Ιξώδες. Ο συντελεστής του δυναμικού ιξώδους. Η φυσική σημασία του συντελεστή ιξώδους

δείκτη ιξώδους - μια βασική παράμετρο του εργαζόμενου ρευστού ή αερίου. Από φυσική άποψη, το ιξώδες μπορεί να οριστεί ως η εσωτερική τριβή που προκαλείται από την κίνηση των σωματιδίων που αποτελούν την μάζα του υγρού (αέριο) μέσο, ή, πιο απλά, την αντίσταση κίνησης.

Τι είναι το ιξώδες

Μια απλή προσδιορισμός ιξώδους εμπειρική εμπειρία: η λεία κεκλιμένη επιφάνεια χύνεται ταυτόχρονα σε ίση ποσότητα νερού και λαδιού. Το νερό ρέει γρηγορότερα έλαιο. Είναι πιο ρευστό. Προχωρώντας γρήγορα την αποστράγγιση του λαδιού εμποδίζει μια υψηλότερη τριβή μεταξύ των μορίων του (εσωτερική αντίσταση - ιξώδες). Ετσι, το ιξώδες του ρευστού αντιστρόφως ανάλογη προς ρευστότητα της.

δείκτης ιξώδους: ο τύπος

Σε μια απλοποιημένη μορφή της διαδικασίας της παχύρρευστου ρευστού στον αγωγό μπορεί να θεωρηθεί ως επίπεδες παράλληλες στιβάδες Α και Β με την ίδια έκταση επιφανείας S, η απόσταση μεταξύ των οποίων είναι το μέγεθος του h.

Αυτά τα δύο στρώματα (Α και Β) κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες (V και V + Δν). Ένα στρώμα που έχει την υψηλότερη ταχύτητα (V + Δν), περιλαμβάνει την κίνηση του στρώματος Β, κινείται με μικρότερη ταχύτητα (V). Συγχρόνως το στρώμα Β τείνει να επιβραδύνει το ρυθμό του στρώματος Α Η φυσική σημασία του συντελεστή ιξώδους είναι ότι η τριβή των μορίων που αποτελούν την αντίσταση ροής των στρωμάτων σχηματίζει μια δύναμη η οποία Isaak Nyuton περιγράφεται από τον ακόλουθο τύπο:

F = μ × S × (ΔV / h)

εδώ:

• ΔV - διαφορά μεταξύ της ταχύτητας της κίνησης των στρωμάτων ροής ρευστού?
• h - απόσταση μεταξύ των υγρών στρωμάτων ρεύμα?
• S - εμβαδόν επιφανείας του στρώματος ροής ρευστού?
• μ (mu) - συντελεστής που εξαρτάται από τις ιδιότητες ενός υγρού, που ονομάζεται απόλυτο δυναμικό ιξώδες.

Σε SI μονάδες τύπος έχει ως εξής:

μ = (F × h) / (S × ΔV) = [Pa × s] (χ Pascal δεύτερη)

Όπου F - η δύναμη της βαρύτητας (βάρους) μονάδας του υδραυλικού όγκου ρευστού.

αξία του ιξώδους

Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο συντελεστής του δυναμικού ιξώδους μετράται σε centipoises (cP), σύμφωνα με τις CGS σύστημα (εκατοστόμετρο, γραμμάριο, δευτερόλεπτο). Στην πράξη, το ιξώδες του υγρού λόγου μάζας σχετίζεται με τον όγκο του, δηλαδή υγρό πυκνότητα:

ρ = m / V

εδώ:

• ρ - πυκνότητα του υγρού?
• m - μάζα του ρευστού?
• V - όγκος υγρού.

Η αναλογία μεταξύ του δυναμικού ιξώδους (μ) και την πυκνότητα (ρ) ονομάζεται κινηματικό ιξώδες ν (ν - Ελληνική - ηυ):

ν = μ / ρ = [m ² / s]

Παρεμπιπτόντως, μέθοδοι για τον προσδιορισμό του συντελεστή ιξώδους είναι διαφορετικά. Για παράδειγμα, το κινηματικό ιξώδες μετράται ακόμη σύμφωνα με το σύστημα GHS σε centistokes (cSt) και ένα υποπολλαπλάσιο ποσότητες - Stokes (St):

• 1st Class = 10 ^-4 m ² / s = 1 ^cm2 / s?
• 1sSt = 10 ^-6 m ² / s = 1 ^mm2 / s.

Προσδιορισμός του ιξώδους του νερού

συντελεστής ιξώδους του ύδατος προσδιορίζεται με μέτρηση του χρόνου ροής του ρευστού μέσω της βαθμονομημένης τριχοειδή σωλήνα. Αυτή η συσκευή βαθμονομείται χρησιμοποιώντας ένα γνωστό πρότυπο υγρό ιξώδες. Για τον προσδιορισμό κινηματικό ιξώδες, μετρούμενο σε mm ² / s, ο χρόνος ροής του ρευστού, που μετράται σε δευτερόλεπτα, πολλαπλασιάζεται με μία σταθερή τιμή.

Καθώς μια μονάδα σύγκρισης χρησιμοποιείται το ιξώδες του αποσταγμένου νερού, των οποίων η αξία είναι σχεδόν σταθερή ακόμη και όταν οι αλλαγές της θερμοκρασίας. Ιξώδες - μια αναλογία του χρόνου σε δευτερόλεπτα που απαιτείται σταθερό όγκο αποσταγμένου νερού για τη λήξη μιας βαθμονομημένη οπή, με την ίδια τιμή για το υγρό δοκιμής.

ιξωδόμετρα

Το ιξώδες μετράται σε βαθμούς Engler (° Ε) Saybolt universal seconds ( «SUS) ή Redwood βαθμούς (° RJ) ανάλογα με τον τύπο του ρεομέτρου. Τρεις τύποι ιξωδόμετρα διαφέρουν μόνο στην ποσότητα του ρέοντος υγρού μέσου.

Ιξωδόμετρο μέτρηση του ιξώδους σε ευρωπαϊκή μονάδα Engler βαθμούς (° Ε), η οποία υπολογίζεται ανά 200 ^εκ.3 ρέει υγρό μέσο. Ιξωδόμετρο μέτρηση του ιξώδους σε Saybolt universal seconds ( «SUS ή» SSU), που χρησιμοποιείται στις Ηνωμένες Πολιτείες, που περιέχει 60 ^εκ.3 υγρού δοκιμής. Στην Αγγλία, όπου χρησιμοποιείται Redwood βαθμούς (° RJ), διεξάγει ιξωδόμετρο μέτρηση του ιξώδους των 50 ^cm3 υγρού. Για παράδειγμα, εάν 200 ^εκ.3 από ένα έλαιο ρέει κατά δέκα φορές πιο αργή από την ίδια ποσότητα νερού, το ιξώδες είναι 10 ° Engler Ε

Δεδομένου ότι η θερμοκρασία είναι ένας βασικός παράγοντας στην αλλαγή του λόγου του ιξώδους, οι μετρήσεις διεξάγονται συνήθως αρχικά σε σταθερή θερμοκρασία των 20 ° C και στη συνέχεια σε υψηλότερες τιμές του. Το αποτέλεσμα, έτσι, εκφράζεται με την προσθήκη κατάλληλης θερμοκρασίας, π.χ. 10 ° E / 50 ° C ή 2,8 ° E / 90 ° C. υγρό ιξώδες στους 20 ° C υψηλότερη από το ιξώδες της σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Υδραυλικά έλαια έχουν ιξώδες στις ακόλουθες αντίστοιχες θερμοκρασίες:

190 cSt στους 20 ° C = 45,4 cSt στους 50 ° C = 11,3 cSt στους 100 ° C.

τιμές μετάφραση

Προσδιορισμός του ιξώδους λαμβάνει χώρα σε διαφορετικά συστήματα (American, British, GHS) και ως εκ τούτου συχνά απαιτείται να μεταφράσει τα δεδομένα από ένα σύστημα μέτρησης σε ένα άλλο. Για τη μετατροπή των τιμών του ιξώδους του ρευστού που εκφράζεται σε μοίρες Engler σε centistokes ^(mm2 / s) χρησιμοποιώντας το ακόλουθο εμπειρικό τύπο:

ν (cst) = 7,6 × ° E × (1-1 / ° Ε3)

Για παράδειγμα:

• 2 ° E = 7,6 × 2 × (1-1 / 23) = 15,2 × (0,875) = 13,3 cSt?
• 9 ° E = 7,6 × 9 × (1-1 / 93) = 68,4 × (0,9986) = 68,3 cSt.

Προκειμένου να προσδιοριστεί γρήγορα το πρότυπο ιξώδες του υδραυλικού τύπου μπορεί να απλοποιηθεί το πετρέλαιο ως εξής:

ν (cst) = 7,6 × ° Ε ^(mm2 / s)

Έχοντας ν κινηματικό ιξώδες σε mm ² / s ή cSt, αυτό μπορεί να μετατραπεί σε ένα δυναμικό συντελεστή ιξώδους μ, χρησιμοποιώντας την ακόλουθη σχέση:

μ = ν χ ρ

Παράδειγμα. Συνοψίζοντας διαφόρων τύπων μετάφραση Engler βαθμούς (° Ε) centistokes (cSt) και centipoises (cps), ας υποθέσουμε ότι το υδραυλικό λάδι με πυκνότητα ρ = 910 kg / m ³ έχει ένα κινηματικό ιξώδες 12 ° Ε, σε μονάδες centistokes:

ν = 7,6 × 12 × (1-1 / 123) = 91,2 × (0,99) = 90,3 ^mm2 / s.

Από 1sSt = 10 ^-6 m ² / s και 1 Br = N × 10 ^-3 s / m ^2, τότε το δυναμικό ιξώδες θα είναι ίσο με:

μ = ν χ ρ = 90,3 × 10 ^-6 · 910 = 0.082 × N s / m ² = 82 cPs.

συντελεστής ιξώδες του αερίου

Είναι καθορίζεται από τη σύνθεση (χημική, μηχανική) αερίου σε μία θερμοκρασία και πίεση που εφαρμόζεται στους υπολογισμούς αερίου-δυναμική που σχετίζεται με την κίνηση αερίου. Στην πράξη, το ιξώδες του αερίου λαμβάνεται υπόψη κατά την ανάπτυξη του σχεδιασμού των πεδίων φυσικού αερίου, όπου ο υπολογισμός διεξάγεται αλλαγές συντελεστή εξαρτώμενου από τις αλλαγές της σύνθεσης του αερίου (ιδιαίτερα σημαντικό για τις καταθέσεις συμπύκνωμα φυσικού αερίου), θερμοκρασίας και πίεσης.

Υπολογίζουμε το συντελεστή ιξώδους του αέρα. Οι μέθοδοι θα είναι παρόμοιες με εκείνες που περιγράφηκαν παραπάνω τα δύο ροές του νερού. Ας υποθέσουμε παράλληλη μετακίνηση δύο αερίων ρευμάτων U1 και U2, αλλά με διαφορετικούς ρυθμούς. Μεταξύ των στρωμάτων της συναγωγής θα συμβεί (αλληλοδιείσδυση) μόρια. Ως αποτέλεσμα, δυναμική ταχύτερα κινούμενο ροή του αέρα θα μειωθεί και αρχικά κινείται αργά - επιτάχυνση.

Ο συντελεστής ιξώδους του αέρα, σύμφωνα με το νόμο του Νεύτωνα, που εκφράζεται από τον ακόλουθο τύπο:

F = -Η × (dU / DZ) × S

εδώ:

• dU / dZ είναι η κλίση της ταχύτητας?
• S - περιοχή του δύναμη κρούσης?
• Παράγοντας h - το δυναμικό ιξώδες.

δείκτη ιξώδους

Ιξώδες Index (VI) - μία παράμετρος συσχετίζοντας τη μεταβολή του ιξώδους και της θερμοκρασίας. Η συσχέτιση είναι μια στατιστική σχέση εξάρτησης, στην περίπτωση αυτή οι δύο τιμές στην οποία η μεταβολή της θερμοκρασίας συνοδεύεται από συστηματική παραλλαγή του ιξώδους. Όσο υψηλότερος είναι ο δείκτης ιξώδους, τόσο μικρότερη είναι η μεταβολή μεταξύ των δύο τιμών, δηλαδή το ιξώδες του ρευστού εργασίας είναι πιο σταθερή με τη θερμοκρασία.

Το ιξώδες των ελαίων

Στα θεμέλια της σύγχρονης δείκτη ιξώδους ελαίου μικρότερο από 95-100 μονάδες. Έτσι στα υδραυλικά μηχανήματα και εξοπλισμός μπορούν να χρησιμοποιηθούν επαρκώς σταθερή ρευστά που περιορίζουν ευρεία διακύμανση του ιξώδους κάτω από συνθήκες κρίσιμες θερμοκρασίες.

«Ευνοϊκή» συντελεστή ιξώδους μπορεί να διατηρηθεί με την εισαγωγή ενός ειδικά πρόσθετα ελαίου (πολυμερή) που λαμβάνεται με την απόσταξη του πετρελαίου. Αυξάνουν το πετρέλαιο δείκτη ιξώδους περιορίζοντας αλλαγές στα χαρακτηριστικά του επιτρεπτού εύρους τιμών. Στην πράξη, η εισαγωγή του αναγκαία ποσότητα προσθέτων το χαμηλό δείκτη ιξώδους βασικό έλαιο μπορεί να αυξηθεί σε 100-105 μονάδες. Ωστόσο, ούτως επιτευχθέν μίγμα βλάπτει της ιδιότητες υπό υψηλή πίεση και θερμικό φορτίο, μειώνοντας έτσι την αποτελεσματικότητα του προσθέτου.

Σε δύναμη κυκλώματα πρέπει να χρησιμοποιούνται ισχυρά υδραυλικά υγρά με ένα δείκτη ιξώδους 100 μονάδες. Υγρά που περιέχουν πρόσθετα που αυξάνουν τον δείκτη ιξώδους, χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα υδραυλικού ελέγχου και άλλα συστήματα που λειτουργούν στην περιοχή της χαμηλής μέσης πίεσης /, σε ένα περιορισμένο εύρος θερμοκρασίας αλλάζει με μικρές διαρροές και κατά παρτίδες. Καθώς η πίεση αυξάνει και το ιξώδες αυξάνει, αλλά η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε πιέσεις άνω των 30,0 MPa (300 bar). Στην πράξη, αυτός ο παράγοντας είναι συχνά παραμελούνται.

Μέτρηση και αναπροσαρμογής

Σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα ISO, το ιξώδες του νερού (και άλλα υγρά) εκφράζεται σε centistokes: cSt ^(mm2 / s). Μετρήσεις της έλαια επεξεργασίας ιξώδες θα πρέπει να πραγματοποιηθεί σε θερμοκρασίες μεταξύ 0 ° C, 40 ° C και 100 ° C. Σε κάθε περίπτωση, στον κώδικα σήματος ιξώδες του λαδιού πρέπει να υποδεικνύεται στο νούμερο 40 ° C. Μακριά ιξώδες δίδεται στους 50 ° C. Marks, που χρησιμοποιούνται πιο συχνά σε υδραυλικά συστήματα μηχανικής, εύρος από το πρότυπο ISO VG 22 με το πρότυπο ISO VG 68.

Υδραυλικά VG λάδι 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 σε μία θερμοκρασία 40 ° C έχουν ιξώδη που αντιστοιχεί στην επισήμανση τους: 22, 32, 46, 68 και 100 cSt. Η βέλτιστη κινηματικό ιξώδες του ρευστού εργασίας σε υδραυλικά συστήματα κείται στην κλίμακα από 16 έως 36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers - SAE) έχει δημιουργήσει σειρές των ιξωδών σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες και αντίστοιχους κωδικούς που τους έχει ανατεθεί. Ο αριθμός που ακολουθεί το γράμμα W, - ένα απόλυτο δυναμικό μ συντελεστή ιξώδους στους 0 ° F (-17.7 ° C), και ν το κινηματικό ιξώδες προσδιορίζεται σε 212 ° F (100 ° C). Αυτή η ευρετηρίαση υπόψη ολιγοθέσια έλαια που χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία (μετάδοση, κινητήρα, και ούτω καθεξής. D.).

Η επίδραση του ιξώδους επί υδραυλικών έργων

Προσδιορισμός του ιξώδους του ρευστού δεν είναι μόνο επιστημονικό και εκπαιδευτικό ενδιαφέρον, αλλά και ασκεί σημαντική πρακτική σημασία. Τα υδραυλικά υγρά μεταφέρει όχι μόνο ενέργεια από την αντλία προς τον υδραυλικό κινητήρα, αλλά και για τη λίπανση όλα τα μέρη και εξαρτήματα αποσύρεται από τα ζεύγη τριβής θερμότητα που παράγεται. δεν ανταποκρίνεται στο έργο του ιξώδους του εργαζόμενου ρευστού μπορεί να διαταράξει σοβαρά την αποτελεσματικότητα των υδραυλικών.

Το υψηλό ιξώδες του εργαζόμενου ρευστού (λάδι πολύ υψηλής πυκνότητας) οδηγεί στις ακόλουθες αρνητικές επιπτώσεις:

• Η αυξημένη αντίσταση ροής του υδραυλικού ρευστού προκαλεί υπερβολική πτώση της πίεσης στο υδραυλικό σύστημα.
• Επιβράδυνση έλεγχο της ταχύτητας και μηχανικών κινήσεων των ενεργοποιητών.
• Ανάπτυξη σπηλαίωσης της αντλίας.
• Μηδέν ή πολύ χαμηλή απελευθέρωση αέρα από τη δεξαμενή υδραυλικού λαδιού.
• Μια αισθητή απώλεια ισχύος (που μειώνει την αποτελεσματικότητα) των υδραυλικών συστημάτων λόγω του υψηλού κόστους της ενέργειας για να ξεπεραστεί η εσωτερική τριβή του υγρού.
• Η αυξημένη ροπή της κινητήριας μηχανής της μηχανής που προκαλείται από την αύξηση του φορτίου στην αντλία.
• Η άνοδος της θερμοκρασίας του υδραυλικού υγρού που δημιουργείται από την αυξημένη τριβή.

Έτσι, η φυσική σημασία του συντελεστή ιξώδους είναι στην επίδρασή της (θετική ή αρνητική) για τις συνιστώσες και τους μηχανισμούς για οχήματα, μηχανήματα και εξοπλισμός.

Η απώλεια της υδραυλικής ισχύος

Το χαμηλό ιξώδες του ρευστού εργασίας (χαμηλής έλαιο πυκνότητα) προκαλεί τα ακόλουθα αρνητικά αποτελέσματα:

• Πτώση ογκομετρική απόδοση των αντλιών, ως αποτέλεσμα της αύξηση της εσωτερικής διαρροής.
• Η αύξηση στην εσωτερική διαρροή υδραυλικών εξαρτημάτων σε ολόκληρο το υδραυλικό σύστημα - αντλίες, βαλβίδες, βαλβίδα, υδραυλικούς κινητήρες.
• Αυξημένη φθορά των μονάδων άντλησης και οι αντλίες εμπλοκές λόγω ανεπαρκούς ιξώδους υδραυλικό ρευστό αναγκαία για τη λίπανση των εξαρτημάτων τρίψιμο.

συμπιεστότητα

Οποιοδήποτε υγρό υπό πίεση συμπιέζεται. Όσον αφορά στα λάδια, ψυκτικά και λιπαντικά χρησιμοποιούνται σε μηχανικά υδραυλικά μηχανικής, εμπειρικά διαπίστωσε ότι η διαδικασία της συμπίεσης είναι αντιστρόφως ανάλογη προς τη μάζα του υγρού από τον όγκο του. Η ποσότητα του μέλους συμπίεσης στα ορυκτά έλαια είναι σημαντικά χαμηλότερα για το νερό και πολύ χαμηλότερη για τα συνθετικά ρευστά.

Με απλά χαμηλή πίεση συμπιεστότητα υδραυλικό υγρό αμελητέα επίδραση στη μείωση του αρχικού όγκου. Αλλά ισχυρές μηχανές υψηλής πίεσης κυλίνδρων υδραυλικό σύστημα και τα μεγάλα, η διαδικασία αυτή εκδηλώνεται φανερά. Σε υδραυλικό ορυκτέλαιο σε πίεση 10,0 MPa (100 bar), ο όγκος μειώνεται κατά 0,7%. Σε αυτήν την περίπτωση, μία μεταβολή στον όγκο συμπίεσης σε μικρό βαθμό να επηρεάσουν το κινηματικό ιξώδες και ο τύπος του ελαίου.

συμπέρασμα

Προσδιορισμός του ιξώδους επιτρέπει να προβλέψουμε τη λειτουργία του εξοπλισμού και των μηχανημάτων κάτω από διάφορες συνθήκες, λαμβάνοντας υπόψη τις αλλαγές σε υγρό ή αέριο σύνθεσης, πίεση, θερμοκρασία. Επίσης, έλεγχος των δεικτών σχετικών με τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας και άλλες βιομηχανίες.