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运动粘度的计算

(2012-05-23 09:17:54)
标签:

英国

粘度

非牛顿流体

黏度

塑性流体

杂谈

本博文来自http://hi.baidu.com/hnytxjl/blog/item/7570640b4a133a1495ca6bca.html

 

物体在流动时,相邻流体层间存在着相对运动,则该两流体层间会产生摩擦阻力,称为粘滞力。粘度是用来衡量粘滞力大小的一个物性数据。其大小由物质种类、温度、浓度等因素决定。

粘度一般是动力粘度的简称,其单位是帕·秒(Pa·s)或毫帕·秒(mPa·s)。粘度分为动力粘度、运动粘度、相对粘度,三者有区别,不能混淆。
粘度还可用涂—4或涂—1杯测定,其单位为秒(s)。

(动力)粘度符号是μ,单位是帕斯卡秒(Pa·s)
由下式定义:L=μ·μ0/h
μ0——平板在其自身的平面内作平行于某一固定平壁运动时的速度
h——平板至固定平壁的距离。但此距离应足够小,使平板与固定平壁间的流体的流动是层流
L——平板运动过程中作用在平板单位面积上的流体摩擦力

运动粘度符号是v ,运动粘度是在工程计算中,物质的动力粘度与其密度之比,其单位为:(m2/s)。单位是二次方米每秒(m2/s)
v=μ/p

粘度有动力粘度,其单位:帕斯卡秒(Pa·s);在石油工业中还使用"恩氏粘度",它不是上面介绍的粘度概念。而是流体在恩格拉粘度计中直接测定的读数。
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粘度的度量方法分为绝对粘度和相对粘度两大类。绝对粘度分为动力粘度和运动粘度两种;相对粘度有恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度等几种表示方法。

1、动力粘度η在流体中取两面积各为1m2,相距1m,相对移动速度为1m/s时所产生的阻力称为动力粘度。单位Pa.s(帕.秒)。过去使用的动力粘度单位为泊或厘泊,泊(Poise)或厘泊为非法定计量单位。

1Pa.s=1N.s/m2=10P泊=10的3次方cp=1Kcps
ASTM D445标准中规定用运动粘度来计算动力粘度,即η=ρ.υ式中 η-动力粘度,Pa.s期目标制 ρ-密度,kg/m3 υ-运动粘度,m2/s 我国国家标准GB/T506-82为润滑油低温动力粘度测定法。该法使用于测定润滑油和深色石油产品的低温(0~-60℃)动力粘度。在严格控制温度和不同压力条件下,测定一定体积的试样在已标定常数的毛细管粘度计内流过所需的时间,秒。由试样在毛细管流过的时间与毛细管标定常数和平均压力的乘积,计算动力粘度,单位为Pa.s。该方法重复测定两个结果的差数不应超过其算术平均值的±5%。

2、运动粘度υ流体的动力粘度η与同温度下该流体的密度ρ的比值称为运动粘度。它是这种流体在重力作用下流动阻力的度量。在国际单位制(SI)中,运动粘度的单位是m2/s。过去通常使用厘斯(cSt)作运动粘度的单位,它等于10-6m2/s,(即1cSt=1mm2/s。

运动粘度通常用毛细管粘度计测定。在严格的温度和可再现的驱动压头下,测定一定体积的液体在重力作用下流过标定好的毛细管粘度计的时间,为了测准运动粘度,首先必须控制好被测流体的温度,测温精度要求达到0.01℃;其次必须选择恰当的毛细管的尺寸,保证流出时间不能太长也不能太短,即粘稠液体用稍粗些的毛细管,较稀的液体用稍细的毛细管,流动时间应不小于200秒;须定期标定粘度管常数;而且安装粘度管时必须保持垂直。运动粘度国家标准为GB/T256-88,相当于ASTM D445-96/IP71/75。

3、恩氏粘度0E我国的国家标准为石油产品恩氏粘度测定法GB/T266-88。这是一种过去常用的相对粘度,其定义是在规定温度下,200ml液体流经恩氏粘度计所需时间(s),与同体积的蒸馏水在20℃事流经恩氏粘度计所需时间(s)之比称为恩氏粘度。

4、雷氏粘度(Redwood)此粘度主要在英国和日本沿用。其定义是以50ml试油在规定温度60℃或98.9℃下流过雷氏粘度计所需时间,单位为秒。

5、赛氏通用粘度(Saybolt Universal Viscosity)美国多习惯用这种粘度单位,其定义是在某规定温度下从赛氏粘度计流出60ml液体所需时间,单位为秒。美国标准方法为ASTM D88

6、几种粘度的换算1)恩氏粘度与运动粘度的换算

运动粘度υ(mm2/s)=7.310E-6.31/0E 2)雷氏粘度与运动粘度的换算运动粘度υ(mm2/s)=0.26R-172/R 当R>225s时,则用υ(mm2/s)=0.26R 3)赛氏粘度与运动粘度的换算:υ(mm2/s)=0.225S当S>285s时用上式


2. 回答人: 时间: 2008-08-16 19:28:41

黏度是测量流体内在摩擦力的所获得的数值。当某一层流体的移动会受到另一层流体移动的影响时,此摩擦力显得极为重要。摩擦力愈大,我们就必须施予更大的力量以造成流体的移动,此力量即称为 ”剪切(shear)”。剪切发生的条件为当流体发生物理性地移动或分散,如倾倒、散布、喷雾、混合等等。高黏度的流体比低黏度的材料需要更大的力量才能造成流体的流动。

牛顿以图4-1的模式来定义流体的黏度。两不同平面但平行的流体,拥有相同的面积”A”,相隔距离”dx”,且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流动,牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度,即:
F/A = ηdv/dx
其中η与材料性质有关,我们称为”黏度”。
速度梯度,dv/dx,为测量中间层的相对速度,其描述出液体所受到的剪切,我们将它称为”剪速(shear rate)”,以S表示;其单位为时间倒数(sec-1)。
F/A项代表了单位面积下,剪切所造成的合力,称为”剪力(shear stress)”,以F代表;其单位为”达因每平方公分(dyne/cm2)”。
使用这些符号,黏度计可以下列数学式定义:
η=黏度=F/S=剪力/剪速
黏度的基本单位为 ”poise”。我们定义一材料在剪力为1达因每平方公分、剪速为1 sec-1下的黏度为100 poise。测量黏度时,你可能会遭遇到黏度的单位为 “Pa˙s” 或 “mPa˙s” 的情况,此为国际标准系统,且有时较被公制命名所接受。1 Pa˙s等于10 poise;1 mPa˙s等于1 cp。
牛顿假设所有的材料在固定温度下,黏度与剪速是没有相关的,亦即两倍的力量可以帮助流体移动两倍的速度。
就我们所知,牛顿的假设只有部分是正确的。
牛顿流体
牛顿称具有此形式流动行为的所有流体,皆称为”牛顿(Newtonian)”,然而这只是你可能遭遇到的流体中的其中一种而已。牛顿流体的特性可参考图4-2;图A显示剪力(F)和剪速(S)之间为线性关系;图B显示在不同剪速下,黏度皆保持一定。典型的牛顿流体为水与稀薄的机油。

上述代表的意义即为在固定温度下,不论你所使用的黏度计型号、转子、转速为何,牛顿流体的黏度皆保持一定。标准Brookfield黏度值为以Brookfield仪器在某一剪速范围内所测之值,这就是为什么牛顿流体可以在所有我们的黏度计型号下操作。牛顿流体明显地为最容易测量的流体-只要拿出你的黏度计并操作它即可。不幸的是,更常见且更复杂的流体-非牛顿流体,我们将在下一节中介绍。
非牛顿流体概略的定义为F/S的关系不为常数,亦即当施予不同的剪速,剪力并不随着相同比例变化(或甚至同一方向)。这些流体的黏度会受到不同剪速的影响,同时,不同型号黏度计的设定参数、转子、转速都会影响到非牛顿流体的黏度值。此测量的黏度值称为流体的”表观黏度(apparent viscosity)”,其值为正确的只有当实验的参数值被正确的设定且精准的测得。
非牛顿流体流动可以想象成流体为不同形状和大小的分子所组成,当它们流经彼此,亦即流动发生时,需要多少力量才能移动它们将取决于它们的大小、形状及黏着性。在不同的剪速下,排列的方式将会不同,而且需要更多或更少的合力才能保持运动。
辨别不同非牛顿流体的行为,可由剪速的差异得到流体黏度的变化,常见非牛顿流体的形式包括:

拟塑性的(pseudoplastic):此形式流体的特性为当剪速增加时,会伴随着流速的减少,其可能为最常见的非牛顿流体。拟塑性流体包括油漆、乳液和各种不同形式的流体。此类流体的行为有时候可称为”shear thinning”。

膨胀性的(diltant):膨胀性的流体其特性为流速随着剪速的增加而增加。虽然膨胀性流体不如拟塑性流体常见,然而膨胀性流体常可由存在有不会聚集固体的流体中看到,如泥浆、糖果合成物、玉米淀粉类与水的混合物以及沙/水混合物。此类流体的行为也可称为”shear thickening”。

塑性的(plastic):此类流体的行为就如同固体处在静电的环境中。在流体流动前,我们就必须先施予流体某一力量,此力量称为“屈服力(yield value)”。此类流体典型的例子为蕃茄酱,其产值造成蕃茄酱无法直接从罐子中倒出,除非我们先摇动或敲击。当产值超过上限值时,流体开始流动。塑性流体包含有牛顿流体、拟塑性流体、膨胀性流体的特性。

到目前为止我们只有讨论非牛顿流体剪速的效应,当我们同时考虑时间效应时,有会有什么问题发生?此问题使得我们必须讨论其它两类非牛顿流体:”摇变性的(thixotropic)” 和 “流变性的(rheopectic)”。

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