Каэфіцыент глейкасці. Каэфіцыент дынамічнай глейкасці. Фізічны сэнс каэфіцыента глейкасці

Каэфіцыент глейкасці - гэта ключавы параметр рабочай вадкасці альбо газу. У фізічных тэрмінах глейкасць можа быць вызначана як ўнутранае трэнне, якое выклікаецца рухам часціц, якія складаюць масу вадкай (газападобнай) асяроддзя, або, больш проста, супрацівам руху.

Што такое глейкасць

Найпросты эмпірычны вопыт вызначэння глейкасці: на гладкую нахільную паверхню адначасова выліваюць аднолькавая колькасць вады і алею. Вада сцякае хутчэй алею. Яна больш цякучая. Які рухаецца масле перашкаджае хутка сцякаць больш высокае трэнне паміж яго малекуламі (ўнутраны супраціў - глейкасць). Такім чынам, глейкасць вадкасці зваротна прапарцыйная яе цякучасці.

Каэфіцыент глейкасці: формула

У спрошчаным выглядзе працэс руху вязкай вадкасці ў трубаправодзе можна разгледзець у выглядзе плоскіх паралельных слаёў А і У з аднолькавай плошчай паверхні S, адлегласць паміж якімі складае велічыню h.

Гэтыя два пласта (А і В) перамяшчаюцца з рознымі хуткасцямі (V і V + ΔV). Пласт А, які мае найбольшую хуткасць (V + ΔV), залучае ў рух пласт B, які рухаецца з меншай хуткасцю (V). У той жа час пласт B імкнецца запаволіць хуткасць пласта А. Фізічны сэнс каэфіцыента глейкасці заключаецца ў тым, што трэнне малекул, якія ўяўляюць сабой супраціў слаёў патоку, утворыць сілу, якую Язэп Ньютон апісаў наступнай формулай:

F = μ × S × (ΔV / h)

тут:

• ΔV - розніца хуткасцяў рухаў слаёў патоку вадкасці;
• h - адлегласць паміж пластамі патоку вадкасці;
• S - плошча паверхні пласта патоку вадкасці;
• μ (мю) - каэфіцыент, які залежыць ад ўласцівасці вадкасці, называецца абсалютнай дынамічнай глейкасцю.

У адзінках вымярэння сістэмы СІ формула выглядае наступным чынам:

μ = (F × h) / (S × ΔV) = [По × с] (Паскаль × секунда)

Тут F - сіла цяжару (вага) адзінкі аб'ёму працоўнай вадкасці.

велічыня глейкасці

У большасці выпадкаў каэфіцыент дынамічнай глейкасці вымяраецца ў сантипуазах (СП) у адпаведнасці з сістэмай адзінак СГС (сантыметр, грам, секунда). На практыцы глейкасць звязаная суадносінамі масы вадкасці да яе аб'ёму, гэта значыць з шчыльнасцю вадкасці:

ρ = m / V

тут:

• ρ - шчыльнасць вадкасці;
• m - маса вадкасці;
• V - аб'ём вадкасці.

Стаўленне паміж дынамічнай глейкасцю (μ) і шчыльнасцю (ρ) завецца кінематычнай глейкасцю ν (ν - па-грэцку - ню):

ν = μ / ρ = [м ² / с]

Дарэчы, метады вызначэння каэфіцыента глейкасці розныя. Напрыклад, кінематычная глейкасць па-ранейшаму вымяраецца ў адпаведнасці з сістэмай СГС у сантистоксах (ССТ) і ў Дольная велічынях - Стокс (Ст):

• 1ст = 10 ^-4 м ² / с = 1 см ² / с;
• 1сСт = 10 ^-6 м ² / с = 1 мм ² / с.

Вызначэнне глейкасці вады

Каэфіцыент глейкасці вады вызначаецца вымярэннем часу плыні вадкасці праз калібраваныя капілярную трубку. Гэта прылада калібруецца з дапамогай стандартнай вадкасці вядомай глейкасці. Для вызначэння кінематычнай глейкасці, вымяранай у мм ² / с, час плыні вадкасці, якое вымяраецца ў секундах, памнажаецца на пастаянную велічыню.

У якасці адзінкі параўнання выкарыстоўваецца глейкасць дыстыляванай вады, велічыня якой амаль сталая нават пры змене тэмпературы. Каэфіцыент глейкасці - гэта стаўленне часу ў секундах, якое неабходна фіксаваным аб'ёме дыстыляванай вады для заканчэння з калібраванага адтуліны, да аналагічнага значэнні для выпрабоўваеце вадкасці.

вісказіметра

Глейкасць вымяраецца ў градусах Энглер (° Е), універсальных секундах Сейболт ( "SUS) або градусах Редвуд (° RJ) у залежнасці ад тыпу які ўжываецца вісказіметра. Тры тыпу вісказіметра адрозніваюцца толькі колькасцю вынікаючай вадкай асяроддзя.

Вісказіметра, які вымярае глейкасць ў еўрапейскай адзінцы градус Энглер (° Е), разлічаны на 200 см ³ выцякае вадкай асяроддзя. Вісказіметра, які вымярае глейкасць ў універсальных секундах Сейболт ( "SUS ці" SSU), які выкарыстоўваецца ў ЗША, утрымлівае 60 см ³ выпрабоўваеце вадкасці. У Англіі, дзе выкарыстоўваюцца градусы Редвуд (° RJ), вісказіметра праводзіць вымярэння глейкасці 50 см ³ вадкасці. Напрыклад, калі 200 см ³ пэўнага алею цячэ ў дзесяць разоў больш павольна, чым аналагічны аб'ём вады, то глейкасць па Энглер складае 10 ° Е.

Паколькі тэмпература з'яўляецца ключавым фактарам, якія змяняюць каэфіцыент глейкасці, то вымярэння звычайна праводзяцца спачатку пры пастаяннай тэмпературы 20 ° С, а затым пры больш высокіх яе значэннях. Вынік, такім чынам, выяўляецца шляхам дадання адпаведнай тэмпературы, напрыклад: 10 ° Е / 50 ° С або 2,8 ° Е / 90 ° С. Глейкасць вадкасці пры 20 ° С вышэй, чым яе глейкасць пры больш высокіх тэмпературах. Гідраўлічныя алею маюць наступную глейкасць пры адпаведных тэмпературах:

190 ССТ пры 20 ° С = 45,4 ССТ пры 50 ° С = 11,3 ССТ пры 100 ° С.

пераклад значэнняў

Азначэнне каэфіцыента глейкасці адбываецца ў розных сістэмах (амерыканскай, ангельскай, СГС), і таму часта патрабуецца перавесці дадзеныя з адной мернай сістэмы ў іншую. Для перакладу значэнняў глейкасці вадкасці, выражаных у градусах Энглер, у сантистоксы (мм ² / с) выкарыстоўваюць наступную эмпірычную формулу:

ν (ССТ) = 7,6 × ° Е × (1-1 / ° Е3)

напрыклад:

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

З мэтай хуткага вызначэння стандартнай глейкасці гідраўлічнага алею формула можа быць спрошчана наступным чынам:

ν (ССТ) = 7,6 × ° Е (мм ² / с)

Маючы кінематычную глейкасць ν ў мм ² / с або ССТ, можна перавесці яе ў каэфіцыент дынамічнай глейкасці μ, выкарыстоўваючы наступную залежнасць:

μ = ν × ρ

Прыклад. Сумуючы розныя формулы перакладу градусаў Энглер (° Е), сантистоксов (ССТ) і сантипуазов (СП), выкажам здагадку, што гідраўлічнае масла з шчыльнасцю ρ = 910 кг / м ³ мае кінематычную глейкасць 12 ° Е, што ў адзінках ССТ складае:

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

Паколькі 1сСт = 10 ^-6 м ² / с і 1сП = 10 ^-3 Н × с / м ^2, то дынамічная глейкасць будзе роўная:

μ = ν × ρ = 90,3 × 10 ^-6 · 910 = 0,082 Н × с / м ² = 82 СП.

Каэфіцыент глейкасці газу

Ён вызначаецца складам (хімічным, механічным) газу, якая ўзьдзейнічае тэмпературай, ціскам і ўжываецца ў газадынамічных разліках, звязаных з рухам газу. На практыцы глейкасць газаў ўлічваецца пры праектаванні распрацовак газавых радовішчаў, дзе вядзецца разлік змяненняў каэфіцыента ў залежнасці ад змен газавага складу (асабліва актуальна для газакандэнсатнага радовішчаў), тэмпературы і ціску.

Разлічым каэфіцыент глейкасці паветра. Працэсы будуць аналагічнымі з разгледжанымі вышэй двума патокамі вады. Выкажам здагадку, паралельна рухаюцца дзве газавых патоку U1 і U2, але з рознай хуткасцю. Паміж пластамі будзе адбывацца канвекцыя (ўзаемнае пранікненне) малекул. У выніку імпульс рухаецца хутчэй патоку паветра будзе змяншацца, а першапачаткова які рухаецца павольней - паскарацца.

Каэфіцыент глейкасці паветра, згодна з законам Ньютана, выяўляецца наступнай формулай:

F = -h × (dU / dZ) × S

тут:

• dU / dZ з'яўляецца градыентам хуткасці;
• S - плошча ўздзеяння сілы;
• Каэфіцыент h - дынамічная глейкасць.

індэкс глейкасці

Індэкс глейкасці (ВЕРБ) - гэта параметр, карэлююць змена глейкасці і тэмпературы. Карэляцыйныя залежнасць з'яўляецца статыстычнай узаемасувяззю, у дадзеным выпадку двух велічынь, пры якой змяненне тэмпературы спадарожнічае сістэматычнаму змене глейкасці. Чым вышэй індэкс глейкасці, тым менш змены паміж двума велічынямі, то ёсць глейкасць рабочай вадкасці больш стабільная пры змене тэмпературы.

глейкасць алеяў

Асновай сучасных алеяў індэкс глейкасці ніжэй 95-100 адзінак. Таму ў гідрасістэме машын і абсталявання могуць выкарыстоўвацца досыць стабільныя працоўныя вадкасці, якія абмяжоўваюць шырокае змена глейкасці ва ўмовах крытычных тэмператур.

«Спрыяльны» каэфіцыент глейкасці можна падтрымліваць увядзеннем у алей спецыяльных прысадак (палімераў), якія атрымліваюцца пры перагонцы нафты. Яны павышаюць індэкс глейкасці алеяў за кошт абмежавання змены гэтай характарыстыкі ў дапушчальным інтэрвале. На практыцы пры увядзенні неабходнай колькасці прысадак нізкі індэкс глейкасці базавага алею можа быць падвышаны да 100-105 адзінак. Разам з тым якая атрымліваецца такім чынам сумесь пагаршае свае ўласцівасці пры высокім ціску і цеплавой нагрузцы, зніжаючы тым самым эфектыўнасць асадкі.

У сілавых контурах магутных гідрасістэм павінны прымяняцца працоўныя вадкасці з індэксам глейкасці 100 адзінак. Працоўныя вадкасці з асадкамі, якія павышаюць індэкс глейкасці, прымяняюцца ў контурах гидроуправления і іншых сістэмах, якія працуюць у дыяпазоне нізкіх / сярэдніх ціскаў, у абмежаванай інтэрвале змены тэмператур, з невялікімі уцечкамі і ў перыядычным рэжыме. З узрастаннем ціску ўзрастае і глейкасць, але гэты працэс ўзнікае пры цісках звыш 30,0 Мпа (300 бар). На практыцы гэтым фактарам часта грэбуюць.

Вымярэнне і індэксацыя

У адпаведнасці з міжнароднымі стандартамі ISO, каэфіцыент глейкасці вады (і іншых вадкіх асяроддзяў) выяўляецца ў сантистоксах: ССТ (мм ² / с). Вымярэння глейкасці тэхналагічных алеяў павінны праводзіцца пры тэмпературах 0 ° С, 40 ° С і 100 ° С. У любым выпадку ў кодзе маркі алею глейкасць павінна паказвацца лічбай пры тэмпературы 40 ° С. У ДАСТ значэнне глейкасці даецца пры 50 ° С. Маркі, найбольш часта прымяняюцца ў машынабудаўнічай гідраўліцы, вар'іруюцца ад ISO VG 22 да ISO VG 68.

Гідраўлічныя алею VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 пры тэмпературы 40 ° С маюць значэння глейкасці, якія адпавядаюць іх маркіроўцы: 22, 32, 46, 68 і 100 ССТ. Аптымальная кінематычная глейкасць рабочай вадкасці ў гідрасістэме ляжыць у дыяпазоне ад 16 да 36 ССТ.

Амерыканскае Грамадства аўтамабільных інжынераў (Society of Automotive Engineers - SAE) ўсталявала дыяпазоны змены глейкасці пры пэўных тэмпературах і прысвоіла ім адпаведныя коды. Лічба, наступная за літарай W, - абсалютны дынамічны каэфіцыент глейкасці μ пры 0 ° F (-17,7 ° С), а кінематычная глейкасць ν вызначалася пры 212 ° F (100 ° С). Гэтая індэксацыя тычыцца всесезонных алеяў, якія выкарыстоўваюцца ў аўтамабільнай прамысловасці (трансмісійныя, маторныя і т. Д.).

Уплыў глейкасці на працу гідраўлікі

Азначэнне каэфіцыента глейкасці вадкасці прадстаўляе не толькі навукова-пазнавальны інтарэс, але і нясе ў сабе важнае практычнае значэнне. У гідрасістэме працоўныя вадкасці не толькі перадаюць энергію ад помпы да гідрарухавіка, але таксама змазваюць ўсе дэталі кампанентаў і адводзяць выдзяляюцца цяпло ад пар трэння. Не адпаведная рэжыму работы глейкасць рабочай вадкасці можа сур'ёзна парушаць эфектыўнасць ўсёй гідраўлікі.

Высокая глейкасць рабочай вадкасці (алей вельмі высокай шчыльнасці) прыводзіць да наступных негатыўных з'яў:

• Падвышаны супраціў плыні гідраўлічнай вадкасці выклікае залішняе падзенне ціску ў гідрасістэме.
• Запаволенне хуткасці кіравання і механічных рухаў выканаўчых механізмаў.
• Развіццё кавітацыі ў помпе.
• Нулявое або занадта нізкая вылучэнне паветра з масла ў гідрабак.
• Прыкметная страта магутнасці (зніжэнне ККД) гідраўлікі з-за высокіх выдаткаў энергіі на пераадоленне ўнутранага трэння вадкасці.
• Павышаны крутоўны момант першаснага рухавіка машыны, які выклікаецца нарастаючым нагрузкай на помпе.
• Рост тэмпературы гідраўлічнай вадкасці, спараджальны павышаным трэннем.

Такім чынам, фізічны сэнс каэфіцыента глейкасці заключаецца ў яго ўплыве (пазітыўным альбо негатыўным) на вузлы і механізмы транспартных сродкаў, станкоў і абсталявання.

Страта магутнасці гідрасістэм

Нізкая глейкасць рабочай вадкасці (алей невысокай шчыльнасці) прыводзіць да наступных негатыўных з'яў:

• Падзенне аб'ёмнага ККД помпаў у выніку ўзрастаючых ўнутраных уцечак.
• Ўзрастанне ўнутраных уцечак ў гидрокомпонентах ўсёй гідрасістэмы - помпах, клапанах, гидрораспределителях, гідраматоры.
• Павышаны знос Качана вузлоў і закліноўванне помпаў па прычыне недастатковай глейкасці працоўнай вадкасці, неабходнай для забеспячэння змазкі труцца дэталяў.

сціскальнасць

Любая вадкасць пад дзеяннем ціску сціскаецца. У дачыненні да алеяў і СОЖ, якія выкарыстоўваюцца ў машынабудаўнічай гідраўліцы, эмпірычнаму ўсталявана, што працэс сціску зваротна прапарцыйны велічыні масы вадкасці на яе аб'ём. Велічыня сціску вышэй для мінеральных алеяў, значна ніжэй для вады і значна ніжэй для сінтэтычных вадкасцяў.

У простых гідрасістэмы нізкага ціску сціскальнасць вадкасці нікчэмна мала ўплывае на памяншэнне першапачатковага аб'ёму. Але ў магутных машынах з гідрапрывадам высокага ціску і буйнымі гідрацыліндраў гэты працэс праяўляе сябе прыкметна. У гідраўлічных мінеральных алеяў пры ціску ў 10,0 Мпа (100 бар) аб'ём памяншаецца на 0,7%. Пры гэтым на змяненне аб'ёму сціску ў невялікай ступені ўплываюць кінематычная глейкасць і тып алею.

выснову

Азначэнне каэфіцыента глейкасці дазваляе прагназаваць працу абсталявання і механізмаў пры розных умовах з улікам змянення складу вадкасці альбо газу, ціску, тэмпературы. Таксама кантроль гэтых паказчыкаў актуальны ў нафтагазавай сферы, камунальнай гаспадарцы, іншых галінах прамысловасці.