Vâscozitatea cinematică unitară. Ce este vâscozitatea lichidului

Vâscozitatea unui lichid poate fi măsurată în mai multe moduri folosind dispozitive numite viscozimetre. Astfel de dispozitive măsoară timpul necesar unei substanțe pentru a se mișca sau timpul necesar unui obiect de o anumită dimensiune și densitate pentru a trece printr-un lichid. Unitățile pentru acest parametru sunt Pascal pătrat.

Factori care afectează vâscozitatea

În general, lichidele formate din molecule mai mari vor avea vâscozitate mai mare. Acest lucru este valabil mai ales pentru substanțele cu lanț lung care sunt polimeri sau compuși de hidrocarburi mai grei. Astfel de molecule tind să se suprapună între ele, împiedicând mișcarea prin ele.

Un alt factor important este modul în care moleculele interacționează între ele. Compușii polari pot forma legături de hidrogen, care țin moleculele individuale împreună, crescând rezistența generală la curgere sau mișcare. Deși molecula de apă este polară, are vâscozitate scăzută datorită faptului că moleculele sale sunt destul de mici. Cele mai vâscoase lichide tind să fie cele care au molecule întinse sau o polaritate puternică. Exemplele includ glicerina și propilenglicolul.

Temperatura are o mare influență asupra vâscozității. Măsurătorile proprietăților lichidului sunt întotdeauna date în funcție de temperatură. În lichide, vâscozitatea scade odată cu creșterea temperaturii. Acest lucru se poate observa la încălzirea siropului sau a mierii. Acest lucru se întâmplă deoarece moleculele se mișcă mai repede și, prin urmare, petrec mai puțin timp în contact unele cu altele. Vâscozitatea gazelor, dimpotrivă, crește odată cu creșterea temperaturii. Acest lucru se întâmplă deoarece moleculele se mișcă mai repede și există mai multe ciocniri între ele. Aceasta crește densitatea fluxului.

Importanța pentru industrie

Țițeiul parcurge adesea distanțe lungi între regiuni cu temperaturi diferite. Prin urmare, debitul și presiunea se modifică în timp. Petrolul care curge prin Siberia este mai vâscos în conductele din Golful Persic. Din cauza diferențelor de temperatură ambientală, presiunea din conducte trebuie să fie și ea diferită pentru a o forța să curgă. Pentru a rezolva această problemă, în țevi se toarnă mai întâi un ulei special, care are un coeficient de rezistență internă practic zero. În acest fel, contactul uleiului cu suprafața interioară a țevilor este limitat. Vâscozitatea uleiului se modifică, de asemenea, odată cu schimbările de temperatură. Pentru a-i îmbunătăți caracteristicile, în ulei se adaugă polimeri pentru a preveni îngroșarea și amestecarea acestuia.

Vâscozitatea caracterizează capacitatea gazelor sau lichidelor de a crea rezistență între straturile de corpuri fluide (nu solide) care se mișcă unul față de celălalt. Adică, această valoare corespunde forței de frecare internă (termen englez: vâscozitate) care apare atunci când un gaz sau un lichid se mișcă. Va fi diferit pentru diferite corpuri, deoarece depinde de natura lor. De exemplu, apa are o vâscozitate scăzută în comparație cu mierea, care are o vâscozitate mult mai mare. Frecarea internă sau fluiditatea substanțelor solide (slăbite) se caracterizează prin

Cuvântul vâscozitate provine din cuvântul latin Viscum, care înseamnă vâsc. Acest lucru se datorează lipiciului de păsări, care a fost făcut din boabe de vâsc și folosit pentru a prinde păsări. Ramurile copacilor au fost unse cu o substanță adezivă, iar păsările, așezate pe ele, au devenit o pradă ușoară pentru oameni.

Ce este vâscozitatea? Unitățile de măsură ale acestei caracteristici vor fi date, după cum este obișnuit, în, precum și în alte unități non-sistem.

Isaac Newton în 1687 a stabilit legea de bază a curgerii corpurilor lichide și gazoase: F = ƞ. ((v2 - v1) / (z2 - z1)) . S. În acest caz, F este forța (tangențială) care provoacă o deplasare a straturilor corpului în mișcare. Raportul (v2 - v1) / (z2 - z1) arată viteza de modificare a debitului unui lichid sau gaz în timpul tranziției de la un strat în mișcare la altul. Altfel numit gradient de viteză de curgere sau viteză de forfecare. Valoarea S este aria (în secțiune transversală) a curgerii corpului în mișcare. Coeficientul de proporționalitate ƞ este dinamica unui corp dat. Mărimea sa reciprocă j = 1 / ƞ este fluiditatea. Forța care acționează pe unitatea de suprafață (secțiune transversală) a fluxului poate fi calculată folosind formula: µ = F / S. Aceasta este vâscozitatea absolută sau dinamică. Unitățile sale SI sunt exprimate în pascali pe secundă.

Vâscozitatea este cea mai importantă caracteristică fizico-chimică a multor substanțe. Semnificația sa este luată în considerare la proiectarea și exploatarea conductelor și a aparatelor în care are loc mișcarea (de exemplu, dacă sunt utilizate pentru pompare) a unui mediu lichid sau gazos. Acesta poate fi petrol, gaze sau produse ale acestora, zgură topită sau sticlă etc. Vâscozitatea în multe cazuri este o caracteristică calitativă a intermediarilor și a produselor finite din diverse industrii, deoarece depinde direct de structura substanței și arată starea fizică și chimică a materialului și schimbările care au loc în tehnologie. Adesea, pentru estimarea valorii rezistenței la deformare sau curgere, nu se utilizează vâscozitatea dinamică, ci cinematică, ale cărei unități de măsură în sistemul SI sunt exprimate în metri pătrați pe secundă. Vâscozitatea cinematică (notată cu ν) ​​este raportul dintre vâscozitatea dinamică (µ) și densitatea mediului (ρ): v = µ / ρ.

Vâscozitatea cinematică este o caracteristică fizico-chimică a unui material, care arată capacitatea acestuia de a rezista curgerii sub influența gravitației.

În sistemul SI, unitățile de vâscozitate cinematică sunt scrise ca m 2 /s.

În sistemul GHS, vâscozitatea este măsurată în Stokes (St) sau centistokes (cSt).

Între aceste unităţi de măsură există următoarea relaţie: 1 St = 10 -4 m 2 /s, apoi 1 cSt = 10 -2 St = 10 -6 m 2 /s = 1 mm 2 /s. Adesea, pentru vâscozitatea cinematică, se utilizează o altă unitate de măsură non-sistemică - acestea sunt grade Engler, a căror conversie în Stokes poate fi efectuată folosind formula empirică: v = 0,073oE - 0,063 / oE sau conform tabelului.

Pentru a converti unitățile de sistem de vâscozitate dinamică în unități non-sistem, puteți utiliza ecuația: 1 Pa. s = 10 poise. Denumirea scurtă este scrisă: P.

De obicei, unitățile de măsură a vâscozității lichidului sunt reglementate de documentația de reglementare pentru produsul finit (comercial) sau pentru produsul intermediar, împreună cu intervalul admisibil de modificare a acestei caracteristici calitative, precum și eroarea de măsurare a acesteia.

Pentru a determina vâscozitatea în condiții de laborator sau de producție, se folosesc viscozimetre de diferite modele. Pot fi rotative, cu bilă, capilare, ultrasonice. Principiul de măsurare a vâscozității într-un vâscozimetru capilar din sticlă se bazează pe determinarea timpului de curgere a lichidului printr-un capilar calibrat de un anumit diametru și lungime, în timp ce constanta vâscozimetrului trebuie luată în considerare. Deoarece vâscozitatea unui material depinde de temperatură (pe măsură ce crește, aceasta va scădea, ceea ce este explicat de teoria cinetică moleculară ca urmare a accelerării mișcării haotice și a interacțiunii moleculelor), prin urmare, proba de testat trebuie păstrată pentru o perioadă. timp la o anumită temperatură pentru a media aceasta din urmă pe întregul volum al probei. Există mai multe metode standardizate pentru testarea vâscozității, dar cea mai comună este standardul interstatal GOST 33-2000, pe baza căruia se determină vâscozitatea cinematică, unitățile de măsură în acest caz sunt mm 2 / s (cSt) și dinamice. vâscozitatea este recalculată ca produsul dintre vâscozitatea cinematică și densitatea.

DEFINIŢIE

Viscozitate numit unul dintre tipurile de fenomene de transfer. Este asociat cu proprietatea substanțelor fluide (gaze și lichide) de a rezista mișcării unui strat față de altul. Acest fenomen este cauzat de mișcarea particulelor care alcătuiesc materia.

Există vâscozitate dinamică și vâscozitate cinematică.

Să considerăm mișcarea unui gaz cu vâscozitate ca mișcarea unor straturi paralele plate. Vom presupune că schimbarea vitezei de mișcare a substanței are loc în direcția axei X, care este perpendiculară pe direcția vitezei de mișcare a gazului (Fig. 1).

În direcția axei Y, viteza de mișcare în toate punctele este aceeași. Aceasta înseamnă că viteza este o funcție de . În acest caz, modulul forței de frecare dintre straturile de gaz (F), care acționează pe unitatea de suprafață care separă două straturi adiacente, este descris de ecuația:

unde este gradientul de viteză () de-a lungul axei X Axa X este perpendiculară pe direcția de mișcare a straturilor de materie (Fig. 1).

Definiţie

Coeficientul () inclus în ecuația (1) se numește coeficient de vâscozitate dinamică (coeficient de frecare internă). Depinde de proprietățile gazului (lichid). este numeric egal cu cantitatea de mișcare care este transferată pe unitatea de timp printr-o platformă de unitate de suprafață cu un gradient de viteză egal cu unu, într-o direcție perpendiculară pe amplasament. Sau este numeric egal cu forța care acționează pe unitate de suprafață cu un gradient de viteză egal cu unitatea.

Frecarea internă este motivul pentru care este necesară o diferență de presiune pentru ca gazul (lichidul) să curgă printr-o țeavă. În acest caz, cu cât coeficientul de vâscozitate al substanței este mai mare, cu atât diferența de presiune trebuie să fie mai mare pentru a conferi o anumită viteză de curgere.

Coeficientul de vâscozitate cinematică este de obicei notat cu . Este egal cu:

unde este densitatea gazului (lichidului).

Coeficientul de frecare internă a gazului

În conformitate cu teoria cinetică a gazelor, coeficientul de vâscozitate poate fi calculat folosind formula:

unde este viteza medie a mișcării termice a moleculelor de gaz și este calea liberă medie a unei molecule. Expresia (3) arată că la presiune joasă (gaz rarefiat) vâscozitatea este aproape independentă de presiune, deoarece Dar această concluzie este valabilă până când raportul dintre drumul liber al moleculei și dimensiunile liniare ale vasului devine aproximativ egal cu unitatea. Odată cu creșterea temperaturii, vâscozitatea gazelor crește de obicei, deoarece

Coeficientul de viscozitate a lichidului

Presupunând că coeficientul de vâscozitate este determinat de forțele de interacțiune dintre moleculele unei substanțe, care depind de distanța medie dintre ele, coeficientul de vâscozitate este determinat de formula experimentală Baczynski:

unde este volumul molar al lichidului, A și B sunt constante.

Vâscozitatea lichidelor scade odată cu creșterea temperaturii și crește odată cu creșterea presiunii.

Formula lui Poiseuille

Coeficientul de vâscozitate este inclus în formula care stabilește relația dintre volumul (V) de gaz care curge pe unitatea de timp prin secțiunea conductei și diferența de presiune necesară pentru aceasta ():

unde este lungimea conductei, este raza conductei.

numărul Reynolds

Natura mișcării gazului (lichidului) este determinată de numărul Reynolds adimensional ():

- o mărime care caracterizează dimensiunile liniare ale unui corp zburat în jur de un lichid (gaz).

Unități de coeficient de vâscozitate

Unitatea de măsură de bază pentru coeficientul de vâscozitate dinamică în sistemul SI este:

1Pa c=10 poise

Unitatea de măsură de bază pentru coeficientul de vâscozitate cinematică în sistemul SI este:

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercita	Dinamic, vâscozitatea apei este egală cu Pa s. Care este diametrul maxim al conductei care va permite fluxului de apă să rămână laminar dacă în 1 s un volum de apă curge prin secțiunea transversală egal cu ?
Soluţie	Condiția pentru laminaritatea curgerii fluidului are forma: Unde găsim numărul Reynolds folosind formula: Găsim viteza curgerii apei ca: În expresia (1.3) este înălțimea unui cilindru de apă având un volum: Conform condiţiei = 1 s. Înlocuind viteza (1.4) în expresia numărului Reynolds, avem: Densitatea apei la nr. kg/m3. Să efectuăm calculele și să obținem:
Răspuns	m

EXEMPLUL 2

Exercita	O minge de densitate și diametru d plutește în sus într-un lichid de densitate cu o viteză de . Care este vâscozitatea cinematică a fluidului?
Soluţie	Să facem un desen.

Vâscozitatea este cea mai importantă constantă fizică care caracterizează proprietățile de performanță ale combustibililor pentru cazane și motorine, uleiuri petroliere și o serie de alte produse petroliere. Valoarea vâscozității este utilizată pentru a evalua posibilitatea de atomizare și pompare a petrolului și a produselor petroliere.

Există vâscozități dinamice, cinematice, condiționate și efective (structurale).

Vâscozitate dinamică (absolută). [μ ], sau frecarea internă, este proprietatea fluidelor reale de a rezista forțelor tangențiale de forfecare.

Evident, această proprietate se manifestă atunci când fluidul se mișcă. Vâscozitatea dinamică în sistemul SI este măsurată în [N·s/m2]. Aceasta este rezistența pe care o prezintă un lichid în timpul mișcării relative a celor două straturi ale sale cu o suprafață de 1 m2, situate la o distanță de 1 m unul de celălalt și care se deplasează sub influența unei forțe externe de 1 N cu o viteză de 1. Domnișoară. Având în vedere că 1 N/m 2 = 1 Pa, vâscozitatea dinamică este adesea exprimată în [Pa s] sau [mPa s]. În sistemul CGS (CGS), dimensiunea vâscozității dinamice este [dyn s/m2]. Această unitate se numește echilibru (1 P = 0,1 Pa s). μ Factori de conversie pentru calcularea dinamicii [

] vâscozitate.	Unități	Micropoise (mcP)	Centipoise (sp)	Echilibrul ([g/cm s])	Pa s ([kg/m s])	kg/(m h)
Unități	1	10 -4	10 -6	10 7	kg s/m2	3,6·10 -4
Micropoise (mcP)	10 4	1	10 -2	10 -3	3,6	1.02·10 -8
Centipoise (sp)	10 6	10 2	1	10 3	1.02·10 -4	3,6 10 2
Echilibrul ([g/cm s])	10 7	10 3	10	1 3	1.02·10 -2	3,6 10 3
Pa s ([kg/m s])	1.02·10 -1	2,78 10 3	2,78·10 -1	2,78·10 -3	1	2,78·10 -4
kg/(m h)	2,84·10 -3	9,81 10 7	9,81 10 3	9,81 10 2	9,81 10 1	1

3,53 10 4 [ν Vâscozitatea cinematică μ ] este o cantitate egală cu raportul dintre vâscozitatea dinamică a lichidului [ ρ ] la aceeași temperatură: ν = μ/ρ. Unitatea de unitate de vâscozitate cinematică este [m 2 /s] - vâscozitatea cinematică a unui astfel de lichid, a cărui vâscozitate dinamică este de 1 N s / m 2 și densitatea este de 1 kg / m 3 (N = kg m / s 2 ). În sistemul CGS, vâscozitatea cinematică este exprimată în [cm2/s]. Această unitate se numește Stokes (1 Stokes = 10 -4 m 2 /s; 1 cSt = 1 mm 2 /s).

Factori de conversie pentru calcularea cinematică [ ν Factori de conversie pentru calcularea dinamicii [

] vâscozitate.	mm 2 /s (cSt)	cm 2 /s (Sf)	m2/s	m2/h
mm 2 /s (cSt)	1	10 -2	10 -6	3,6·10 -3
cm 2 /s (Sf)	10 2	1	10 -4	0,36
m2/s	10 6	10 4	1	1.02·10 -2
m2/h	2,78 10 2	2,78	2,78 10 4	1

Uleiurile și produsele petroliere sunt adesea caracterizate vâscozitatea condiționată, care se consideră a fi raportul dintre timpul de curgere a 200 ml de produs petrolier prin orificiul calibrat al unui viscozimetru standard la o anumită temperatură [ t] până când 200 ml de apă distilată au trecut la o temperatură de 20°C. Vâscozitate condiționată la temperatură [ t] este indicat prin semnul ВУ și este exprimat prin numărul de grade convenționale.

Vâscozitatea condiționată se măsoară în grade VU (°VU) (dacă testul se efectuează într-un viscozimetru standard conform GOST 6258-85), secunde Saybolt și secunde Redwood (dacă testul este efectuat pe viscozimetre Saybolt și Redwood).

Puteți converti vâscozitatea de la un sistem la altul folosind o nomogramă.

În sistemele de petrol dispersat în anumite condiții, spre deosebire de lichidele newtoniene, vâscozitatea este o valoare variabilă în funcție de gradientul vitezei de forfecare. În aceste cazuri, uleiurile și produsele petroliere se caracterizează prin vâscozitate eficientă sau structurală:

Pentru hidrocarburi, vâscozitatea depinde în mod semnificativ de compoziția lor chimică: crește odată cu creșterea greutății moleculare și a punctului de fierbere. Prezența ramurilor laterale în moleculele de alcani și naftene și creșterea numărului de cicluri cresc, de asemenea, vâscozitatea. Pentru diferite grupe de hidrocarburi, vâscozitatea crește în seria alcani-arene-ciclani.

Pentru a determina vâscozitatea, se folosesc instrumente standard speciale - vâscozimetre, care diferă prin principiul lor de funcționare.

Vâscozitatea cinematică este determinată pentru produse petroliere ușoare și uleiuri cu vâscozitate relativ scăzută folosind vâscozimetre capilare, a căror acțiune se bazează pe fluiditatea lichidului prin capilar în conformitate cu GOST 33-2000 și GOST 1929-87 (vâscozimetru tip VPZh, Pinkevici etc.).

Pentru produsele petroliere vâscoase, vâscozitatea relativă este măsurată în viscozimetre precum VU, Engler etc. Lichidul curge din aceste viscozimetre printr-un orificiu calibrat în conformitate cu GOST 6258-85.

Există o relație empirică între valorile °VV condiționate și vâscozitatea cinematică:

Vâscozitatea celor mai vâscoase și structurate produse petroliere este determinată pe un vâscozimetru rotativ conform GOST 1929-87. Metoda se bazează pe măsurarea forței necesare pentru a roti cilindrul interior față de cel exterior atunci când se umple spațiul dintre ele cu lichidul de testare la o temperatură. t.

Pe lângă metodele standard de determinare a vâscozității, uneori în lucrările de cercetare se folosesc metode nestandardizate, bazate pe măsurarea vâscozității în timpul căderii unei mingi de calibrare între marcaje sau în timpul atenuării vibrațiilor unui corp solid în test. lichid (vâscozimetre Heppler, Gurvich etc.).

În toate metodele standard descrise, vâscozitatea este determinată la o temperatură strict constantă, deoarece odată cu modificarea acesteia, vâscozitatea se modifică semnificativ.

Dependența vâscozității de temperatură

Dependența vâscozității produselor petroliere de temperatură este o caracteristică foarte importantă atât în ​​tehnologia de rafinare a petrolului (pompare, schimb de căldură, sedimentare etc.), cât și în utilizarea produselor petroliere comerciale (drenarea, pomparea, filtrarea, lubrifierea suprafețelor de frecare). , etc.).

Pe măsură ce temperatura scade, vâscozitatea acestora crește. Figura prezintă curbe ale modificărilor vâscozității în funcție de temperatură pentru diferite uleiuri lubrifiante.

Comun tuturor probelor de ulei este prezența regiunilor de temperatură în care are loc o creștere bruscă a vâscozității.

Există multe formule diferite pentru calcularea vâscozității în funcție de temperatură, dar cea mai frecvent utilizată este formula empirică a lui Walther:

Luând de două ori logaritmul acestei expresii, obținem:

Folosind această ecuație, E. G. Semenido a alcătuit o nomogramă pe axa absciselor a cărei, pentru ușurință în utilizare, este trasată temperatura, iar viscozitatea este reprezentată pe axa ordonatelor.

Folosind nomograma, puteți afla vâscozitatea unui produs petrolier la orice temperatură dată dacă este cunoscută vâscozitatea acestuia la alte două temperaturi. În acest caz, valoarea vâscozităților cunoscute este conectată printr-o linie dreaptă și continuă până când se intersectează cu linia temperaturii. Punctul de intersecție cu acesta corespunde vâscozității dorite. Nomograma este potrivită pentru determinarea vâscozității tuturor tipurilor de produse petroliere lichide.

Pentru uleiurile lubrifiante din petrol, este foarte important în timpul funcționării ca vâscozitatea să depindă cât mai puțin posibil de temperatură, deoarece aceasta asigură proprietăți de lubrifiere bune ale uleiului într-un interval larg de temperatură, adică, în conformitate cu formula Walther, aceasta înseamnă că pentru uleiuri lubrifiante, cu cât coeficientul B este mai mic, cu atât calitatea uleiului este mai mare. Această proprietate a uleiurilor se numește indicele de vâscozitate, care este o funcție a compoziției chimice a uleiului. Pentru diferite hidrocarburi, vâscozitatea se modifică diferit cu temperatura. Cea mai abruptă dependență (valoarea mare a lui B) este pentru hidrocarburile aromatice, iar cea mai mică pentru alcani. Hidrocarburile naftenice în acest sens sunt apropiate de alcani.

Există diferite metode pentru determinarea indicelui de vâscozitate (VI).

În Rusia, IV este determinat de două valori ale vâscozității cinematice la 50 și 100 ° C (sau la 40 și 100 ° C - conform unui tabel special al Comitetului de Stat pentru Standarde).

La certificarea uleiurilor, IV se calculează conform GOST 25371-97, care prevede determinarea acestei valori prin vâscozitate la 40 și 100°C. Conform acestei metode, conform GOST (pentru uleiuri cu VI mai mic de 100), indicele de vâscozitate este determinat de formula:

Pentru toate uleiurile cu ν 100 ν, ν 1Şi ν 3) sunt determinate conform tabelului GOST 25371-97 pe baza ν 40Şi ν 100 din acest ulei. Dacă uleiul este mai vâscos ( ν 100> 70 mm 2 /s), atunci valorile incluse în formulă sunt determinate folosind formule speciale date în standard.

Este mult mai ușor să determinați indicele de vâscozitate folosind nomograme.

O nomogramă și mai convenabilă pentru găsirea indicelui de vâscozitate a fost dezvoltată de G.V. Determinarea IV se reduce la conectarea valorilor cunoscute de vâscozitate la două temperaturi cu linii drepte. Punctul de intersecție al acestor linii corespunde indicelui de vâscozitate dorit.

Indicele de vâscozitate este o valoare general acceptată inclusă în standardele de petrol din toate țările lumii. Dezavantajul indicelui de vâscozitate este că caracterizează comportamentul uleiului numai în intervalul de temperatură de la 37,8 la 98,8 ° C.

Mulți cercetători au observat că densitatea și vâscozitatea uleiurilor lubrifiante reflectă într-o oarecare măsură compoziția lor de hidrocarburi. A fost propus un indicator corespunzător care leagă densitatea și vâscozitatea uleiurilor și numit constanta vâscozitate-masă (VMC). Constanta vâscozitate-masă poate fi calculată folosind formula lui Yu A. Pinkevich:

În funcție de compoziția chimică a uleiului VMC, acesta poate fi de la 0,75 la 0,90, iar cu cât este mai mare VMC al uleiului, cu atât indicele de vâscozitate este mai mic.

La temperaturi scăzute, uleiurile lubrifiante capătă o structură care se caracterizează prin limita de curgere, plasticitate, tixotropie sau anomalie de vâscozitate caracteristică sistemelor dispersate.

Rezultatele determinării vâscozității unor astfel de uleiuri depind de amestecarea lor mecanică preliminară, precum și de debitul sau ambii factori simultan. Uleiurile structurate, ca și alte sisteme petroliere structurate, nu respectă legea curgerii fluidului newtonian, conform căreia modificarea vâscozității ar trebui să depindă doar de temperatură. Uleiul cu o structură intactă are o vâscozitate semnificativ mai mare decât după distrugerea sa. Dacă reduceți vâscozitatea unui astfel de ulei prin distrugerea structurii, atunci într-o stare calmă, această structură va fi restabilită și vâscozitatea va reveni la valoarea inițială. Capacitatea unui sistem de a-și restabili în mod spontan structura se numește tixotropie

. Odată cu creșterea vitezei de curgere, sau mai precis a gradientului de viteză (secțiunea curbei 1), structura este distrusă și, prin urmare, vâscozitatea substanței scade și atinge un anumit minim. Această vâscozitate minimă rămâne la același nivel cu o creștere ulterioară a gradientului de viteză (secțiunea 2) până când apare un flux turbulent, după care vâscozitatea crește din nou (secțiunea 3).

Dependența vâscozității de presiune

Vâscozitatea lichidelor, inclusiv a produselor petroliere, depinde de presiunea externă. Modificarea vâscozității uleiului odată cu creșterea presiunii are o importanță practică deosebită, deoarece în unele unități de frecare pot apărea presiuni mari. Dependența vâscozității de presiune pentru unele uleiuri este ilustrată prin curbe, vâscozitatea uleiurilor se modifică parabolic cu creșterea presiunii. Sub presiune R

se poate exprima prin formula:

În uleiurile petroliere, vâscozitatea hidrocarburilor de parafină se modifică cel mai puțin odată cu creșterea presiunii, iar hidrocarburile naftenice și aromatice se modifică puțin mai mult. Vâscozitatea produselor petroliere cu vâscozitate mare crește odată cu creșterea presiunii mai mult decât vâscozitatea produselor petroliere cu vâscozitate scăzută. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât vâscozitatea se modifică mai puțin odată cu creșterea presiunii.

La presiuni de ordinul 500 - 1000 MPa, vâscozitatea uleiurilor crește atât de mult încât își pierd proprietățile unui lichid și se transformă într-o masă plastică.

Pentru a determina vâscozitatea produselor petroliere la presiune ridicată, D.E Mapston a propus formula: ν 0 Şi Dependența vâscozității de presiune pentru unele uleiuri este ilustrată prin curbe, vâscozitatea uleiurilor se modifică parabolic cu creșterea presiunii. Sub presiune Pe baza acestei ecuații, D.E Mapston a dezvoltat o nomogramă, folosind valorile cunoscute, de exemplu

Vâscozitatea amestecurilor

La combinarea uleiurilor, este adesea necesar să se determine vâscozitatea amestecurilor. După cum au arătat experimentele, aditivitatea proprietăților se manifestă numai în amestecuri de două componente care sunt foarte apropiate ca vâscozitate. Când există o diferență mare în vâscozitățile produselor petroliere care sunt amestecate, vâscozitatea este de obicei mai mică decât cea calculată de regula de amestecare. Vâscozitatea unui amestec de ulei poate fi calculată aproximativ prin înlocuirea vâscozităților componentelor cu valorile lor reciproce - mobilitate (fluiditate) ψ cm:

Pentru a determina vâscozitatea amestecurilor, puteți utiliza și diverse nomograme. Cele mai utilizate sunt nomograma ASTM și viscozigrama Molina-Gurvich. Nomograma ASTM se bazează pe formula Walther. Nomograma Molina-Gurevich a fost realizată pe baza vâscozităților găsite experimental ale unui amestec de uleiuri A și B, dintre care A are o vâscozitate °ВУ 20 = 1,5, iar B are o vâscozitate °ВУ 20 = 60. Ambele uleiuri au fost amestecate în diferite rapoarte de la 0 la 100% (vol.), iar vâscozitatea amestecurilor a fost stabilită experimental. Nomograma arată valorile vâscozității în el. unitati iar în mm 2 /s.

Vâscozitatea gazelor și vaporilor de ulei

Vâscozitatea gazelor de hidrocarburi și a vaporilor de ulei este supusă unor legi diferite de cele ale lichidelor. Odată cu creșterea temperaturii, vâscozitatea gazelor crește. Acest model este descris satisfăcător de formula Sutherland:

Volatilitate (fugacitate) Proprietăți optice Proprietăți electrice

Forțele de vâscozitate sunt forțe tangențiale, adică sunt direcționate de-a lungul suprafeței de contact a straturilor lichide.

Semnificația fizică a coeficientului de vâscozitate: coeficientul de vâscozitate este numeric egal cu forța de frecare internă care apare între două straturi de fluid pe unitate de suprafață necesară pentru a menține un gradient de viteză egal cu unu.

Cu S = 1 unitate de suprafață, = 1, h = F

Unități de coeficient de vâscozitate:

SI: (Pascal secundă)

1 Pas este vâscozitatea unui lichid în care, cu un gradient de viteză egal cu unitatea, o forță egală cu 1 N acționează asupra fiecărui metru pătrat de suprafață de contact dintre straturi.

În medicină, vâscozitatea este exprimată în poises.

1 trecere = 10 P (poise) = 10 3 cP (centipoise)

Coeficientul de vâscozitate depinde de:

1. prin natura sa lichid,

2. la temperatură: cu creșterea temperaturii, vâscozitatea unui lichid scade, pentru gaze crește.

Lichidele se disting:

1. Newtonian– acestea sunt lichide al căror coeficient de vâscozitate nu depinde de gradientul de viteză (viteza de forfecare). Coeficientul de vâscozitate al lichidelor newtoniene depinde numai de natura și temperatura acestuia. Ele se supun legii liniare a lui Newton, adică sunt un mediu continuu, omogen și izotrop. Astfel, vâscozitatea limfei și a plasmei sanguine este bine descrisă de ecuația lui Newton. Aceasta este vâscozitatea normală.

2. non-newtonian- lichide mai complexe din punct de vedere reologic, la care coeficientul de vâscozitate depinde de gradientul de viteză (de viteza de forfecare), adică. în condițiile de curgere a fluidului. Coeficientul de vâscozitate în acest caz nu este o constantă a substanței. Au proprietăți neliniare. Acestea includ compuși cu molecul mare, cum ar fi soluții, polimeri, suspensii, emulsii, sisteme de origine biologică: sânge, lichid sinovial. Vâscozitatea fluidelor non-newtoniene depinde de o serie de parametri cinematici și dinamici. Aceasta este vâscozitate anormală. Proprietățile reologice non-newtoniene ale profilurilor de viteză ale sângelui în canalele dispozitivelor extracorporale.

2.FORMULA POISEUILLE exprimă volumul de lichid care curge printr-un capilar, care depinde de raza capilară, coeficientul de vâscozitate, gradientul de presiune și timpul de curgere al lichidului:

- formula este valabilă pentru curgerea fluidului laminar, unde r este raza secțiunii transversale a capilarului

Lungimea capilară

DP = P in – P out – diferența de presiune la capetele capilarului

grad P = - gradient de presiune

t – timpul de curgere a fluidului

Pentru a calcula debitul de lichid într-un vas, o caracteristică importantă este debitul volumetric, în special sânge.

Viteza volumului - aceasta este o cantitate egală numeric cu volumul de lichid care curge pe unitatea de timp printr-o anumită secțiune a conductei.

Viteza volumetrică a unui lichid este exprimată prin formula Q =

Unitate de măsură m³/s

Pentru un flux laminar staționar al unui fluid real într-o țeavă cilindrică de secțiune transversală constantă, formula lui Poiseuille ia forma:

Conform acestei formule, viteza volumetrică a lichidului este proporțională cu scăderea de presiune pe unitatea de lungime a țevii, a patra putere a razei țevii și invers proporțională cu coeficientul de vâscozitate.

Pentru conductele cu secțiune transversală variabilă, formula lui Poiseuille are forma

Rezistența hidraulică este exprimată prin formula:

Atunci viteza volumetrică a lichidului poate fi reprezentată ca:

Scăderea presiunii fluidului (în special a sângelui) depinde de viteza volumetrică și în mod semnificativ de raza vasului, exprimată prin formula: DP = Q∙R hidr .

3. FORMULA STOKES exprimă forța de rezistență atunci când un corp se mișcă într-un lichid, care îi încetinește mișcarea și este îndreptată în direcția opusă vitezei corpului față de mediu.

Forța de rezistență la mișcarea corpurilor într-un lichid depinde de:

1) despre forma corpului

2) pe dimensiunea corpului

3) asupra coeficientului de vâscozitate

4) asupra vitezei de mișcare a corpului

Modelul general al legii lui Stokes este exprimat prin formula:

unde p și k sunt un coeficient numeric care determină forma geometrică a corpului.