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粘度的基本概念原理及测量方法
2020.12.21   点击42048次

液体在流动时,在其分子间产生内摩擦的性质,称为液体的粘性,粘性的大小用粘度表示,用于表征液体性质相关的阻止因子。粘度又分为动力粘度,运动粘度和条件粘度。

液体内部流动时其内部摩擦的性质称为液体的粘度。粘度以粘度表示,用于表征与流体有关的阻力系数。粘度分为动态粘度,运动粘度和条件粘度。

将流动着的液体高度相互平行的液层,各层速度不同,形成速度梯度(dv / dx),这是流动的基本特征。由于速度梯度的存在,流动较慢的液层阻滞为使液层维持一定的速度梯度运动,必须对液层施加一个与相对相反的反向力。在单位液层面积上施加的这种力切变速率(D)D = dv / dx(S-1)切应力与切变速率是表征体系流变性质的两个基本参数。不同平面但平行的流体,拥有相同的面积“ A”,相隔距离“ dx”,且以不同变量“ V1”和“ V2”往相同方向流动,牛顿假设保持此不同的力量正比于流体的相对速度或速度梯度,即:τ=ηdv/ dx =ηD(牛顿公式)其中η与材料性质有关,我们称为“粘度”。

流动的液体被视为彼此平行移动的许多液体层。每层的速度不同,形成速度梯度(dv / dx),这是流动的基本特征。由于存在速度梯度,流动较慢的液体层会阻塞较快的液体层的流动,因此,液体会产生运动阻力。为了使液体层保持一定的速度梯度运动,必须将抵抗阻力的反力施加到液体层上。施加在单位液体层区域上的该力称为剪切应力或剪切力τ(N / m2)。剪切速率(D)D = dv / dx(S-1)剪切应力和剪切速率是表征系统流变性质的两个基本参数。两种不同的平面但平行的流体具有相同的面积“ A”,相隔距离“ dx”,并以相同的方向以不同的流速“ V1”和“ V2”流动。牛顿假定这种不同流速的力与流体的相对速度或速度梯度成正比,即:τ=ηdv/ dx =ηD(牛顿公式)其中η与材料特性有关,我们称其为“粘度”。

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

将两个面积为1平方米的板浸入液体中。两块板之间的距离为1m。如果施加1N的剪应力,则两块板之间的相对速度为1m / s。液体的粘度为1Pa·s。。

粘度只与温度有关,与切变速率无关,τ与D为正比关系。牛顿流体:符合牛顿公式的流体。

牛顿流体:符合牛顿公式的流体。粘度仅与温度有关,与剪切速率无关。τ和D彼此成正比。

非牛顿流体:不符合牛顿公式τ/ D = f(D),ηa表示在一定值(τ/ D)处的粘度,这称为表观粘度。

又称粘性系数,剪切粘度或动力粘度。流体的一种物理属性,替换为流体的粘性,对于牛顿流体,可用牛顿粘性定律定义之:

也称为粘度,剪切粘度或动态粘度。用于测量流体粘度的流体的物理特性。对于牛顿流体,牛顿粘度定律可以定义为:

式中μ为流体的粘度;τyx为剪切应力; ux为速度分量; x,y为坐标轴; dux / dy为剪切应变率。流体的粘度μ与密度ρ的比值称为运动粘度,以v表示。

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

粘度随温度变化很大,但通常随压力变化较小。液体粘度随温度升高而降低,而气体粘度随温度升高而升高。对于溶液,相对粘度μr通常用于表示溶液粘度μ与溶剂粘度μ之比,即:

相对粘度和浓度C之间的关系可以表示为:

μr= 1 +【μ】C + K′【μ】C +…

式中【μ】为溶液的特性粘度,

【μ】,K′均与浓度无关。

其中μ是溶液的特性粘度,

K'是一个系数。μ和K'都与浓度无关。

在压强为101.325kPa,温度为20℃的条件下,空气,水和甘油的动力粘度和运动粘度为:

不同流体的粘度差异很大。在101.325 kPa的压力和20°C的温度下,空气,水和甘油的动态粘度和运动粘度为:

空气μ= 17.9×10-6Pa·s,v = 14.8×10-6 m2 / s

水μ= 1.01×10-3Pa·s,v = 1.01×10-6m2 / s

甘油μ= 1.499Pa·s,v = 1.19×10-3m2 / s

由于粘度的作用,使物体在流体中运动时受到摩擦阻力和压差应变,导致机械能的损耗(见流动阻力)。

由于粘度的影响,当物体在流体中移动时,会引起摩擦阻力和压差阻力,从而导致机械能的损失(请参阅流阻)。

各种流体的粘度数据,主要由实验测得。常用的粘度计有螺杆式,落球式,锥板式,转筒式等。在工业上有时用特定形式的粘度计来测定特定的条件粘度。如炼油工业中常用的恩氏粘度(或恩格拉粘度)作为石油产品的一个指标,它表示特定温度下200cm油品与同体积20℃纯水,从恩氏粘度计中所需的时间之比。恩氏粘度与动力粘度的关系可按经验公式换算。又如橡胶工业中常用门尼粘度为特定橡胶平均分子量及可塑性的一个指标。

各种流体的粘度数据主要通过实验测量。常用的粘度计包括毛细管型,落球型,锥板型和鼓型。在工业上,某些类型的粘度计有时用于确定特定的条件粘度。例如,炼油工业中通常使用的Enzi粘度(或Engela粘度)是石油产品的指标。它表示在一定温度下200厘米的油和20度的纯水从恩氏粘度计流出所需的时间比率。。Enzi粘度和动态粘度之间的关系可以通过经验公式进行转换。

对于压力不太高的气体,输出结果较准;对于液体则较差。对非均相流体(如低浓度悬浮液)的粘度。 ,可以用爱因斯坦公式估计:

在没有粘度测试数据的情况下,可以从理论公式或经验公式估算粘度。对于较低压力的气体,估算值更为准确;对于液体,它们更糟。可以使用爱因斯坦公式来估算非均质流体(例如低级

悬浮液)的粘度:式中μm为悬浮液的粘度;μ为连续相液体的粘度;φ为悬浮液中分散相的体积分数; dd为分散相粘度。当分散相为固体颗粒时,μd→∞,;当分散相为气泡时,μd→0,μm=(1 +φ)μ。

其中μm是悬浮液的粘度;μ是连续相液体的粘度;φ是悬浮液中分散相的体积分数;μd是分散相的粘度。当分散相是固体颗粒时,μd→∞,而当分散相是气泡时,μd→0,μm=(1 +φ)μ。

粘度是流体粘性滞留性的一种量度,是流体流动力引起内部摩擦现象的一种表示。粘度大表现内摩擦力大,分子量升高,碳氢结合越多,这种力量也减小。粘度对各种润滑油,质量鉴别和确定,用途和各种燃料用油的燃烧性能及用度等有决定性。在同样馏分温度下,以烷烃为主要组份的石油产品粘度低,而粘温性更好,即粘度指数较高,也就是粘度随温度变化而改变的幅度比例;含环烷烃(或芳烃)组份降低的油品粘度较高,即粘温性较差;重质燃料油粘度大,经预热使运动粘度达到18~20mm2 / s(40℃)。含脂质和芳烃烃含量油品粘度最高,粘温性最差,即粘度指数最低。20mm2 / s(40℃),有利于喷油嘴均匀喷油。

粘度是流体粘度的量度,并且是流体流动力的内部摩擦现象的表示。粘度大表示内部摩擦大,分子量越大,烃的结合越多,功率越大。粘度对于各种润滑油,各种燃料油的质量鉴定和确定,用途以及燃烧特性和成本具有决定性的意义。在相同的蒸馏温度下,以烷烃为主要成分的石油产品具有较低的粘度和良好的粘度-温度特性,即较高的粘度指数,即粘度随温度变化的变化较小。并含有环烷烃(或芳烃具有较高的油组成粘度,即较差的粘度和温度;胶和芳族化合物具有最高的粘度,粘度和温度具有最低的粘度指数,即最低的粘度指数。粘度通常表示为运动粘度,单位为mm2 / s。重质燃料油具有大的粘度,并且在预热之后,运动粘度达到18-20mm2 / s(40℃),这对于燃料喷射器的均匀喷射是有利的。

粘度测定有:动力粘度,运动粘度和条件粘度三种测定方法。

粘度通过三种方法测量:动态粘度,运动粘度和条件粘度。

(1)动态粘度:ηt是当两个液体层分开1cm并且每个区域为1(平方厘米)且相对移动速度为1cm / s时产生的电阻,单位为g / cm·sec。1g / cm·sec = 1 poise概述:工业上的动态粘度单位以泊位表示。

(2)运动粘度:在温度t℃时,运动粘度用符号γ表示,在国际单位制中,运动粘度单位为斯,即每秒平方米(m2 / s),实际测定中常用厘斯,( cst)表示厘斯的单位为每秒平方毫米(即1cst = 1mm2 / s)。运动粘度广泛用于测定喷气燃料油,柴油,润滑油等液体石油产品深色石油产品,使用后的润滑油,原油等的粘度,运动粘度的测定采用逆流法测量。

(3)条件粘度:是指通过不同比粘度计以条件单位测量的粘度。以下条件在各个国家/地区通常使用:

是一定量的薄片,在规定温度(如:50℃,80℃,100℃)下,从恩氏粘度计改为200毫升一块所需的粘度。温度t时,恩氏粘度用符号Et表示,恩氏粘度的单位为条件度。的时间与蒸馏水在20℃相同的体积所需要的时间。

①恩氏粘度也称为恩格勒粘度。给定数量的样品在指定温度(例如50、80和100)下从Enzi粘度计中流出的200 ml样品和在20相同体积的蒸馏水流出所需的时间是否是多少?(秒)比率。在温度t下,Enzi的粘度用符号Et表示,Enzi的粘度单位为条件度。是一定量的片断,在规定温度下从赛氏粘度计代替200毫升所需的秒数,以“秒”单位。赛氏粘度又分。②赛氏粘度,即赛波特(sagbolt)粘度。为赛氏通用粘度和赛氏重油粘度(或赛氏弗罗(Furol)粘度)类型。

②盐度粘度,流挂粘度。给定数量的样品在指定温度下从Siegel粘度计流出200 ml所需的秒数(以秒为单位)。叙利亚粘度分为两种:叙利亚通用粘度和Saybolt重油粘度(或Furol粘度)。

是一定量的片断,在规定温度下,从雷氏度计替换50毫升所需的秒数,以“秒”为单位。雷氏粘度。又分为雷氏1号(Rt表示)和雷氏2号(用RAt表示)两种。

③瑞利粘度为红木粘度。给定数量的样品在指定温度下以50 ml在指定温度下从Raeometer排出所需的秒数(以秒为单位)。瑞利的粘度分为两种:Rees 1(Rt)和Reb 2(以RAt表示)。

上述三种条件粘度测定法,在欧美各国通用,另外除采用恩氏粘度计测定深色润滑油及残渣油外,其余两种粘度计很少使用。各种条件粘度表示方法和单位各不相同,但它们之间的关系可通过图表进行转换。同时恩氏粘度与运动粘度也可转换,这样就方便灵活合并了。

以上三种条件粘度测量方法是欧美常用的。除了由恩兹(Enzi)粘度计在中国测得的深色润滑油和渣油外,很少使用其余两种粘度计。粘度的三个条件表明方法和单位不同,但是它们之间的关系可以通过图表进行转换。同时,Enn的粘度和运动粘度也可以转换,这更加方便和灵活。

粘度的测定有许多方法,如转桶法,落球法,阻尼振动法,杯式粘度计法,螺杆法等等。对于粘度较小的流体,如水,乙醇,四氯化碳等,常用的粘度计测量;而对粘度应力流体,如蓖麻油,变压器油,机油,甘油等透明(或半透明)液体,常用落球法测定;对于粘度为0.1-100Pa·s范围的液体,也可用转筒法进行测定。

确定粘度的方法有很多,例如桶法,落球法,阻尼振动法,杯式粘度计法,毛细管法等。对于水,乙醇,四氯化碳等小粘度流体,常用毛细管粘度计测量;对于大粘度流体,如蓖麻油,变压器油,机油,甘油和其他透明(或半透明)液体,通常采用落球法测量;对于液体的粘度范围为0.1~100Pa·s,也可以通过转鼓法测量。

相关标准: