Pekali kelikatan. Pekali kelikatan dinamik. Makna fizikal pekali kelikatan

Pekali kelikatan adalah parameter utama cecair atau gas yang bekerja. Dalam segi fizikal, kelikatan boleh ditakrifkan sebagai geseran dalaman yang disebabkan oleh pergerakan zarah yang membentuk jisim media cecair (gas), atau, lebih mudah, penentangan terhadap pergerakan.

Apakah kelikatan?

Pengalaman empiris yang paling mudah untuk menentukan kelikatan: jumlah air halus secara serentak dicurahkan ke permukaan cenderung lancar dengan jumlah air dan minyak yang sama. Air mengalir lebih cepat daripada minyak. Ia lebih cair. Menggerakkan minyak menghalang aliran cepat geseran yang lebih tinggi di antara molekulnya (rintangan dalaman - kelikatan). Oleh itu, kelikatan cecair berkadar songsang dengan ketidakstabilannya.

Pekali kelikatan: formula

Dalam bentuk ringkas, proses pergerakan cecair likat dalam saluran paip boleh dipertimbangkan dalam bentuk lapisan selari pesawat A dan B dengan kawasan permukaan yang sama S, jarak di antara h.

Kedua lapisan (A dan B) bergerak dengan halaju yang berlainan (V dan V + ΔV). Lapisan A, yang mempunyai halaju tertinggi (V + ΔV), melibatkan lapisan B bergerak pada halaju yang lebih rendah (V). Pada masa yang sama, lapisan B cenderung untuk memperlahankan kelajuan lapisan A. Makna fizikal kelikatan kelikatan ialah geseran molekul yang mewakili ketahanan lapisan alir membentuk daya yang ditakrif oleh Isaac Newton dengan rumus berikut:

F = μ × S × (ΔV / h)

Di sini:

• ΔV adalah perbezaan dalam halaju gerakan lapisan aliran bendalir;
• H ialah jarak antara lapisan aliran bendalir;
• S adalah kawasan permukaan lapisan aliran cecair;
• Μ (mu) adalah pekali yang bergantung kepada sifat cecair, yang dinamakan kelikatan dinamik mutlak.

Dalam unit sistem SI, rumusannya adalah seperti berikut:

Μ = (F × h) / (S × ΔV) = [Pa × s] (Pascal × kedua)

Di sini F adalah graviti (berat) isipadu unit cecair kerja.

Nilai kelikatan

Dalam kebanyakan kes, pekali kelikatan dinamik diukur dalam centipoises (cps) selaras dengan sistem unit CGS (sentimeter, gram, kedua). Dalam amalan, kelikatan itu dikaitkan dengan nisbah jisim cecair kepada jumlahnya, iaitu, dengan kepadatan cecair:

Ρ = m / V

Di sini:

• Ρ ialah ketumpatan cecair;
• M adalah jisim cecair;
• V ialah isipadu cecair.

Hubungan antara kelikatan dinamik (μ) dan kepadatan (ρ) dipanggil kelikatan kinematik ν (ν - dalam bahasa Yunani):

Ν = μ / ρ = [m ² / s]

Dengan cara ini, kaedah untuk menentukan pekali kelikatan adalah berbeza. Sebagai contoh, kelikatan kinematik masih diukur mengikut sistem CGS dalam centistokes (cSt) dan dalam stolks (St):

• 1Cm = 10 ^-4 m ² / s = 1 cm ² / s;
• 1 cSt = 10 ^-6 m ² / s = 1 mm ² / s.

Penentuan kelikatan air

Pekali kelikatan air ditentukan dengan mengukur masa aliran cecair melalui tiub kapilari yang dikalibrasi. Peranti ini ditentukur menggunakan cecair piawai kelikatan yang diketahui. Untuk menentukan kelikatan kinematik, diukur dalam mm2 / s, masa aliran bendalir, diukur dalam beberapa saat, didarabkan dengan nilai malar.

Sebagai unit perbandingan, kelikatan air suling digunakan, nilai yang hampir malar walaupun dengan perubahan suhu. Pekali kelikatan ialah nisbah masa dalam beberapa saat bahawa jumlah air suling tetap diperlukan untuk mengalir keluar dari lubang yang dikalibrasi, kepada nilai yang serupa untuk cecair ujian.

Viscometers

Kelikatan diukur dalam darjah Engler (° E), detik sejagat Saybolt ("SUS") atau darjah Redwood (° RJ), bergantung kepada jenis viskimeter yang digunakan. Tiga jenis viskitters berbeza hanya dengan jumlah cecair yang mengalir keluar.

Visometer yang mengukur kelikatan dalam unit Eropah ialah Ijazah Engler (° E), dikira untuk 200 cm ³ cecair efluen. Viskosimeter mengukur kelikatan dalam sejagat Saybolt sejagat ("SUS atau" SSU ") yang digunakan di Amerika Syarikat mengandungi 60 cm ³ cecair ujian. Di England, di mana darjah Redwood (° RJ) digunakan, viskometer mengukur kelikatan 50 cc cecair. Sebagai contoh, jika 200 cc minyak tertentu mengalir sepuluh kali lebih perlahan daripada jumlah air yang sama, maka kelikatan Engler adalah 10 ° E.

Oleh kerana suhu adalah faktor utama yang mengubah pekali kelikatan, pengukuran biasanya dilakukan terlebih dahulu pada suhu malar 20 ° C, dan kemudian pada suhu yang lebih tinggi. Hasilnya dinyatakan dengan menambahkan suhu yang sesuai, misalnya: 10 ° E / 50 ° C atau 2.8 ° E / 90 ° C. Kelikatan cecair pada suhu 20 ° C adalah lebih tinggi daripada kelikatan pada suhu yang lebih tinggi. Minyak hidraulik mempunyai kelikatan berikut pada suhu yang sesuai:

190 cSt pada 20 ° C = 45.4 cSt pada 50 ° C = 11.3 cSt pada 100 ° C.

Terjemahan makna

Penentuan pekali kelikatan berlaku dalam sistem yang berlainan (Amerika, Bahasa Inggeris, GHS), dan oleh itu ia sering diperlukan untuk menterjemahkan data dari sistem satu dimensi kepada yang lain. Untuk menterjemahkan nilai kelikatan bendalir yang dinyatakan dalam ijazah Engler kepada centistokes (mm ² / s), gunakan formula empirik berikut:

Ν (cSt) = 7.6 × ° E × (1-1 / ° E3)

Sebagai contoh:

• 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.

Untuk cepat menentukan kelikatan standard minyak hidraulik, formula boleh dipermudahkan seperti berikut:

Ν (cSt) = 7.6 × ° E (mm ² / s)

Mempunyai kelikatan kinematik ν dalam mm ² / s atau cSt, ia boleh ditukar menjadi pekali kelikatan dinamik μ menggunakan hubungan berikut:

Μ = ν × ρ

Contohnya. Merumuskan formula yang berlainan untuk terjemahan derajat Engler (° E), centistokes (cSt) dan centipoise (cp), kita menganggap bahawa minyak hidraulik dengan ketumpatan ρ = 910 kg / m3 mempunyai kelikatan kinematik 12 ° E, yang dalam unit cSt ialah:

Ν = 7.6 × 12 × (1-1 / 123) = 91.2 × (0.99) = 90.3 mm ² / s.

Sejak 1сСт = 10 ^-6 m ² / s dan 1хП = 10 ^-3 N s / m ² , kelikatan dinamik akan sama dengan:

Μ = ν × ρ = 90.3 × 10 ^-6 · 910 = 0.082 N × s / m ² = 82 cp.

Pekali kelikatan gas

Ia ditentukan oleh komposisi (kimia, mekanik) gas, yang mempengaruhi suhu, tekanan, dan digunakan dalam pengiraan gas-dinamik yang berkaitan dengan pergerakan gas. Dalam praktiknya, kelikatan gas diambil kira semasa merancang pembangunan medan gas, di mana pengiraan perubahan koefisien dilakukan bergantung kepada perubahan dalam komposisi gas (terutamanya yang penting untuk medan kondensat gas), suhu dan tekanan.

Kirakan pekali kelikatan udara. Proses akan sama dengan dua aliran air yang dibincangkan di atas. Katakan bahawa dua gas mengalir U1 dan U2 bergerak selari, tetapi pada kelajuan yang berbeza. Di antara lapisan akan ada perolakan (penembusan bersama) molekul. Akibatnya, momentum aliran udara bergerak akan berkurang lebih cepat, dan pada mulanya bergerak perlahan akan mempercepatkan.

Koefisien kelikatan udara, mengikut undang-undang Newton, dinyatakan dengan formula berikut:

F = -h × (dU / dZ) × S

Di sini:

• DU / dZ adalah kecerunan halaju;
• S ialah kawasan kesan daya;
• Koefisien h ialah kelikatan dinamik.

Indeks kelikatan

Indeks kelikatan (IV) adalah parameter yang mengaitkan perubahan dalam kelikatan dan suhu. Ketergantungan korelasi adalah hubungan statistik, dalam hal ini dua kuantitas, di mana perubahan suhu mengiringi perubahan sistematik dalam kelikatan. Semakin tinggi indeks kelikatan, semakin kecil perubahan di antara kedua nilai tersebut, iaitu, kelikatan cecair kerja lebih stabil apabila suhu berubah.

Kelikatan minyak

Di dasar minyak moden, indeks kelikatan kurang daripada 95-100 unit. Oleh itu, dalam sistem hidraulik mesin dan peralatan, cecair kerja yang cukup stabil boleh digunakan, yang menghadkan variasi kelikatan yang luas pada suhu kritikal.

Pekali kelikatan "menguntungkan" boleh dikekalkan dengan menambahkan tambahan khas (polimer) kepada minyak yang diperolehi dalam penyulingan minyak. Mereka meningkatkan indeks kelikatan minyak dengan mengehadkan variasi ciri ini dalam julat yang dibenarkan. Dalam praktiknya, apabila jumlah aditif yang diperlukan diperkenalkan, indeks kelikatan rendah minyak asas dapat ditingkatkan menjadi 100-105 unit. Pada masa yang sama, campuran yang diperolehi merosot sifatnya di bawah tekanan tinggi dan beban haba, dengan itu mengurangkan keberkesanan aditif.

Dalam litar kuasa sistem hidraulik yang berkuasa, cecair kerja dengan indeks kelikatan sebanyak 100 unit harus digunakan. Cecair kerja dengan penambahbaikan indeks kelikatan digunakan dalam litar kawalan hidraulik dan sistem lain yang beroperasi dalam julat tekanan rendah / sederhana dalam pelbagai perubahan suhu terhad, dengan kebocoran kecil dan dalam mod batch. Dengan tekanan yang meningkat, kelikatan juga meningkat, tetapi proses ini berlaku pada tekanan di atas 30.0 MPa (300 bar). Dalam amalan, faktor ini sering diabaikan.

Pengukuran dan pengindeksan

Selaras dengan piawaian antarabangsa ISO, kelikatan air (dan media cecair lain) dinyatakan dalam centistokes: cSt (mm ² / s). Pengukuran kelikatan minyak proses harus dilakukan pada suhu 0 ° C, 40 ° C dan 100 ° C. Walau bagaimanapun, dalam kod gred minyak kelikatan hendaklah ditunjukkan oleh angka pada suhu 40 ° C. Dalam GOST, nilai kelikatan diberikan pada 50 ° C. Jenama yang paling biasa digunakan dalam hidraulik kejuruteraan dari ISO VG 22 hingga ISO VG 68.

Minyak hidraulik VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 pada 40 ° C mempunyai nilai kelikatan yang sepadan dengan tanda mereka: 22, 32, 46, 68 dan 100 cSt. Kelikatan kinematik optimum cecair hidraulik dalam sistem hidraulik terletak di antara 16 hingga 36 cSt.

Persatuan Jurutera Automotif Amerika (SAE) menubuhkan beberapa perubahan kelikatan pada suhu tertentu dan memberikan kod yang sesuai kepada mereka. Angka yang mengikuti huruf W adalah pekali kelikatan dinamik mutlak μ pada 0 ° F (-17.7 ° C), dan kelikatan kinematic ν ditentukan pada 212 ° F (100 ° C). Pengindeksan ini merangkumi minyak sepanjang musim yang digunakan dalam industri automotif (transmisi, motor, dll.).

Kesan kelikatan pada operasi hidraulik

Penentuan pekali kelikatan cecair bukan sahaja kepentingan saintifik dan kognitif, tetapi juga membawa kepentingan praktikal yang penting. Dalam sistem hidraulik, cecair bekerja bukan sahaja memindahkan tenaga dari pam ke motor hidraulik, tetapi juga melincirkan semua komponen komponen dan mengalihkan haba dari pasangan geseran. Kelikatan cecair kerja yang tidak sesuai dengan mod operasi boleh menjejaskan kecekapan keseluruhan hidraulik.

Kelikatan tinggi cecair kerja (minyak ketumpatan tinggi) membawa kepada fenomena negatif berikut:

• Rintangan yang semakin meningkat terhadap aliran cecair hidraulik menyebabkan penurunan tekanan yang berlebihan dalam sistem hidraulik.
• Menurun kelajuan kawalan dan gerakan mekanikal penggerak.
• Pembangunan peronggaan dalam pam.
• Sifar atau terlalu rendah pelepasan udara dari minyak di dalam tangki.
• Kehilangan kuasa yang ketara (kecekapan berkurang) hidraulik disebabkan oleh kos tenaga yang tinggi untuk mengatasi geseran dalaman bendalir.
• Peningkatan tork mesin utama mesin, disebabkan oleh peningkatan beban pada pam.
• Peningkatan suhu cecair hidraulik disebabkan oleh peningkatan geseran.

Oleh itu, makna fizikal pekali kelikatan terletak pada pengaruhnya (positif atau negatif) pada nod dan mekanisme kenderaan, mesin dan peralatan.

Kehilangan kuasa hidraulik

Kelikatan rendah bendalir kerja (minyak berkepekatan rendah) membawa kepada fenomena negatif berikut:

• Kejatuhan dalam kecekapan volumetrik pam akibat peningkatan kebocoran dalaman.
• Peningkatan kebocoran dalaman dalam komponen hidraulik keseluruhan sistem hidraulik - pam, injap, pengedar hidraulik, motor hidraulik.
• Meningkatkan haus perhimpunan swing dan jamming pam disebabkan oleh kelikatan yang tidak mencukupi cecair kerja yang diperlukan untuk menyediakan pelinciran bahagian-bahagian geseran.

Kompresibiliti

Mana-mana cecair di bawah tekanan dimampatkan. Berkenaan dengan minyak dan penyejuk yang digunakan dalam hidraulik bangunan mesin, secara empirikal ditubuhkan bahawa proses mampatan berkadar berbanding dengan jisim cecair dalam jumlahnya. Jumlah mampatan lebih tinggi untuk minyak mineral, jauh lebih rendah untuk air dan jauh lebih rendah untuk cecair sintetik.

Dalam sistem hidraulik tekanan rendah mudah, kebolehkuatkan cecair secara tidak boleh menjejaskan penurunan jumlah awal. Tetapi dalam mesin yang berkuasa dengan pemacu hidraulik bertekanan tinggi dan silinder hidraulik yang besar, proses ini menjadi nyata. Pada minyak mineral hidraulik pada tekanan 10.0 MPa (100 bar) jumlahnya berkurangan sebanyak 0.7%. Pada masa yang sama, kelikatan kinematik dan jenis minyak mempengaruhi perubahan dalam jumlah mampatan sedikit sebanyak.

Kesimpulannya

Penentuan pekali kelikatan memungkinkan untuk meramalkan operasi peralatan dan mekanisme dalam keadaan yang berbeza, dengan mengambil kira perubahan dalam komposisi cecair atau gas, tekanan, suhu. Juga, pemantauan petunjuk ini adalah relevan dalam sektor minyak dan gas, perkhidmatan perbandaran, industri lain.