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技術(shù)文章

測(cè)粘度的儀器有哪些?

更新時(shí)間:2021-06-28 瀏覽次數(shù):5212

  粘度是物質(zhì)的一種物理化學(xué)性質(zhì),定義為一對(duì)平行板,面積為A,相距dr,板間充以某液體;今對(duì)上板施加一推力F,使其產(chǎn)生一速度變化度所需的力。
由于粘度的作用,使物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到摩擦阻力和壓差阻力,造成機(jī)械能的損耗(見(jiàn)流動(dòng)阻力)。
由于液體的粘性將此力層層傳遞,各層液體也相應(yīng)運(yùn)動(dòng),形成一速度梯度du/dr,稱剪切速率,以r′表示。F/A稱為剪切應(yīng)力,以τ表示。剪切速率與剪切應(yīng)力間具有如下關(guān)系: (F/A)=η(du/dr),
此比例系數(shù)η即被定義為液體的剪切粘度(另有拉伸粘度,剪切粘度平時(shí)使用較多,一般不加區(qū)別簡(jiǎn)稱粘度時(shí)多指剪切粘度),故η=(F/A)/(du/dr)=τ/r′。
將兩塊面積為1㎡的板浸于液體中,兩板距離為1米,若在某一塊板上加1N的切應(yīng)力,使兩板之間的相對(duì)速率為1m/s,則此液體的粘度為1Pa·s。
牛頓流體:符合牛頓公式的流體。 粘度只與溫度有關(guān),與切變速率無(wú)關(guān)。非牛頓流體:不符合牛頓公式τ/D=f(D),以ηa表示一定(τ/D)下的粘度,稱表觀粘度。
粘度隨溫度的不同而有顯著變化,但通常隨壓力的不同發(fā)生的變化較小。液體粘度隨著溫度升高而減小,氣體粘度則隨溫度升高而增大。對(duì)于溶液,常用相對(duì)粘度μr表示溶液粘度μ和溶劑粘度μ之比,即:
相對(duì)粘度與濃度C的關(guān)系可表示為:
μr=1+【μ】C+K′【μ】C+…
式中【μ】為溶液的特性粘度,
K′為系數(shù)?!?mu;】、K′均與濃度無(wú)關(guān)。
不同流體的粘度差別很大。在壓強(qiáng)為101.325kPa、溫度為20℃的條件下,空氣、水和甘油的動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度為:
空氣 μ=17.9×10^-6Pa·s, v=14.8×10^-6m²/s
水 μ=1.01×10^-3Pa·s, v=1.01×10^-6m²/s
甘油 μ=1.499Pa·s, v=1.19×10^-3m²/s
各種流體的粘度數(shù)據(jù),主要由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。常用的粘度計(jì)有毛細(xì)管式、落球式、錐板式、轉(zhuǎn)筒式等。在工業(yè)上有時(shí)用特定形式的粘度計(jì)來(lái)測(cè)定特定的條件粘度。如煉油工業(yè)中常用恩氏粘度(或恩格拉粘度)作為石油產(chǎn)品的一個(gè)指標(biāo),它表示某一溫度下200cm3油品與同體積20℃純水,從恩氏粘度計(jì)中流出所需時(shí)間之比。恩氏粘度與動(dòng)力粘度的關(guān)系可按經(jīng)驗(yàn)公式換算。又如橡膠工業(yè)中常用門(mén)尼粘度為衡量橡膠平均分子量及可塑性的一個(gè)指標(biāo)。
在缺少粘度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),可按理論公式或經(jīng)驗(yàn)公式估算粘度。對(duì)于壓力不太高的氣體,估算結(jié)果較準(zhǔn);對(duì)于液體則較差。對(duì)非均相流體(如低濃度懸浮液)的粘度,可以用愛(ài)因斯坦公式估算:
式中μm為懸浮液的粘度;μ為連續(xù)相液體的粘度;φ為懸浮液中分散相的體積分?jǐn)?shù);μd為分散相粘度。當(dāng)分散相為固體顆粒時(shí),μd→∞,;當(dāng)分散相為氣泡時(shí),μd→0,μm=(1+φ)μ。
粘度是流體粘滯性的一種量度,是流體流動(dòng)力對(duì)其內(nèi)部摩擦現(xiàn)象的一種表示。粘度大表現(xiàn)內(nèi)摩擦力大,分子量越大,碳?xì)浣Y(jié)合越多,這種力量也越大。 粘度對(duì)各種潤(rùn)滑油、質(zhì)量鑒別和確定用途,及各種燃料用油的燃燒性能及用度等有決定意義。在同樣餾出溫度下,以烷烴為主要組份的石油產(chǎn)品粘度低,而粘溫性較好,即粘度指數(shù)較高,也就是粘度隨溫度變化而改變的幅度較??;含環(huán)烷烴(或芳烴)組份較多的油品粘度較高,即粘溫性較差;含膠質(zhì)和芳烴較多油品粘度最高,粘溫性最差,即粘度指數(shù)最D。 粘度常用運(yùn)動(dòng)粘度表示,單位mm²/s。重質(zhì)燃料油粘度大,經(jīng)預(yù)熱使運(yùn)動(dòng)粘度達(dá)到18~20mm²/s(40℃),有利于噴油嘴均勻噴油。
單位換算表編輯 語(yǔ)音
動(dòng)力粘度單位換算 [2] 
1泊 (1P)=100厘泊(100cP)
1厘泊(1cP)=1毫帕斯卡·秒 (1mPa·s)
1毫帕斯卡·秒 (1mPa·s)=1000微 帕斯卡·秒(1000μ Pa.s)
動(dòng)力粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算
μ=ν·ρ
式中μ--- 試樣動(dòng)力粘度(mPa·s)
ν--- 試樣運(yùn)動(dòng)粘度(mm²/s)
ρ--- 與測(cè)量運(yùn)動(dòng)粘度相同溫度下試樣的密度(g/cm³)
動(dòng)力
ηt是二液體層相距1cm,其面積各為1(cm²)相對(duì)移動(dòng)速度為1cm/s時(shí)所產(chǎn)生的阻力,單位為g/cm·s。1g/cm·s=0.1pa·s。一般工業(yè)上動(dòng)力粘度單位用pa來(lái)表示。
運(yùn)動(dòng)
在溫度t (℃)時(shí),運(yùn)動(dòng)粘度用符號(hào)γ表示,在國(guó)際單位制中,運(yùn)動(dòng)粘度單位為斯,即每秒平方米(m²/s),實(shí)際測(cè)定中常用厘斯,(cst)表示厘斯的單位為每秒平方毫米(即 1cst=1mm²/s)。運(yùn)動(dòng)粘度廣泛用于測(cè)定噴氣燃料油、柴油、潤(rùn)滑油等液體石油產(chǎn)品深色石油產(chǎn)品、使用后的潤(rùn)滑油、原油等的粘度,運(yùn)動(dòng)粘度的測(cè)定采用逆流法。
條件
指采用不同的特定粘度計(jì)所測(cè)得的以條件單位表示的粘度,各國(guó)通常用的條件粘度有以下三種:
①恩氏粘度又叫恩格勒(Engler)粘度。是一定量的試樣,在規(guī)定溫度(如:50℃、 80℃、100℃)下,從恩氏粘度計(jì)流出200毫升試樣所需的時(shí)間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時(shí)間(秒)之比。溫度tº時(shí),恩氏粘度用符號(hào)Et表示,恩氏粘度的單位為條件度。
②賽氏粘度,即賽波特(sagbolt)粘度。是一定量的試樣,在規(guī)定溫度(如 100ºF、F210ºF或122ºF等)下從賽氏粘度計(jì)流出200毫升所需的秒數(shù),以“秒”單位。賽氏粘度又分為賽氏通用粘度和賽氏重油粘度(或賽氏弗羅(Furol)粘度)兩種。
③雷氏粘度即雷德烏德(Redwood)粘度。是一定量的試樣,在規(guī)定溫度下,從雷氏度計(jì)流出50毫升所需的秒數(shù),以“秒”為單位。雷氏粘度又分為雷氏1號(hào)(Rt表示)和雷氏2號(hào)(用RAt表示)兩種。
上述三種條件粘度測(cè)定法,在歐美各國(guó)常用,我國(guó)除采用恩氏粘度計(jì)測(cè)定深色潤(rùn)滑油及殘?jiān)屯?,其余兩種粘度計(jì)很少使用。三種條件粘度表示方法和單位各不相同,但它們之間的關(guān)系可通過(guò)圖表進(jìn)行換算。同時(shí)恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度也可換算,這樣就方便靈活得多了。
粘度的測(cè)定有許多方法,如轉(zhuǎn)桶法、落球法、阻尼振動(dòng)法、杯式粘度計(jì)法、毛細(xì)管法等等。對(duì)于粘度較小的流體,如水、乙醇、四氯化碳等,常用毛細(xì)管粘度計(jì)測(cè)量;而對(duì)粘度較大流體,如蓖麻油、變壓器油、機(jī)油、甘油等透明(或半透明)液體,常用落球法測(cè)定;對(duì)于粘度為0.1~100Pa?s范圍的液體,也可用轉(zhuǎn)筒法進(jìn)行測(cè)定。
絕對(duì)粘度編輯 語(yǔ)音
1、動(dòng)力粘度η:在流體中取兩面積各為1m2,相距1m,相對(duì)移動(dòng)速度為1m/s時(shí)所產(chǎn)生的阻力稱為動(dòng)力粘度。單位Pa.s(帕.秒)。過(guò)去使用的動(dòng)力粘度單位為泊或厘泊,泊(poise)或厘泊為非法定計(jì)量單位。 [3] 
1Pa.s=1N.s/m2=10P泊=10³cp=1Kcps
ASTM D445標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用運(yùn)動(dòng)粘度來(lái)計(jì)算動(dòng)力粘度,即η=υ*ρ,式中 η-動(dòng)力粘度,Pa.s;ρ-密度,kg/m3;υ-運(yùn)動(dòng)粘度,m2/s。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T506-82為潤(rùn)滑油低溫動(dòng)力粘度測(cè)定法。該法使用于測(cè)定潤(rùn)滑油和深色石油產(chǎn)品的低溫(0~-60℃)動(dòng)力粘度。在嚴(yán)格控制溫度和不同壓力條件下,測(cè)定一定體積的試樣在已標(biāo)定常數(shù)的毛細(xì)管粘度計(jì)內(nèi)流過(guò)所需的時(shí)間,秒。由試樣在毛細(xì)管流過(guò)的時(shí)間與毛細(xì)管標(biāo)定常數(shù)和平均壓力的乘積,計(jì)算動(dòng)力粘度,單位為Pa.s。該方法重復(fù)測(cè)定兩個(gè)結(jié)果的差數(shù)不應(yīng)超過(guò)其算術(shù)平均值的±5%。
2、運(yùn)動(dòng)粘度υ:流體的動(dòng)力粘度η與同溫度下該流體的密度ρ的比值稱為運(yùn)動(dòng)粘度。它是這種流體在重力作用下流動(dòng)阻力的度量。在國(guó)際單位制(SI)中,運(yùn)動(dòng)粘度的單位是m2/s。過(guò)去通常使用厘斯(cSt)作運(yùn)動(dòng)粘度的單位,它等于10-6m2/s,(即1cSt=1mm2/s)。
運(yùn)動(dòng)粘度通常用毛細(xì)管粘度計(jì)測(cè)定。在嚴(yán)格的溫度和可再現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)壓頭下,測(cè)定一定體積的液體在重力作用下流過(guò)標(biāo)定好的毛細(xì)管粘度計(jì)的時(shí)間,為了測(cè)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)粘度,首先必須控制好被測(cè)流體的溫度,測(cè)溫精度要求達(dá)到0.01℃;其次必須選擇恰當(dāng)?shù)拿?xì)管的尺寸,保證流出時(shí)間不能太長(zhǎng)也不能太短,即粘稠液體用稍粗些的毛細(xì)管,較稀的液體用稍細(xì)的毛細(xì)管,流動(dòng)時(shí)間應(yīng)不小于200秒;須定期標(biāo)定粘度管常數(shù);而且安裝粘度管時(shí)必須保持垂直。運(yùn)動(dòng)粘度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T256-88,相當(dāng)于ASTM D445-96/IP71/75。
比粘度編輯 語(yǔ)音
比粘度是一個(gè)物理學(xué)的概念,在很多方面都能用到 。液體在外力作用下流動(dòng)時(shí),分子間的內(nèi)聚力阻礙分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力,液體的這種性質(zhì)叫做液體的粘性。其特點(diǎn)是:只有在流動(dòng)時(shí)液體才表現(xiàn)出粘性,靜止液體(液體質(zhì)點(diǎn)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的液體)是不呈現(xiàn)粘性的。 [4] 
表示方法有三種:
①絕對(duì)粘度η,其單位(量綱)為帕·秒——Pa-s,1Pa-s=1N-SAIl20
②運(yùn)動(dòng)粘度ν,這是液體的絕對(duì)粘度與其密度的比值。
運(yùn)動(dòng)粘度的單位為m²/s,因該單位太大,故實(shí)際中習(xí)慣用厘斯cSt。
③相對(duì)粘度(條件粘度)。我國(guó)、前蘇聯(lián)、德國(guó)采用的是恩氏粘度E;美國(guó)用賽氏粘度SSU;英國(guó)用雷氏粘度"R(或Re·1)。
其他概念編輯 語(yǔ)音
實(shí)驗(yàn)室測(cè)定粘度的原理一般大都是由斯托克斯公式和泊肅葉公式導(dǎo)出有關(guān)粘滯系數(shù)的表達(dá)式,求得粘滯系數(shù)。 粘度的大小取決于液體的性質(zhì)與溫度,溫度升高,粘度將迅速減小。因此,要測(cè)定粘度,必須準(zhǔn)確地控制溫度的變化才有意義。粘度參數(shù)的測(cè)定,對(duì)于預(yù)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的工藝控制、輸送性以及產(chǎn)品在使用時(shí)的操作性,具有重要的指導(dǎo)價(jià)值,在印刷、醫(yī)藥、石油、汽車(chē)等諸多行業(yè)有著重要的意義。
1845年,英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家斯托克斯(G. G. Stokes, 1819-1903)和法國(guó)的納維(C.L.M.H. Navier)等人分別推導(dǎo)出粘滯流體力學(xué)中最基本的方程組,即納維-斯托克斯方程,奠定了傳統(tǒng)流體力學(xué)的基礎(chǔ)。
1851年,斯托克斯推導(dǎo)出固體球體在粘性介質(zhì)中作緩慢運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力的計(jì)算公式,得出在給定力(重力)的作用下,阻力與流速、粘滯系數(shù)成比例,即關(guān)于阻力的斯托斯公式。
納維-斯托克斯方程是數(shù)學(xué)中最為難解的非線性方程中的一類,尋求它的精確解是非常困難的事。直至今天,大約也只有70多個(gè)精確解,只有大約一百多個(gè)特解被解出來(lái),是最復(fù)雜的、尚未被解決的數(shù)學(xué)難題之一。有旋轉(zhuǎn)的、毛細(xì)管、量杯型的、落球式。
粘度度量方法:絕對(duì)粘度和相對(duì)粘度。絕對(duì)粘度分為動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度兩種,相對(duì)粘度有恩氏粘度、賽氏粘度和雷氏粘度等幾種表示方法。實(shí)際在使用中比較常用為動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度兩種。動(dòng)力粘度為旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)代表,運(yùn)動(dòng)粘度為毛細(xì)管法為代表。動(dòng)力粘度的單位:帕斯卡秒(Pa·s),運(yùn)動(dòng)粘度的單位是m2/s。

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