Вязкость масла: что означают цифры, таблица вязкости по температуре, кинематическая вязкость

Вязкость дизеля

Дизельное топливо является продуктом фракционирования нефти с температурой кипения 140–360 °С. Оно может содержать добавки, которые улучшают его эксплуатационные свойства, например температуру застывания.

Важным показателем дизеля выступает его вязкость. Именно от нее во многом зависят важные свойства топлива: способность хорошо распыляться, полностью сгорать в моторе, не вызывать коррозии, хорошо прокачиваться в топливной аппаратуре, не утрачивать свои характеристики при длительном хранении. При недостаточной вязкости данного горючего плунжер и гильза насоса скорее изнашиваются, при повышенной дизель плохо прокачивается, недостаточно тонко распыляется, сгорает не полностью.

Летние сорта дизеля отличаются высокой вязкостью. Они становятся плотными при 3–5 °С, в топливе кристаллизуются частицы парафина. Летними марками нельзя пользоваться при температуре ниже 0 °С. Зимние сорта дизельного топлива имеют меньшую вязкость, что обеспечивает исправную работу двигателя в холодный сезон, в том числе в осенне-весенний период.

Вязкость каучука

Каучук представляет собой продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Он может иметь природное или синтетическое происхождение. В процессе вулканизации каучук, сам по себе непрочный и липкий, трансформируется в упругую эластичную резину. Важнейшими свойствами вещества являются эластичность, электроизоляция, газо- и водонепроницаемость.

Как и большинство полимеров, каучук способен пребывать в одном из следующих состояний: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластичном. При обычных температурных условиях вещество высокоэластично.

Вязкость каучука обусловлена его молекулярной массой и способом его синтеза.

Примечания

  1. Внутреннее трение в металлах, полупроводниках, диэлектриках и ферромагнетиках: Сб. статей (рус.) / Под ред. Ф. Н. Тавадзе. — М.: Наука, 1978. — 235 с.
  2. В общем случае это не так.
  3. Хмельницкий Р. А. Физическая и коллоидная химия: Учебних для сельскохозяйственных спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1988. — С. 40. — 400 с. — ISBN 5-06-001257-3.
  4. Попов Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и превмосистем : Учеб. для машиностроительных вузов. — М. : Машиностроение, 176. — С. 175. — 424 с.
  5. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. — Ленинград, Наука, 1975. — с. 226.
  6. Ojovan M. Viscous flow and the viscosity of melts and glasses. Physics and Chemistry of Glasses, 53 (4) 143—150 (2012).

Вязкость мыла

Мыло — твердый либо жидкий продукт, который содержит поверхностно-активные вещества. При соединении с водой он ведет себя как косметическое средство, очищающее кожу (туалетное мыло), или же как моющее средство бытовой химии (хозяйственное мыло). В последнее время данный продукт массового использования все больше применяется именно в жидком виде.

По химическому составу мыло представляет собой натриевые либо калиевые соли высших карбоновых кислот, которые получают в процессе гидролиза жиров в щелочной среде. Также оно может содержать ароматизаторы, красители и прочие ингредиенты.

Вязкость мыльных растворов зависит не только от температуры. Этот показатель растет с повышением концентрации мыла. Включение в мыльные растворы небольшого объема электролитов снижает вязкость, а введение их большого количества ведет к повышению вязкости и последующему высаливанию продукта.

Вязкость жидкостей

Динамическая вязкость

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Для так называемых ньютоновских жидкостей (которых вокруг нас большинство) справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

τ=−η∂v∂n.{\displaystyle \tau =-\eta {\frac {\partial v}{\partial n}}.}

Коэффициент вязкости η{\displaystyle \eta } (коэффициент динамической вязкости, динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что η{\displaystyle \eta } будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля — Андраде:

η=CewkT.{\displaystyle \eta =Ce^{w/kT}.}

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества VM{\displaystyle V_{M}}. Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение

η=cVM−VC,{\displaystyle \eta ={\frac {c}{V_{M}-V_{C}}},}

где:

c{\displaystyle c} — константа, характерная для определенной жидкости;
VC{\displaystyle V_{C}} — собственный объём, занимаемый частицами жидкости.

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкость

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной

ν=ηρ,{\displaystyle \nu ={\frac {\eta }{\rho }},}

и эта величина получила название кинематической вязкости.

Здесь ρ{\displaystyle \rho } — плотность жидкости; η{\displaystyle \eta } — коэффициент динамической вязкости.

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом: 1 сСт = 1 мм2/c = 10−6 м2/c.

Условная вязкость

Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают — °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 мл испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле

ν=7,4⋅10−6Et,{\displaystyle \nu =7,4\cdot 10^{-6}E_{t},}

где ν{\displaystyle \nu } — кинематическая вязкость (в м2/с), а Et{\displaystyle E_{t}} — условная вязкость (в °ВУ) при температуре t.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье — Стокса):

σij=η(∂vi∂xj+∂vj∂xi),{\displaystyle \sigma _{ij}=\eta \left({\frac {\partial v_{i}}{\partial x_{j}}}+{\frac {\partial v_{j}}{\partial x_{i}}}\right),}

где σi,j{\displaystyle \sigma _{i,j}} — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.[источник не указан 108 дней]

Вязкость бензина

Вязкость — важный показатель качества любого моторного топлива, в том числе бензина. От него зависят надежность работы аппаратуры, использования топлива при низкой температуре, его противоизносные характеристики, процесс сгорания. От вязкости бензина зависит скорость его поступления к двигателю по топливной системе.

На вязкость бензина влияет его химический и фракционный состав. Так, при увеличении процентного содержания нафтеновых и ароматических углеводородов, утяжелении фракционного состава топлива оно становится более вязким.

В целом вязкость бензина невелика (у разных марок она колеблется в узком диапазоне — 0,3–-0,7 Ст при температуре 20 °С, так что при конструировании бензопроводов эта величина считается относительно постоянной), и даже ее небольшое увеличение при понижении температуры не вызывает осложнений в функционировании двигателей (в отличие от других видов топлива, для которых вязкость более сильно влияет на эксплуатационные свойства).

Для перекачивания бензина (как и для прочих видов топлива) используют многочисленные типы насосов: поршневые, шестеренчатые, плунжерные, мембранные, винтовые, пластинчатые.

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

η=13⟨u⟩⟨λ⟩ρ,{\displaystyle \eta ={\frac {1}{3}}\langle u\rangle \langle \lambda \rangle \rho ,}

где ⟨u⟩{\displaystyle \langle u\rangle } — средняя скорость теплового движения молекул, ⟨λ⟩{\displaystyle \langle \lambda \rangle } − средняя длина свободного пробега. Из этого выражения в частности следует, что вязкость не очень разреженных газов практически не зависит от давления, поскольку плотность ρ{\displaystyle \rho } прямо пропорциональна давлению, а длина пробега ⟨λ⟩{\displaystyle \langle \lambda \rangle } — обратно пропорциональна. Такой же вывод следует и для других кинетических коэффициентов для газов, например, для коэффициента теплопроводности. Однако этот вывод справедлив только до тех пор, пока разрежение газа не становится столь малым, что отношение длины свободного пробега к линейным размерам сосуда (число Кнудсена) не становится по порядку величины равным единице; в частности, это имеет место в сосудах Дьюара (термосах).

С повышением температуры вязкость большинства газов увеличивается, это объясняется увеличением средней скорости молекул газа u{\displaystyle u}, растущей с температурой как T{\displaystyle {\sqrt {T}}}.

Влияние температуры на вязкость газов

В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при увеличении температуры).

Формула Сазерленда может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры:

μ=μT+CT+C(TT)32,{\displaystyle \mu =\mu _{0}{\frac {T_{0}+C}{T+C}}\left({\frac {T}{T_{0}}}\right)^{3/2},}

где

μ — динамическая вязкость (в Па·с) при заданной температуре T;
μ — контрольная вязкость (в Па·с) при некоторой контрольной температуре T;
T — заданная температура в кельвинах;
T — контрольная температура в кельвинах;
C — постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

Эту формулу можно применять для температур в диапазоне 0 < T < 555 K и при давлениях менее 3,45 МПа с ошибкой менее 10 %, обусловленной зависимостью вязкости от давления.

Постоянная Сазерленда и контрольные вязкости газов при различных температурах приведены в таблице ниже:

Газ C, K T, K μ, мкПа·с
Воздух 120 291,15 18,27
Азот 111 300,55 17,81
Кислород 127 292,25 20,18
Углекислый газ 240 293,15 14,8
Угарный газ 118 288,15 17,2
Водород 72 293,85 8,76
Аммиак 370 293,15 9,82
Оксид серы(IV) 416 293,65 12,54
Гелий 79,4 273 19

Вязкость сахарного сиропа

Сахаром в быту называется сахароза. Свекловичный и тростниковый сахар (в виде песка и рафинада) — очень важный продукт питания. Сахароза относится к углеводам, питательным веществам, заряжающим организм энергией.

Сахарный сироп (основа многих мучных и кондитерских изделий) обладает определенной вязкостью. Она есть уже у самой воды, в составе данной среды. С повышением концентрации растворов вязкость сиропов увеличивается. При концентрации сахара свыше 80 % начинается процесс кристаллизации сахара.

Выделяют следующие разновидности сиропов.

1. Сахарно-паточный. Помимо растворенного в воде сахара содержит патоку. Имеет более высокую вязкость.

2. Инвертный. Обладает более низкой вязкостью, но повышенной гигроскопичностью.

3. Молочный. Растворителем здесь служит молоко (цельное, сухое, сгущенное, сливки), возможно добавление патоки. Данный сироп выступает основным полуфабрикатом при изготовлении молочных конфет, помадных масс.

Для перекачивания сиропов лучше всего подходят центробежные и кулачковые насосы.

4.1. Вводные сведения

Вязкостью
называется способность жидкости
оказывать сопротивление сдвигающим
усилием.

Вязкость
жидкости характеризуется динамическим
коэффициентом вязкости
.

Сила
вязкости, действующая на пластину,
перемещающуюся по слою жидкости со
скоростью
,
для случая плоского течения (рис. 4.1)
может быть записана формулой

где
динамический
коэффициент вязкости,

площадь
пластин,

градиент
скорости по нормали к слою.

Рис.4.1.
Схема к определению силы вязкости при
слоистом движении жидкости

При
прочих равных условиях та жидкость
более вязкая, динамический коэффициент
вязкости
которой больше.

Динамический
коэффициент вязкости
имеет размерность

где
масса,

длина,

время,

и
измеряется в
либо в пуазах:.

Кроме
динамического коэффициента вязкости
получил распространение кинематический
коэффициент вязкости,
гдеплотность
жидкости. Кинематический коэффициент
вязкости имеет размерностьи измеряется вили в.
1носит название «Стокс».

Коэффициенты
изависят, прежде всего, от рода жидкости,
а для данной жидкости являются функциями
давления и температуры.

Для
сжимаемых и несжимаемых жидкостей эти
зависимости проявляются по-разному. В
капельных жидкостях кинематический
коэффициент вязкости уменьшается при
повышении температуры, а в газах
(например, в воздухе), наоборот,
увеличивается. Причину неодинакового
поведения можно объяснить на основе
кинетической теории.

Коэффициент
вязкости
определяется согласно кинетической
теории по формуле

В
этой формуле 0,31 и 0,4 – коэффициенты,
принимаемые в зависимости от закона
распределения скоростей и характера
удара молекул газа в их тепловом движении;

число
молекул в 1;

масса
молекул;

средняя
скорость теплового движения;

длина
свободного пробега молекулы между двумя
столкновениями.

Так
как
,
то кинематический коэффициент вязкости

.

Скорость
молекул прямо пропорциональна корню
квадратному из абсолютной температуры
Т,
а длина свободного пробега молекулы
увеличивается с увеличением температуры,
следовательно с повышением температуры
увеличиваются как кинематический, так
и динамический коэффициенты вязкости
в газах.

В
капельных жидкостях не наблюдается
такого движения молекул, как в газах.
Согласно кинетической теории каждая
молекула жидкости совершает колебание
около незакрепленного (в кристаллическом
теле около закрепленного) положения,
причем молекулы многоатомные, имея
несимметричную форму, склонны
ориентироваться относительно друг
друга; нарушение этой ориентировки при
перемещении одних слоев жидкости
относительно других вызывает сопротивление,
тем большее, чем ниже температура. С
повышением температуры уменьшается
сопротивляемость изменению ориентировки
молекул, уменьшается и сопротивление
молекул перемещению, уменьшается сила
трения, т.е. уменьшаются коэффициенты
вязкости (динамический и кинематический).

Зависимость
вязкости капельной жидкости от давления
значительно меньше, чем от температуры.
С увеличением давления вязкость
возрастает тем быстрее, чем сложнее
молекула, и увеличивается в среднем на
1/300 – 1/500 от своей величины при увеличении
давления на 1.

Вязкость
рабочей жидкости имеет большое значение
при работе гидромашин. Функции, выполняемые
рабочей жидкостью разнообразны, и
предъявляют к ней целый ряд требований,
многие из которых противоречивы. Выбор
рабочей жидкости является самостоятельной
задачей, причем знание величины вязкости
является обязательным условием ее
успешного решения. Приборы, предназначенные
для определения вязкости жидкости
называются вискозиметрами.

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости — это свойство, проявляющееся только при движении жидкости, и не влияющее на покоящиеся жидкости. Вязкое трение в жидкостях подчиняется закону трения, принципиально отличному от закона трения твёрдых тел, т.к. зависит от площади трения и скорости движения жидкости.
Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости. Если рассмотреть то, как распределяются скорости различных слоёв жидкости по сечению потока, то можно легко заметить, что чем дальше от стенок потока, тем скорость движения частиц больше. У стенок потока скорость движения жидкости равна нулю. Иллюстрацией этого является рисунок, так называемой, струйной модели потока.

Медленно движущийся слой жидкости «тормозит» соседний слой жидкости, движущийся быстрее, и наоборот, слой, движущийся с большей скоростью, увлекает (тянет) за собой слой, движущийся с меньшей скоростью. Силы внутреннего трения появляются вследствие наличия межмолекулярных связей между движущимися слоями.
Если между соседними слоями жидкости выделить некоторую площадку S, то согласно гипотезе Ньютона:

F=μ•S•(du/dy),

где:

  • μ — коэффициент вязкого трения;
  • S – площадь трения;
  • du/dy — градиент скорости

Величина μ в этом выражении является динамическим коэффициентом вязкости, равным:

μ=F/S•1/du/dy,

или

μ=τ•1/du/dy,

где:

τ – касательное напряжение в жидкости (зависит от рода жидкости).

Физический смысл коэффициента вязкого трения

Физический смысл коэффициента вязкого трения — число, равное силе трения, развивающейся на единичной поверхности при единичном градиенте скорости.

На практике чаще используется кинематический коэффициент вязкости, названный так потому, что в его размерности отсутствует обозначение силы. Этот коэффициент представляет собой отношение динамического коэффициента вязкости жидкости к её плотности:

ν=μ/ρ,

Единицы измерения коэффициента вязкого трения:

  • Н·с/м2;
  • кГс·с/м2
  • Пз (Пуазейль) 1(Пз)=0,1(Н·с/м2).

Анализ свойства вязкости жидкости

Для капельных жидкостей вязкость зависит от температуры t и давления Р, однако последняя зависимость проявляется только при больших изменениях давления, порядка нескольких десятков МПа.

Зависимость коэффициента динамической вязкости от температуры выражается формулой вида:

μt=μ•e-kt(T-T),

где:

  • μt — коэффициент динамической вязкости при заданной температуре;
  • μ — коэффициент динамической вязкости при известной температуре;
  • Т — заданная температура;
  • Т — температура, при которой измерено значение μ;
  • e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Зависимость относительного коэффициента динамической вязкости от давления описывается формулой:

μр=μ•e-kр(Р-Р),

где:

  • μР — коэффициент динамической вязкости при заданном давлении,
  • μ — коэффициент динамической вязкости при известном давлении (чаще всего при нормальных условиях),
  • Р — заданное давление,;
  • Р — давление, при которой измерено значение μ;
  • e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Влияние давления на вязкость жидкости проявляется только при высоких давлениях.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье):

σij=η•(dvi/dxi+dvj/dxi),

где σij — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Вязкость жидкостей (при 18°C)

Вещество Вязкость 10 -5 кг/(м*с)
Анилин 4,6
Ацетон 0,337
Бензол 0,673
Бром 1,02
Вода 1,05
Гелий 1,89
Глицерин 1400
Масло машинное легкое 113
Масло машинное тяжелое 660
Масло оливковое 90
Масло оливковое 90
Пентан 0,244
Ртуть 1,59
Спирт этиловый 1,22
Уксусная кислота 1,27
Эфир этиловый 0,238

Вязкость в практическом применении

Замечание 1

Известны способы широкого применения свойства вязкости жидкости в практическом смысле. Так, определение вязкости большое практическое значение имеет: в условиях нефтеперерабатывающей промышленности. работа с многофазными, дисперсными средами подразумевает знание их физических свойств, в особенности – внутреннего трения.

Современные вискозиметры делаются из прочных материалов, а их производство требует задействования передовых технологий. В комплексе это позволяет производить работу с высокой температурой и давлением без повреждений оборудования. Вязкость жидкости большую роль играет и в промышленности, поскольку транспортировка, добыча и переработка, например, нефти будут зависеть от значений внутреннего трения у жидкостной смеси.

Также существенную роль свойство вязкости жидкости играет и для медицинского оборудования. Так, поступление газовой смеси посредством эндотрахеальной трубки зависит от внутреннего трения данного газа. Здесь по-разному будет отражаться изменение значений вязкости среды на проникновении воздуха через аппарат (зависимость от состава газовой смеси).

Введение вакцин и лекарственных препаратов, через шприц также представляет яркий пример действия вязкости среды. Здесь имеются в виду перепады давления на конце иголки в момент впрыскивания жидкости, несмотря на факт изначального пренебрежения учеными данным физическим явлением. Возникновение высокого давления на наконечнике представляет собой следствие действия внутреннего трения.

Таким образом, вязкость среды считается одной из физических величин, обладающей широким практическим применением. В лаборатории, промышленности, а также медицине понятие внутреннего трения фигурирует довольно часто. Функционирование простейшего лабораторного оборудования зависимо от степени вязкости среды, используемой в исследованиях.

Определение вязкости масла

О том, что любой смазочный материал должен препятствовать такому явлению, как сухое трение между движущимися и соприкасающимися деталями, знают даже школьники. В отношении автомобильного двигателя задача масла соответствующая – уменьшить силу трения в цилиндропоршневой группе при обеспечении максимальной герметичности цилиндров. Решение этой задачи не выглядит тривиальным, поскольку силовой агрегат вынужден работать в очень широком температурном диапазоне, от минусовых (холодный двигатель, пуск зимой) до плюс 300ºС – такой режим характерен для некоторых узлов прогретого мотора.

Отметим, что многие водители убеждены, что та температура, которая отображается на шкале прибора, измеряет температуру самого двигателя. Это, конечно же, заблуждение – датчик измеряет только температуру тосола. А она действительно на прогретом моторе практически одинакова во всём контуре и составляет примерно 90 градусов. Узлы же силового агрегата греются по-разному. Соответственно, и температура моторного масла тоже «гуляет», причём в достаточно широких пределах, доходя до значений порядка 150ºС.

А поскольку современные двигатели представляют собой достаточно сложную конструкцию, их производители рекомендуют использовать смазочные жидкости с вполне определёнными эксплуатационными характеристиками. Именно они обеспечивают максимально возможный КПД двигателя за счёт уменьшения силы трения, способствуя снижению износа трущихся деталей при среднестатистических нагрузках на мотор.

И важнейшей из этих характеристик является вязкость ММ. Самое простое и понятное определение вязкости следующее: это способность масла сохранять свою текучесть в заданных условиях работы, оставаясь на поверхности трущихся деталей. Добиться этого не сложно, если бы не динамически изменяемый температурный режим: на непрогретом двигателе он один, при работе в штатном режиме – другой – при повышенных нагрузках – третий.

Понятно, что изобрести некий универсальный состав, который бы одинаково хорошо работал независимо от внешних условий, невозможно.

А чтобы и автопроизводители, и потребители имели возможность как-то оценивать вязкость конкретных масел, Ассоциация автоинженеров США (SAE) разработала и внедрила классификацию ММ по их вязкости, в соответствии с определёнными температурными режимами работы. Другими словами, классификация упрощает выбор масла в зависимости от предпочтительного режима эксплуатации автомобиля.

У многих водителей вызывает затруднение расшифровка вязкости масла, указываемая на маркировке смазочных жидкостей для мотора в соответствии с классификацией по SAE. Как правило она начинается с одной или двух цифр, за которыми следует буква W, а через тире следует ещё одна пара цифр.

Рассмотрим на простом и доступном уровне, что означают эти цифры в отношении вязкости масла. То, что стоит до буквы W – так называемая низкотемпературная вязкость, указывающая на возможность запуска мотора при определённой отрицательной температуре (вычислить её можно, отняв от указанной цифры значение 40). То есть 5W обозначает, что такая жидкость обеспечивает беспроблемный пуск двигателя при температуре не ниже минус 40 градусов.

Отметим, что данный показатель касается только нижнего порога температур для холодного мотора, не влияя на рабочие характеристики масла, используемого на горячем силовом агрегате. Но опять же, производители масел рассчитывают этот параметр на основании испытаний на конкретных моторах, поэтому он является, так сказать, усреднённым. В действительности всё зависит от конкретного мотора, поэтому ориентироваться нужно на рекомендации автопроизводителя, а не на маркировку. Отметим, что, если в конкретном регионе максимальные морозы не превышают -20°С, можно использовать ММ с практически любым префиксом, поскольку масла с индексом, большим 20W, встречаются на рынке очень редко.

Вторая группа цифр указывает на высокотемпературный показатель вязкости, однако здесь нет прямой зависимости от температуры. Он обозначает некий обобщённый параметр, характеризующий минимальную/максимальную вязкость ММ при функционировании в рабочем диапазоне температур (а это в среднем 100-150 градусов). Чем выше этот показатель, тем больше вязкость масла при работе в более высоком температурном режиме. А слишком жидкое масло не сможет обеспечить выполнение своих непосредственных обязанностей – смазывать трущиеся поверхности. Так что интерпретация второго пары цифр даже среди специалистов вызывает определённые разногласия, и совет придерживаться рекомендаций автопроизводителей здесь ещё более актуален.

Краткая теория

Реальная жидкость,
в отличие от идеальной, обладает вязкостью
(внутренним трением), обусловленной
сцеплением между молекулами. Если в
движущейся жидкости различные слои
имеют различную скорость, то между
слоями действуют силы внутреннего
трения.

Опыт
показал, что сила внутреннего трения
пропорциональна площади S
соприкосновения слоев жидкости и
градиенту скорости

(градиентом скорости называется изменение
скорости на единице длины в направлении
перпендикулярном скорости).

Сила
внутреннего трения выражается формулой
(законом) Ньютона:

F
=

S, (1)

где 
— коэффициент пропорциональности,
называемый коэффициентом внутреннего
трения (коэффициентом вязкости жидкости).

Физический
смысл коэффициента вязкости состоит в
том, что он численно равен силе внутреннего
трения, действующей на 1 м
2
площади соприкосновения параллельно
движущихся слоев жидкости и температуры.

Вязкость
жидкости с повышением температуры
уменьшается, так как при этом увеличивается
среднее расстояние между молекулами
и, следовательно, уменьшается сцепление
между ними. Коэффициент вязкости
определяется различными методами.

Цель
данной работы – определение коэффициента
вязкости методом Стокса.

Рассмотрим
падение тела внутри покоящейся жидкости.
При соприкосновении твердого тела с
жидкостью к поверхности тела прилипают
молекулы жидкости, образуя мономолекулярный
слой жидкости, обволакивающей тело.
Прилегающий к телу мономолекулярный
слой жидкости движется вместе с телом
со скоростью движения тела. Он увлекает
соседние частицы жидкости. Эти частицы
увлекают более удаленные частицы в
результате действия сил сцепления между
ними. Удаленные от тела частицы жидкости
движутся медленнее, более близкие к
телу – быстрее. В этих условиях между
частицами, движущимися с разными
скоростями, действуют силы внутреннего
трения. Силы внутреннего трения,
действующие со стороны удаленных частиц
на прилегающие к телу частицы, тормозят
движение тела, являясь силами сопротивления.
Они направлены в сторону, противоположную
перемещению тела.

Опыты
показывают, что сила сопротивления
зависит от скорости движения
тела, от
геометрической формы тела и вязкости
среды
. Силу сопротивления среды можно
наиболее просто определить для тела
сферической формы (шарика) движущегося
под действием силы тяжести в покоящейся
жидкости.

Теоретические
расчеты, выполненные Стоксом, приводят
к выражению (закон Стокса)

F=3dv, (2)

где: d
– диаметр шарика;

v
– скорость движения шарика;


— коэффициент вязкости.

На шарик
массой m и диаметром d,
падающий со скоростью v
в жидкости с коэффициентом вязкости ,
действуют три силы: сила тяжести F1,
выталкивающая сила FА,
и сила сопротивления F
жидкости (рис. 1). Так как силы F1
и FА постоянны, а
сила F возрастает с
увеличением скорости движения шарика,
то с некоторого момента времени эти
силы уравновесят друг друга:

F1
= FA +
F (3)

Тогда
шарик будет двигаться равномерно.

Учитывая,
что по закону Ньютона

F1
= mg
=

d31g
, (4)

а по
закону Архимеда

FA
=

d32g, (5)

где: 1
– плотность шарика;

2
– плотность жидкости;

g
– ускорение свободного падения.

Имеем


расчетная формула (6)

т.к.
,
то равенство (1.6) примет вид


(7)

где: l
–путь, пройденный шариком в жидкости
за время t.

Таким
образом, наблюдая за равномерным
движением шарика в жидкости по формуле
(7) можно определить ее коэффициент
вязкости.

Если
обозначить
,
то расчетная формула примет вид


(7а)

Вязкость растворителей

Растворители представляют собой химические соединения, способные преобразовывать различные вещества в раствор (гомогенную однородную систему, состоящую из 2 и более компонентов). Обычно они используются в роли среды для проведения химических реакций, для технологических целей. В связи с этим растворители востребованы в различных сферах производства (лакокрасочном, электротехническом, фармацевтике, парфюмерии, создании взрывчатых веществ), сельском хозяйстве.

Растворители классифицируются на органические и неорганические (важнейший из них — это вода). По степени вязкости они подразделяются на маловязкие (до 0,002 Па•с), средневязкие (0,002–0,01 Па•с), высоковязкие (свыше 0,01 Па•с).

Растворители в промышленности перекачивают разными типами насосов, например мембранными, вихревыми, плунжерными аппаратами.

Вязкость ацетона

К группе маловязких растворителей относится ацетон. Это бесцветная летучая жидкость органического происхождения, отличающаяся характерным резким запахом. Вязкость продукта составляет 0,000 33 Па•с.

Вязкость керосина

Растворитель керосин также имеет небольшую вязкость (0,001 49 Па•с при комнатной температуре). Это прозрачное вещество масляной структуры, прозрачное либо желтоватого оттенка. Получают керосин при прямой перегонке нефти.

Данная субстанция применяется и в других целях: как реактивное топливо в ракетах, самолетах, как горючее для бытовых осветительных приборов, при обжиге стекла и фарфора, в оборудовании для резки металлов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector