Camgora.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Добыча нефти и газа

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Вязкость

Вязкость — свойство жидкостей и газов, характеризующих сопротивляемость скольжению или сдвигу одной их части относительно другой.

Коэффициент динамической вязкости m характеризует силы взаимоде йствия между молекулами газа, которые преодолеваются при его движении.

Основной единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда (Па*с). В нефтепромысловой практике вязкость измеряют в пуазах (П) или сантипуазах (сП). 1сП = 0,01 П= 0,001 Па*с.

Коэффициент кинематической вязкости. В расчетах наряду с абсолютной вязкостью газа применяют кинематическую вязкость n, равную абсолютной вязкости, деленной на плотность газа: n=m/r.

Единицей кинематической вязкости является квадратный метр на секунду (м2/с) или квадратный миллиметр на секунду (мм2/с) 1 мм2/с = 10-6 м2/с.

В нефтепромысловой практике кинематическую вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт) 1 Ст = 10-4 м2/с; 1 сСт = 10-6 м2/с = 1 мм2/с.

При пересчетах абсолютной вязкости газа в кинематическую значения плотности r или удельного веса g берутся при рассматриваемых давлениях и температурах.

Учет влияния на вязкость азота — .

Природа вязкости газов и жидкостей. В газах расстояние между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому вязкость газов следствие хаотического (теплового) движения молекул, сопровождающее переносом от слоя к слою определённого количества движения, в результате медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешних сил, уравновешивающих вязкое сопротивление и поддерживающее установившееся течение, полностью переходит в теплоту.

В жидкостях, где расстояние между молекулами много меньше, чем в газах, вязкость обусловлена молекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на “рыхление” жидкости) расходуется так называемая энергия активации вязкого течения.

При больших давлениях (больше 10 -15МПА) газы становятся не идеальными, так как средние расстояния между молекулами становятся сравнимыми с радиусом межмолекулярного взаимодействия, и природа вязкости газов становится аналогичной жидкости.

Качественная зависимость вязкости газов и жидкостей от температуры .

В идеальном газе вязкость m не зависит от плотности (давления), а определяется величинами средней скорости и длиной свободного пробега молекул. Так как средняя скорость возрастает с повышением температуры Т (несколько возрастает также и длина свободного пробега), то вязкость газов увеличивается при нагревании (пропорционально корню квадратному от температуры) (рис.1.4).

Присутствие неуглеводородных компонентов в газе повышает вязкость природного газа.

В жидкостях энергия активации уменьшается сростом температуры и понижением давления. В этом состоит одна из причин резкого снижения вязкости жидкостей с повышением температуры и роста её при высоких давлениях.

В силу того, что при больших давлениях газы приобретают свойства жидкости, то при давлениях больших 10-15Мпа вязкость природных газов падает с ростом температуры (рис.1.4), но само значение вязкости повышается с ростом давления.

Вязкость. вязкая жидкость. Стационарное течение вязкой жидкости. Коэффициент жидкостей. Нормальная и аномальная вязкости

Физический смысл коэффициента вязкости можно выяснить из следующих соображений. При установившемся потоке жидкости в трубе различные слои движущейся жидкости имеют различные скорости. Наибольшую скорость имеет слой, текущий по центральной части трубы. Слой, непосредственно прилегающий к стенкам трубы, благодаря прилипанию частичек жидкости к стенкам трубы, имеет скорость . Поэтому распределение скорости текущей жидкости по трубе определяется величиной (градиент скорости), которая показывает изменение скорости на единицу длины радиуса трубы. Согласно закону Ньютона, сила внутреннего трения между слоями определяется формулой:

где η – коэффициент вязкости;

— градиент скорости;

S – площадь поверхности, к которой приложена сила.

Из этой формулы следует:

Если предположить, что S равняется единице поверхности и градиент скорости равен единице, то η = F, то есть коэффициент вязкости численно равен силе внутреннего трения между слоями, действующей на единицу поверхности при градиенте скорости равном единице.

В системе СИ коэффициент вязкости измеряется в Ньютон секундах на квадратный метр и имеет размерность

Стационарное течение жидкости — это такое течение, при котором скорость жидкости в каждой данной точке остается постоянной как по величине, так и по направлению. Для стационарного течения форма и расположение линий тока со временем не изменяются.

В случае стационарного течения скорость жидкости в любой точке объе­ма остается неизменной. Линии тока при стационарном течении остаются неизменными и совпадают с траекто­рией отдельных частиц жидкости.

Часть жидкости, ограниченную линиями тока, называют трубкой тока.

Формула Пуазейля : При установившемся ламинарном движении вязкой несжимаемой жидкости сквозь цилиндрическую трубу круглого сечения секундный объёмный расход прямо пропорционален перепаду давления на единицу длины трубы и четвертой степени радиуса и обратно пропорционален коэффициенту вязкости жидкости. где p1 − p2 = Δp — перепад давления на концах капилляра, Па; Q — секундный объёмный расход жидкости, м³/с; R — радиус капилляра, м; d — диаметр капилляра, м; η — коэффициент динамической вязкости, Па·с; l — длина трубы, м.

Для аномально вязких систем характер изменения вязкости при разных напряжениях различается (рис. 6.2). При малых напряжениях зависимости т)=/(Р) отвечают закону Ньютона, характерному для нормальных низкомолекулярных жидкостей. В отличие от последних коэффициент т1о (называемый наибольшей ньютоновской вязкостью) для полимеров и дисперсных систем в этой области напряжений весьма высок (10 —10 Па-с). С увеличением напряжения сдвига происходит разрушение малопрочной пространственной структуры (сетки) системы и скорость течения аномально возрастает, пока при относительно больших напряжениях структура не будет разрушена полностью и в процессе течения не будет успевать восстанавливаться. Поэтому при больших напряжениях система характеризуется также ньютоновским законом течения, но коэффициент т)т (называемый наименьшей ньютоновской вязкостью) намного меньше, чем т о.

Для нормальных ньютоновских жидкостей, представляющих индивидуальные вещества либо молекулярно-дисперсные смеси или растворы, внутреннее трение (вязкость) при данных температуре и давлении является постоянным физическим свойством. Вязкость не зависит от условий определения и скорости перемещения частиц (течения), если не создается условий для турбулентного движения. Ньютоновскими или нормально вязкими называют жидкости, вязкость которых не зависит ни от приложенного давления, ни от градиента скорости

Гомогенные и гетерогенные системы , компоненты системы..гетерогенное равновесие фаз.диаграмма фазового равновесия(диаграмма состояния вещества ) T-X диаграммы состояния двойных сисетм. Количественное соотношение фаз и правило рычага.

Гомогенной называют такую систему, химический состав и физические свойства которой во всех ее частях одинаковы или изменяются непрерывно (без скачка) от одной точки системы к другой, а также между любыми частями которой нет поверхности раздела. Примером гомогенной системы может служить смесь газов, жидкий и твердый раствор, а также любое химически однородное тело.

Разница между вязкостью и плотностью

Вязкость против плотности Вязкость и плотность — это два свойства жидкостей и газов (или жидкостей). Они являются очень полезными физическими величинами, когда речь идет о статике и динамике этих вещ

Содержание:

Вязкость против плотности

Вязкость и плотность — это два свойства жидкостей и газов (или жидкостей). Они являются очень полезными физическими величинами, когда речь идет о статике и динамике этих веществ. Только вязкость и плотность могут описать более половины свойств жидкости.

Вязкость

Вязкость определяется как мера сопротивления жидкости, которая деформируется под действием напряжения сдвига или напряжения растяжения. Говоря более общими словами, вязкость — это «внутреннее трение» жидкости. Это также называется толщиной жидкости. Вязкость — это просто трение между двумя слоями жидкости, когда эти два слоя движутся относительно друг друга. Сэр Исаак Ньютон был пионером в области механики жидкостей. Он предположил, что для ньютоновской жидкости напряжение сдвига между слоями пропорционально градиенту скорости в направлении, перпендикулярном слоям. Используемая здесь константа пропорциональности (коэффициент пропорциональности) — это вязкость жидкости. Вязкость обычно обозначается греческой буквой «µ». Вязкость жидкости можно измерить с помощью вискозиметров и реометров. Единицы вязкости — паскаль-секунды (или Нм -2 с). В системе cgs для измерения вязкости используется единица «пуаз», названная в честь Жана Луи Мари Пуазейля. Вязкость жидкости также можно измерить с помощью нескольких экспериментов. Вязкость жидкости зависит от температуры. Вязкость уменьшается с повышением температуры.

Уравнения и модели вязкости для неньютоновских жидкостей очень сложны.

Плотность

Плотность определяется как масса на единицу объема. Плотность играет жизненно важную роль в механике жидкости. Такие события, как тяга вверх, зависят от плотности. Плотность — это то, что мы обычно называем «весом» жидкости. Плотность — это понятие, с которым мы действительно знакомы. Его можно получить из простого уравнения: плотность = масса / объем. Его единицы — кгм -3 .

В чем разница между вязкостью и плотностью?

Хотя большинство людей думают, что вязкость и плотность — это одно и то же, выраженные в разных формах, это два действительно разных понятия. Плотность является мерой молекулярной массы композиции. Проще говоря, плотность = количество молекул x молекулярная масса / занятый объем, в то время как вязкость является мерой межмолекулярных сил и форм молекул. Вязкость показывает «трение» между двумя слоями данной жидкости, в то время как плотность незначительно меняется с температурой, а вязкость меняется быстро. И плотность, и вязкость снижаются с температурой, но вязкость в основном имеет экспоненциальную зависимость от температуры. Плотность имеет линейную зависимость. Это соотношение температуры и вязкости является основой технологии автомобильных смазок.

Вязкость и плотность — два разных физических явления, зависящих от совершенно разных аспектов. Распространенное заблуждение о том, что «тяжелые жидкости — более вязкие», следует опустить.

Промышленные насосы

Свойства жидкости

Вязкость – свойство жидкости, которое определяет сопротивление жидкости к внешнему воздействию. Вязкость можно представить как внутреннее трение между отдельными слоями жидкости при их смещении относительно друг друга.
На рисунке 1 представлена модель движения различных слоев жидкости, использованная Ньютоном в определении вязкости как физической величины.

Читать еще:  Права на мотоцикл какая категория


При смещении слоя жидкости внешним воздействием две параллельно расположенных поверхности слоя жидкости, толщиной dx перемещаются в одном направлении, но с разными скоростями V1 и V2.
Изменение скорости смещения разных слоев толщиной dx относительно друг друга линейно, а градиент скорости, dv/dx, будет прямо пропорционален величине сторонней силы, приложенной к каждому слою жидкости, f/A.

, где n – вязкость жидкости.

Градиент dv/dx описывает сдвиг внутренних слоев жидкости относительно друг друга при перемещении жидкости под воздействием внешней силы. Определим его как «величина смещения», S. Силу, действующую на каждый слой жидкости, определим как «силу смещения», F.
Теперь определим вязкость через эти определения:

n=F/S
Исаак Ньютон выдвинул предположение, что вязкость жидкости не зависит от величины смещения, а зависит только от силы смещения. То есть, увеличив силу смещения в два раза, мы заставим жидкость перемещаться в два раза быстрее. Жидкости, поведение которых при перемещении совпадает с этим предположением, называются «ньютоновыми жидкостями».
Конечно, существуют жидкости, для которых это утверждение не верно, они называются «не ньютоновыми» жидкостями.
Рисунок 2 демонстрирует соотношение между силой смещения F, величиной смещения S и вязкостью n, для ньютоновых жидкостей.


Вязкость n принята за постоянную величину, не зависящую от величины смещения S (2), и является углом наклона на (1). Вода и светлые нефтепродукты являются хорошим примером ньютоновых жидкостей.

Рисунок 3 показывает поведение трех основных типов не ньютоновых жидкостей.
График А показывает снижение величины вязкости при увеличении смещения, так называемые псевдо-пластичные жидкости, такие как жидкое мыло, меласса, краска, смазка и большинство эмульсий. Они не представляют сложной задачи при перекачке, так как при перемещении они становятся текучими.

График B демонстрирует поведение тянучих и липких жидкостей, вязкость которых увеличивается при увеличении сдвига. Глинистая смесь и расплавленная карамель являются примерами таких жидкостей. При перекачке таких жидкостей следует выбирать насос внимательно, учитывая, что при большой величине смещения при перекачке жидкость может стать малотекучей. Обычно при подборе насоса на такую жидкость используют насос с заведомо большей производительностью и большим размером рабочей камеры и проточных частей, для снижения величины смещения.

График С демонстрирует поведение пластичных материалов. Вязкость снижается при увеличении смещения. Но первоначальное смещение требует приложения большой силы, которая определяется пластичностью материала. Томатная паста прекрасный пример такого типа жидкостей. Жидкости подобного типа не представляют проблем при перекачке их поведение схоже с поведением псевдо-пластичного типа жидкостей.

Вязкость некоторых не ньютоновых жидкостей зависит также от времени. Другими словами вязкость жидкости будет зависеть от количества воздействия на нее. Жидкость, вязкость которой снижается с течением времени при заданной величине смещения, называется тексатропной. Примеры: асфальт, клей, меласса, краска, жидкое мыло, крахмал, смазка. Жидкости, вязкость которых увеличивается со временем, называются загущающимися.

Существуют два основных параметра для определения вязкости жидкости: динамическая (или абсолютная) вязкость и кинематическая вязкость. Динамическая вязкость представляется как отношение единицы силы, необходимой для смещения слоя жидкости на единицу расстояния, к единице площади слоя. В метрической системе единиц она представляется как дина-секунда на квадратный сантиметр, называемой Пуаз. Один Пуаз равен грамму/сантиметр в секунду. Для удобства используют единицу сантиПуаз, которая равна одной сотой Пуаза.

Однако для расчета потерь жидкости при перекачке и при подборе насоса используют кинематическую вязкость. Единица измерения кинематической вязкости – 1 сток – равен одному квадратному сантиметру в секунду.
Формула для определения кинематической вязкости при заданной динамической вязкости выглядит так:

Кинематическая вязкость =Динамическая вязкость
Плотность жидкости

Существует ряд способов измерения вязкости жидкости при помощи специальных приборов – вискозиметров. Большинство вискозиметров рассчитаны на работу с определенными жидкостями или для измерения вязкости в определенном диапазоне значений.

Коэффициент вязкости — формулы, виды и размерность величины

Коэффициент вязкости – это величина, используемая для обозначения силы внутреннего трения текучих веществ. Вязкость – разновидность явлений переноса. Жидкости и газы оказывают сопротивление перемещению двух слоев относительно друг друга. Эта особенность характерна для текучих веществ, связана с движением частиц, из которых и состоят вещества.

Вязкость называют внутренним трением. В его основе находится хаотическое движение молекул, передающих импульс между слоями. Такие импульсные обмены выравнивают скорости перемещения слоев.

Коэффициент динамической вязкости

Численное обозначение абсолютной вязкости является индексом сопротивляемости испытуемых веществ взаимному перемещению или скольжению их слоев.

Единицей измерения коэффициента в системе СИ приняты паскаль-секунды:


Физическая основа динамического показателя заключается в его соответствии касательному напряжению, которое происходит между слоями вещества, перемещающимися относительно друг друга, при условии расстояния между ними, равного единице длины, и на скорости, равной единице.

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости определяется формулой, в которой динамический коэффициент определяет пропорциональность скорости движения слоев и расстояния между ними:

τ – касательное напряжение;

µ — показатель пропорциональности, который является динамическим индексом вещества.

Закон вязкости жидкости был установлен Ньютоном в конце 17 века. Абсолютный показатель зависит от типа газа или жидкости, температуры веществ.

Коэффициент динамической вязкости газа

Для основных газов величины коэффициента при температуре 0 — 600 градусов Цельсия представлены в таблице:

Коэффициент вязкости жидкостей

Для органических жидкостей показания напрямую зависят от температуры. Ниже приведена таблица со значениями абсолютного индекса для веществ при температурах от 0 до 100 градусов Цельсия.

Единица измерения – миллипаскаль-секунды, что соответствует сантипуазам.

Коэффициент динамической вязкости жидкостей уменьшается при условии нагревания вещества. Другими словами, чем выше температура жидкости, тем менее вязкой она становится.

Связь коэффициента вязкости с числами Рейнольдса и силой трения

Английский механик, физик и инженер Оскар Рейнольдс установил (1876 — 1883 гг.), что характер течения зависит от величины, не имеющей размерностью, и называемой числом Re.

Число Рейнольдса используют для отображения соотношения кинематической энергии вещества к энергопотерям на установленной длине в условиях внутреннего трения.

Примеры решения задач

Попробуем решить следующую задачу.

Установить тип движения жидкого вещества по трубам теплообменника, имеющего структуру «труба в трубе». Параметры внутренней трубы – 25*2 мм, внешней – 50*2,5 мм. Массовый расход воды составляет 4000 кг/ч (обозначение G). Плотность жидкости – 1000 кг/м 3 . Абсолютный индекс составляет 1•10 -3 Па*с.

Следует узнать эквивалентный диаметр сечения межтрубного пространства:

Определение скорости воды на основе уравнения расхода:

По формуле Рейнольдса найти число Re:

Подставляя значения, получаем:

Ответ: режим перемещения воды в межтрубном пространстве является турбулентным.

Коэффициент кинематической вязкости

Кинематическая вязкость – это индекс, который отображает отношение абсолютного показателя вещества к его плотности при установленной температуре.

Физическая формула соотношения выглядит и единицы измерения можно увидеть на картинке:

Действие 4. Вычисление кинематического показателя, исходя из формулы:

Подставив в уравнение полученные и имеющиеся расчетные данные, получим кинематический индекс вещества.

Заключение

Физический смысл коэффициента вязкости заключается в том, что он демонстрирует, чему равна величина F внутреннего трения, действующая на 1 ед. площади поверхности соприкасающихся слоев при единичном градиенте скорости.

Размерность данной величины и перевод из одних единиц измерения в другие показаны на картинке:

Определение вязкости жидкости

В любой жидкости под влиянием внешней силы происходит перемещение молекул вещества относительно друг друга. Возникающее при этом трение между молекулами, т. е. внутреннее сопротивление этому перемещению, называется внутренним трением, или вязкостью.

Вязкость является важной физической константой, играющей роль при выборе того или иного типа насоса. Для оценки вязкостных свойств жидкостей пользуются единицами динамической, кинематической, удельной и условной вязкости. Динамическая (абсолютная) вязкость n – это сила сопротивления, которое возникает при перемещении со скоростью 1 см/с двух слоев жидкости площадью в 1 см2, находящихся друг от друга на расстоянии 1 см. Если эта сила будет равна 1 дин, то динамическая вязкость в единицах СGS выражается в граммах на сантиметр на секунду (г/(см/с)) и соответствует 1П (пуазу). Сотая часть пуаза составляет сантипуаз (сП). В единицах СИ динамическая вязкость выражается в паскаль-секундах

(Па*с); 1П = 0,1Па*с; 1 сП = 0,001 Па*с. Например: динамическая вязкость дистиллированной воды при 20,2оС равна 1 сП=1 мПас

Динамическая вязкость может быть определена опытным путем с по-мощью вискозиметра Уббелоде. С достаточной точностью ее нетрудно вычислить, не прибегая к опыту, по формуле:

n = v*p, где v – кинематическая вязкость; p – плотность нефтепродукта при температуре определения вязкости. Кинематическая вязкость v есть отношение динамической вязкости нефтепродукта к его плотности при той же температуре. Единицей кинематической вязкости является стокс (Ст), выражаемый в системе СGS в сантиметрах в квадрате на секунду (см2/с). Сотая доля стокса есть сантистокс (сСт); 1сСт = 0,01 см2/с. В единицах СИ: 1Ст = 10-4 м2/с; 1сСт = 10-6 м2/с. В стандартах на дизельное топливо и смазочные масла кинематическая вязкость нормируется в миллиметрах в квадрате на секунду (мм2/с) или сантистоксах (сСт); 1 сСт = 1 мм2/с. Удельной вязкостью n уд называется отношение динамической вязкости продукта к динамической вязкости дистиллированной воды при 20,2оС. Численно принято считать, что удельная вязкость равна динамической вязкости продукта, умноженной на 100: n уд = 100n.

Условная вязкость представляет собой отношение времени истечения 200 мл продукта через калиброванное отверстие специального прибора – вискозиметра – при температуре t ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при 20оС.

Условная вязкость является отвлеченной величиной и выражается в условных единицах в зависимости от применяемого вискозиметра: для вискозиметра Энглера – в градусах Энглера (Ео), или в градусах условной вязкости (ВУ); для вискозиметра Сейболта – в секундах Сейболта; для вискозиметра Редвуда – в секундах Редвуда.

Читать еще:  Почему часто срабатывает вентилятор охлаждения

Между условной и кинематической вязкостью установлена эмпирическая зависимость, которая выражается следующими приближенными формулами:

для v = 1 – 120 мм2/с vt = 7,24 ВУt – 6.25/ВУ t (мм2/с); для v > 120 мм2/с vt = 7,24 ВУt.

Этими формулами можно пользоваться при переводе кинематической вязкости в градусы условной вязкости для практической оценки вязкостных свойств родукта.Обратный перевод для расчетных целей делать не рекомендуется, так как определение условной вязкости продукта недостаточно точно и условная вязкость не отражает физических свойств жидкости. Наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества продуктов получила кинематическая вязкость. Динамическую вязкость определяют в основном в научно-исследовательских работах. Вязкость продуктов существенно зависит от температуры, поэтому получаемое значение вязкости должно обязательно сопровождаться указанием температуры, при которой определялась вязкость.

Определение кинематической вязкости нефтепродукта в капиллярных вискозиметрах

Приборы для определения вязкости называются вискозиметрами. Чаще всего для определения кинематической вязкости по ГОСТ 33-82 пользуются стеклянными вискозиметрами типа.

Пинкевича и ВПЖТ-2 с помощью которых измеряют кинематическую вязкость продуктов при положительных и отрицательных значениях температуры. В основе метода лежит известная формула Пуазейля для динамической вязкости:

  • Р – давление, при котором происходит истечение жидкости из капилляра
  • r – радиус капилляра
  • L – длина капилляра
  • V – объем жидкости, протекающей через капилляр
  • t – время истечения жидкости в объеме V.

Приборы и материалы

В работе используют: Вискозиметр типа ВПЖТ-2 термо-статирующее устройство, обеспечивающее длительное поддержание заданной температуры с точностью ± 0,03оС при точных и ± 0,1оС – при технических измерениях Термометр ртутный стеклянный с ценой наименьшего деления шкалы 0,05оС для точных и 0,2оС – для технических измерений секундомер термостатирующую жидкость: дистиллированную воду, глицерин или смесь глицерина с водой в соотношении 1:1

Порядок проведения измерения

Для определения кинематической вязкости вискозиметр подбирают таким образом, чтобы время течения нефтепродукта было не менее 200 с. Затем его тщательно промывают и высушивают. Пробу испытуемого продукта профильтровывают через бумажный фильтр. Вязкие продукты перед фильтрованием подогревают до 50–100оС. При наличии в продукте воды его осушают сульфатом натрия или крупнокристаллической поваренной солью с последующим фильтрованием. В термостатирующем устройстве устанавливают требуемую температуру. Точность поддержания выбранной температуры имеет большое значение, поэтому термометр термостата должен быть установлен так, чтобы его резервуар оказался примерно на уровне середины капилляра вискозиметра с одновременным погружением всей шкалы. В противном случае вводится поправка на выступающий столбик ртути по формуле:

  • B – коэффициент температурного расширения рабочей жидкости термометра:
    • для ртутного термометра – 0,00016
    • для спиртового – 0,001
  • h – высота выступающего столбика рабочей жидкости термометра, выраженная в делениях шкалы термометра
  • T1 – заданная температура в термостате, оС
  • T2 – температура окружающего воздуха вблизи середины выступающего столбика, оС.

Определение времени истечения повторяют несколько раз. В соответствии с ГОСТ 33-82 число измерений устанавливают в зависимости от времени истечения: пять измерений – при времени истечения от 200 до 300 с; четыре – от 300 до 600 с и три – при времени истечения свыше 600 с. При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством температуры и отсутствием пузырьков воздуха.
Для подсчета вязкости определяют среднее арифметическое значение времени истечения. При этом учитывают только те отсчеты, которые отличаются не более чем на ± 0,3 % при точных и на ± 0,5 % при технических измерениях от среднего арифметического.

Обработка результатов измерений

Кинематическую вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t вычисляют по формуле:

  • С – постоянная вискозиметра, мм2/с2
  • t – среднее арифметическое учитываемых отсчетов времени истечения жидкости, с
  • g – ускорение силы тяжести в месте измерения вязкости, м/с2
  • 9,807 – нормальное ускорение силы тяжести, м/с2
  • К = 1 + 0,00004^t – коэффициент, учитывающий изменение гидростатического напора жидкости вследствие расширения ее при нагревании
  • ^T – разность между температурой продукта при заполнении вискозиметра и его температурой при определении вязкости.

Кинематическую вязкость нефтепродукта вычисляют с точностью до четвертой значащей цифры

Единица измерения вязкости

Динамическая вязкость

Вязкость (внутреннее трение) возникает между двумя слоями газа или жидкости, которые перемещаются параллельно друг другу с разными скоростями в результате возникновения сил трения между ними. Вязкость обусловлена переносом молекулами из одного слоя вещества в другой количества движения.

В одномерном случае, когда $v=vleft(xright),$ движение вещества описывают при помощи уравнения Ньютона вида:

где $dF$ — сила внутреннего трения, которая действует на площадь ($dS$) поверхностного слоя; $frac$ — градиент скорости перемещения слоев по направлению оси X (перпендикулярно поверхностному слою); $eta $ — коэффициент динамической вязкости.

В соответствии с классической кинетической теорией коэффициент вязкости газа равен:

[eta =frac<1><3>leftlangle lambda rightrangle leftlangle vrightrangle rho left(2right),]

где $leftlangle lambda rightrangle $ — средняя длина свободного пробега молекулы; $leftlangle vrightrangle $ — средняя скорость теплового движения молекул; $rho $ — плотность газа. В более точной теории коэффициент $frac<1><3>$ , заменяется на параметр ($varphi $), который зависит от характера взаимодействия молекул в веществе. Так, если считают, что молекулы газа сталкиваются как гладкие, твердые шары, то $varphi =0,499.$ При использовании более точных моделей коэффициент $varphi $ является функцией от температуры вещества.

Для жидкостей выражения (2) не является справедливым. Для газов, исходя из (2) $eta sim sqrt$, тогда как, у жидкостей вязкость, с ростом температуры, уменьшается. Вязкость жидкости обратно пропорциональна коэффициенту диффузии (D):

где $f$ — некоторый постоянный параметр, имеющий размерность силы.

Единица измерения коэффициента динамической вязкости

В Международной системе единиц (СИ) паскаль, умноженный на секунду — единица измерения динамической вязкости. Специального названия единица динамической вязкости не имеет. Единицу измерения коэффициента внутреннего трения легко получить, если использовать выражение (2). Рассмотрим единицы измерения физических величин, которые входят в правую часть формулы (2). Так $left[lambda right]=$м; $left[vright]=frac<м><с>$; $left[rho right]=frac<кг><м^3>$, получим:

[left[eta right]=left[frac<1><3>leftlangle lambda rightrangle leftlangle vrightrangle rho right]=left[lambda right]left[vright]left[rho right]=мcdot frac<м><с>cdot frac<кг><м^3>=frac<кг><мcdot с>=Паcdot с.]

В системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) пуаз — единица измерения динамической вязкости. Соотношение между $Паcdot с$ (единица измерения динамической вязкости в СИ) и паузом:

[1 Паcdot с=10 пуаз.]

Кинематическая вязкость

Кинематическая вязкость ($nu $) определяется как отношение динамической вязкости к плотности вещества ($rho $):

Единица измерения коэффициента кинематической вязкости

Из формулы (4) следует, что в системе СИ метр в квадрате, деленный на секунду ($frac<м^2><с>$) — единица измерения кинематической вязкости:

Единица измерения кинематической вязкости (как и динамической) является производной в системе СИ.

В системе СГС стокс (Ст) — единица измерения кинематической вязкости:

С $frac<м^2><с> $(единицей измерения кинематической вязкости в СИ) стокс связан как:

Примеры задач с решением

Задание. Получите единицу измерения динамической вязкости жидкости, используя выражение связывающее коэффициент вязкости и коэффициент диффузии.

Решение. В качестве основы для решения задачи (по ее условию) мы будем использовать формулу, которая определяет коэффициент динамической вязкости жидкости:

где $left[fright]=Н$; $left[Dright]=frac<м^2><с>$. В основных единицах системы СИ, ньютон выражается как:

Используя выражение (1.1), получаем:

Ответ. Мы получили, что $Паcdot с$ — единица измерения динамической вязкости жидкости.

Задание. Маленький шарик, плотность которого $rho $, радиус $r$ всплывает в сосуде, наполненном жидкостью ($_j$ — плотность жидкости). Скорость движения шарика постоянна и равна $v$. Какова динамическая вязкость жидкости ($eta $)? Используя полученную формулу, проверьте, в каких единицах измеряется полученная вязкость.

Решение. Изобразим силы, действующие на шарик при его движении в жидкости. Это сила тяжести ($moverline$); сила Архимеда ($>_A$); сила Стокса (сила вязкого трения) ($overline$).

По второму закону Ньютона (учитывая, что шарик движется равномерно) имеем:

Запишем проекцию уравнения (1.1) на ось Y:

[-rho frac<4><3>pi r^3g-6pi eta rv+frac<4><3>pi r^3_jg=0to +rho frac<2><3>r^2g+3eta v-frac<2><3>r^2_jg=0to eta =frac<<2r>^2g><9v>left(_j-rho right).]

Используя полученное выражение для коэффициента вязкости ($eta =frac<<2r>^2g><9v>left(_j-rho right)$) определим единицу измерения для $eta $:

Ответ. $eta =frac<<2r>^2g><9v>left(_j-rho right)$

Кинематическая вязкость распространенных в гидравлике жидкостей

Вязкость патоки

Патока представляет собой очищенный концентрированный сироп, полученный при неполном гидролизе картофельного или кукурузного крахмала или производстве сахара. Это вязкая прозрачная, сладкая жидкость (на вкус слаще сахара), состоящая из смеси глюкозы, мальтозы, высших сахаридов. Многообразие сортов патоки обусловлено сочетаниями данных углеводов.

Существует две разновидности патоки:

  • светлая (крахмальная), получают из крахмала;
  • темная, получают при производстве сахара из сахарной свеклы.

Вязкость патоки составляет 0,1 Па•с.

В промышленности данный пищевой продукт перекачивают винтовыми насосами.

Вязкость масла

Растительные масла — это продукты, которые извлекаются из растительного сырья, состоят из жирных кислот и сопутствующих компонентов (воски, стеролы, красящие пигменты и пр.). Вязкость растительных масел обусловлена молекулярной массой жирных кислот, которые входят в их состав. Чем она больше, тем, соответственно, масло более вязкое.

В целом вязкость натуральных масел колеблется в узком диапазоне, она примерно в 158 раз больше вязкости воды. К примеру, вязкость оливкового масла составляет 84•10-3 Па•с, касторового — 987•10-3 Па•с.

Масло в промышленности перекачивают шестеренчатыми, роторными, винтовыми насосами.

Сила вязкого трения

Сила вязкого трения F, действующая на жидкость, пропорциональна (в простейшем случае сдвигового течения вдоль плоской стенки) скорости относительного движения v тел и площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h:

Читать еще:  Круиз контроль на приору своими руками

Коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости. Этот закон был предложен Исааком Ньютоном в 1687 году и носит его имя (закон вязкости Ньютона). Экспериментальное подтверждение закона было получено в начале XIX века в опытах Кулона с крутильными весами и в экспериментах Хагена и Пуазёйля с течением воды в капиллярах.

Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.

Немного о вязкости смазочных жидкостей

Вязкость определяется сопротивляемостью жидких материалов течению под различными воздействиями, в частности, силы тяжести. Если сравнивать различные жидкости, к примеру, пчелиный мед и воду, можно заметить, что первая течет гораздо хуже. Вязкость можно рассматривать с точки зрения умения жидкого материала сопротивляться сдвигу частей друг относительно друга или смещению слоя жидкости относительно поверхности деталей во время их совместного передвижения.

В механике сплошных сред различаются две величины вязкости: кинематическая и динамическая.

Динамическая (ДВМ) представляет собой отношение усилия, которое прикладывается к жидкому материалу, к степени искажения. Она измеряется в Па∙с или в Пуазах.

Что такое кинематическая вязкость моторного масла? Она определяется отношением динамической величины к плотности среды при одинаковой температуре. Этот показатель можно получить, измерив время вытекания определенного объема через калиброванное отверстие под воздействием силы тяжести. Измерить индекс позволяет устройство, называемое вискозиметром. Если рассматривается кинематическая вязкость масла: в чем измеряется величина? В различных системах для этого используется несколько единиц: м²/с, стокс, градус Энглера.

Рис.1. Единицы измерения кинематической вязкости масла.

Для определения вязкости выпускается несколько видов приборов. Выбор вискозиметра определяется условиями использования. Устройство может применяться в лабораторных условиях, а также для постоянного контроля состояния жидких материалов. Это часто требуется в производственном процессе. Кроме этого, температурные показатели веществ также могут различаться. Сегодня производится оборудование для работы в температурном режиме минус 50…плюс 2000 градусов.

Чтобы определиться с оптимальным вискозиметром, следует учитывать несколько критериев:

  • необходимую точность замеров;
  • диапазон измерений;
  • условия эксплуатации прибора.

Приборы для определения кинематической вязкости масел (КВМ):

  • Капиллярные. Этот тип оборудования позволяет определить время, за которое установленный объем жидкого вещества сможет преодолеть капилляр.
  • Ротационные. В данном устройстве жидкость, у которой определяется вязкость, размещена между цилиндрами. От одного из них, вращающегося с определенной скоростью, вращательный момент передается через жидкий материал второму, изначально статичному. Показатель вязкости среды оценивается по вращающему моменту второго цилиндрического звена прибора.
  • С движущимся шарообразным телом. Показатель вязкости среды оценивается по расстоянию, которое способен пройти шар, помещенный в жидкое вещество.
  • Пузырьковые. Устройства этого типа предназначены для оценки перемещения газа в жидком материале.
  • Ультразвуковые. Для определения вязкости исследуются импульсы, испускаемые зондом (время их затухания).
  • Вибрационные. В этом оборудовании в жидкую среду опускается зонд, который начинает вибрировать. Определение кинематической вязкости масла проводится посредством оценки степени затухания его колебаний.

Вязкость муки

Мука — продукт, который получают посредством измельчения зерен с/х культур (в основном злаковых) до порошкообразной консистенции. На муку размалывают преимущественно пшеницу, рожь, в меньших объемах кукурузу, ячмень и прочие зерновые культуры.

Сила муки — показатель, определяющий ее хлебопекарные качества. Он обозначает, как поведет себя тесто при замесе, каким будет его вязкость, эластичность, упругость, водопоглотительная способность. В зависимости от реологических свойств теста классифицируют муку сильную, среднюю, слабую по силе.

Вязкость водно-мучной смеси обусловлена содержанием в муке клейковины, которая разбухает в растворенном виде.

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.

Вязкость. Пояснения. Абсолютная и кинематическая вязкость. Таблицы значений вязкости — мало, школьный вариант. Вариант для печати.

  • Кинематическая вязкость — мера потока имеющей сопротивление жидкости под влиянием силы тяжести. Когда две жидкости равного объема помещены в идентичные капиллярные вискозиметры и двигаются самотеком, вязкой жидкости требуется больше времени для протекания через капилляр. Если одной жидкости требуется для вытекания 200 секунд,а другой — 400 секунд, вторая жидкость в два раза более вязкая, чем первая по шкале кинематической вязкости.
  • Размерность кинематической вязкости — L2/T, где L — длина, и T — время. Обычно используется сантистокс (cSt). ЕДИНИЦА СИ кинематической вязкости — mm2/s, = 1 cSt =1 сантиСтокс = 10-6м2/с = мм2/с
  • Перевод единиц кинематической вязкости
  • Абсолютная (динамическая) вязкость, иногда называемая динамической или простой вязкостью, является произведением кинематической вязкости и плотности жидкости:

    Вязкость жидкостей

    Динамическая вязкость, или коэффициент динамической вязкости ƞ (ньютоновской), определяется формулой:

    где r – сила вязкого сопротивления (на единицу площади) между двумя соседними слоями жидкости, направленная вдоль их поверхности, а dv/dr– градиент их относительной скорости, взятый по направлению, перпендикулярному к направлению движения. Размеренность динамической вязкости ML-1T-1, ее единицей в системе СГС служит пуаз (пз) = 1г/см*сек=1дин*сек/см2=100 сантипуазам (спз)

    Кинематическая вязкость определяется отношением динамической вязкости ƞ к плотности жидкости p. Размерность кинематической вязкости L2T-1, ее единицей в системе СГС служит стокс (ст) = 1 см2/сек=100 сантистоксам (сст).

    Текучесть φ является величиной, обратной динамической вязкости. Последняя для жидкостей уменьшается с понижением температуры приблизительно по закону φ=А+В/Т, где А и В являются характеристическими постоянными, а Т обозначает абсолютную температуру. Величины А и В для большого количества жидкостей были даны Бэррером.

    Таблица вязкость воды

    Данные Бингхема и Джексона, выверенные по национальному стандарту в США и Великобритании на 1 июля 1953 года, ƞ при 200С=1,0019 сантипуаза.

    Вязкость воды H2O

    Кинематическая вязкость воды при различных температурах

    Вода H2O представляет собой ньютоновскую жидкость и ее течение описывается законом вязкого трения Ньютона, в уравнении которого коэффициент пропорциональности называется коэффициентом вязкости, или просто вязкостью.

    Вязкость воды зависит от температуры. Кинематическая вязкость воды равна 1,006·10 -6 м 2 /с при температуре 20°С.

    В таблице представлены значения кинематической вязкости воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении (760 мм.рт.ст.). Значения вязкости даны в интервале температуры от 0 до 300°С. При температуре воды свыше 100°С, ее кинематическая вязкость указана в таблице на линии насыщения.

    Кинематическая вязкость воды изменяет свою величину при нагревании и охлаждении. По данным таблицы видно, что с ростом температуры воды ее кинематическая вязкость уменьшается. Если сравнить вязкость воды при различных температурах, например при 0 и 300°С, то очевидно ее уменьшение примерно в 14 раз. То есть вода при нагревании становится менее вязкой, а высокая вязкость воды достигается если воду максимально охладить.

    Значения коэффициента кинематической вязкости при различных температурах необходимы для вычисления величины числа Рейнольдса, которое соответствует определенному режиму течения жидкости или газа.

    Кинематическая вязкость воды — таблица (приведены значения вязкости, увеличенные в 10 6 раз)

    t , °С20406080100120140
    ν ·10 6 , м 2 /с1,7891,0060,6590,4780,3650,2950,2520,217
    t , °С160180200220240260280300
    ν ·10 6 , м 2 /с0,1910,1730,1580,1480,1410,1350,1310,128

    Если сравнить вязкость воды с вязкостью других ньютоновских жидкостей, например с кровью, или с маслами, то вода будет иметь меньшую вязкость. Менее вязкими, по сравнению с водой, являются органические жидкости – ацетон, бензол и сжиженные газы, например такие, как жидкий азот.

    Динамическая вязкость воды в зависимости от температуры

    Кинематическая и динамическая вязкость связаны между собой через значение плотности. Если кинематическую вязкость умножить на плотность, то получим величину коэффициента динамической вязкости (или просто динамическую вязкость).

    Динамическая вязкость воды при температуре 20°С равна 1004·10 -6 Па·с. В таблице даны значения коэффициента динамической вязкости воды в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении (760 мм.рт.ст.). Вязкость в таблице указана при температуре от 0 до 300°С.

    Динамическая вязкость воды — таблица (даны значения вязкости, увеличенные в 10 6 раз)

    t , °С20406080100120140
    μ ·10 6 , Па·с17881004653,3469,9355,1282,5237,4201,1
    t , °С160180200220240260280300
    μ ·10 6 , Па·с173,6153,0136,4124,6114,8105,998,191,2

    Динамическая вязкость при нагревании воды уменьшается, вода становится менее вязкой и при достижении температуры кипения 100°С величина вязкости воды составляет всего 282,5·10 -6 Па·с.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector