное ископаемое фракций. Иными словами, чем тяжелее добываемое сырье, тем больше оно содержит тяжелых углеводородных фракций, а значит, вязкость его возрастает. В высоковязких марках черного золота содержится много смол и асфальтенов, что сильно затрудняет переработку такого сырья.

Кроме того, на этот параметр влияют растворенные в этом полезном ископаемом газы. К примеру, газы углеводородного состава эту жидкую смесь разжижают, а азотистые – напротив, увеличивают значение её вязкости.

Физическая величина вязкость нефти

Это свойство жидкостей по-другому можно назвать внутренним трением. Другими словами, это способность текучих веществ сопротивляться перемещению их частей одной относительно другой.

Это свойство, как правило, зависит от химического состава смеси, молекулярных масс составляющих её компонентов и от условий, при которых проводятся измерения.

По Ньютоновскому закону внутреннего трения сила внутреннего трения жидких веществ (обозначаемая как f ) находится в зависимости от следующих параметров:

  • площадь соприкосновения составляющих жидкость слоев (обозначение – S);
  • разность их скоростей (Δv);
  • расстояние между этими слоями (Δh);
  • молекулярные свойства жидкого вещества.

Формула этой зависимости такова: f = η * S * (Δv / Δh)

η – это коэффициент пропорциональности, который зависит от сил молекулярного сцепления и называется он коэффициентом внутреннего трения (по-другому – динамической вязкостью нефти).

Динамическая вязкость

Эту величину рассчитывают по так называемой формуле Пуазейля:

η = ((π * Р * r 4 ) / 8 * v * L)) * t

Расшифруем незнакомые обозначения:

P – это давление, под которым происходит движение жидкого вещества;

v – это его объем;

L – длина капилляра, по которому протекает жидкость;

r – диаметр этого капилляра;

t – время, за которое это протекание происходит.

Измеряется эта величина в Па/с(паскаль-секунда, система СИ) или в пз (пуазах, система СГС).

Кинематическая вязкость

Этот параметр является более распространенной физической величиной для оценки свойств нефти и нефтепродуктов. По-другому эту величину называют удельным коэффициентом внутреннего трения.

Этот коэффициент является отношением коэффициента η (см. выше) к плотности жидкого вещества.

Единицы измерения этого физического параметра :

В такой отрасли, как нефтехимия, также применяются такие физические характеристики этого вещества, как относительная и условная вязкости.

Условная вязкость

Этот параметр (обозначение ВУ) получают путем деления промежутка времени, за который истекает определенный объем жидкого образца, на период времени, за который истекает такой же объем стандартной жидкости. Время истекания измеряется в вертикальной трубе заранее определенной длины и диаметра. Условия для обеих жидкостей должны быть абсолютно одинаковы.

Ссылка на основную публикацию
Что такое и зачем нужен ДМРВ в автомобиле 1
Что такое ДМРВ, предназначение, устройство, принцип работы «Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) — что это такое и для чего он...
Что символизирует экологическая эмблема, цвета
Экомаркировка Листок жизни, Европейски цветок, Северный лебедь Вредные вещества попадают в организм человека разными путями, в том числе через токсичные...
Что сказать девушке, чтобы она растаяла 15 фраз Мужской блог
20 фраз, от которых растает любая девушка - GoRabbit Жестокая правда заключается в том, что покорить сердце любой женщины можно...
Что такое и как работает автомобильный иммобилайзер
Иммобилайзер — охранное чудо-устройство на заметку автовладельцам Практически все современные машины сегодня оборудуются таким устройством, как иммобилайзер. Несмотря на это,...
Adblock detector