вязкость топлива в чем измеряется
Стокс (единица измерения)
Стокс — единица кинематической вязкости, входящая в систему единиц СГС. Названа в честь Дж. Г. Стокса.
Международное обозначение — St. Для обозначения в русском языке используется — Ст.
Один стокс равен кинематической вязкости, при которой динамическая вязкость среды плотностью 1 г/см³ равна 1 пз. Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости к плотности среды и дает понятие о вязкости среды в определенных условиях — под действием силы тяжести. Это связано с методом измерения вязкости в капиллярном вискозиметре, когда измеряется время вытекания жидкости из калиброванной емкости через отверстие под действием силы тяжести.
В системе СИ единицей измерения вязкости служит м²/с: 1 Ст = см²/с = 10 −4 м²/с. На практике часто применяется в 100 раз меньшая единица — сантистокс (сСт, cSt): 1 сСт = 1 мм²/с = 10 −6 м²/с
Примерные вязкости некоторых веществ
| Вещество | Вязкость, сСт | |
|---|---|---|
| Вода | 1,011 | |
| Мазут топочный М-100 | при 80 °C | 118 |
| при 100 °C | 50 | |
| Дизельное топливо при 20 °C | 3—6 | |
| Печное топливо при 20 °C | Ссылки | |
Полезное
Смотреть что такое «Стокс (единица измерения)» в других словарях:
Стокс, Джордж Габриель — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Стокс. Джордж Габриель Стокс англ. George Gabriel Stokes … Википедия
Стокс, Джордж Габриель — СТОКС Джордж Габриель (1819 1903) английский физик, математик, гидромеханик, профессор (1849). Окончил Кембриджский университет. В 1854 1855 гг. секретарь Лондонского Королевского общества, в 1885 1890 гг. его президент. В 1887 1892 гг. член… … Морской биографический словарь
Градус Энглера — Градус Энглера, градус ВУ внесистемная единица условной вязкости (ВУ) жидкостей, применяемая в технике, особенно в нефтяной и химической промышленности и названная по имени немецкого химика К. О. Энглера. Число градусов Энглера… … Википедия
Закон Дарси — Механика сплошных сред … Википедия
Беспорядочное течение — Механика сплошных сред Сплошная среда Классическая механика Закон сохранения массы · Закон сохранения импульса … Википедия
Турбулентный поток — Механика сплошных сред Сплошная среда Классическая механика Закон сохранения массы · Закон сохранения импульса … Википедия
Турбуленция — Механика сплошных сред Сплошная среда Классическая механика Закон сохранения массы · Закон сохранения импульса … Википедия
Турбулентное течение — Механика сплошных сред Сплошная среда Классическая механика Закон сохранения массы · Закон сохранения импульса … Википедия
Едини́цы физи́ческих величи́н — конкретные физические величины, условно принятые за единицы физических величин. Под физической величиной понимают характеристику физического объекта, общую для множества объектов в качественном отношении (например, длина, масса, мощность) и… … Медицинская энциклопедия
Вязкость — У этого термина существуют и другие значения, см. Вязкость (значения). Эта статья нуждается в дополнительных источниках для улучшения проверяемости. Вы можете помочь … Википедия
ХИМИЯ НЕФТИ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Понятие вязкости
Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства котельных и дизельных топлив, нефтяных масел, ряда других нефтепродуктов. По значению вязкости судят о возможности распыления и прокачиваемости нефти и нефтепродуктов.
Различают динамическую, кинематическую, условную и эффективную (структурную) вязкость.
Переводные множители для расчета динамической [μ] вязкости.
Переводные множители для расчета кинематической [ν] вязкости.
Условная вязкость измеряется в градусах ВУ (°ВУ) (если испытание проводится в стандартном вискозиметре по ГОСТ 6258-85), секундах Сейболта и секундах Редвуда (если испытание проводится на вискозиметрах Сейболта и Редвуда).
Перевести вязкость из одной системы в другую можно при помощи номограммы.
В нефтяных дисперсных системах в определенных условиях в отличие от ньютоновских жидкостей вязкость является переменной величиной, зависящей от градиента скорости сдвига. В этих случаях нефти и нефтепродукты характеризуются эффективной или структурной вязкостью:
Кинематическая вязкость определяется для относительно маловязких светлых нефтепродуктов и масел с помощью капиллярных вискозиметров, действие которых основано на текучести жидкости через капилляр по ГОСТ 33-2000 и ГОСТ 1929-87 (вискозиметр типа ВПЖ, Пинкевича и др.).
Для вязких нефтепродуктов измеряется условная вязкость в вискозиметрах типа ВУ, Энглера и др. Истечение жидкости в этих вискозиметрах происходит через калиброванное отверстие по ГОСТ 6258-85.
Между величинами условной °ВУ и кинематической вязкости существует эмпирическая зависимость:
Вязкость наиболее вязких, структурированных нефтепродуктов определяется на ротационном вискозиметре по ГОСТ 1929-87. Метод основан на измерении усилия, необходимого для вращения внутреннего цилиндра относительно наружного при заполнении пространства между ними испытуемой жидкостью при температуре t.
Кроме стандартных методов определения вязкости иногда в исследовательских работах используются нестандартные методы, основанные на измерении вязкости по времени падения калибровочного шарика между метками или по времени затухания колебаний твердого тела в испытуемой жидкости (вискозиметры Гепплера, Гурвича и др.).
Во всех описанных стандартных методах вязкость определяют при строго постоянной температуре, поскольку с ее изменением вязкость существенно меняется.
Зависимость вязкости от температуры
Зависимость вязкости нефтепродуктов от температуры является очень важной характеристикой как в технологии переработки нефти (перекачка, теплообмен, отстой и т. д.), так и при применении товарных нефтепродуктов (слив, перекачка, фильтрование, смазка трущихся поверхностей и т. д.).
С понижением температуры вязкость их возрастает. На рисунке приведены кривые изменения вязкости в зависимости от температуры для различных смазочных масел.
Общим для всех образцов масел является наличие областей температур, в которых наступает резкое повышение вязкости.
Существует много различных формул для расчета вязкости в зависимости от температуры, но наиболее употребляемой является эмпирическая формула Вальтера:
Дважды логарифмируя это выражение, получаем:
По номограмме можно найти вязкость нефтепродукта при любой заданной температуре, если известна его вязкость при двух других температурах. В этом случае значение известных вязкостей соединяют прямой и продолжают ее до пересечения с линией температуры. Точка пересечения с ней отвечает искомой вязкости. Номограмма пригодна для определения вязкости всех видов жидких нефтепродуктов.
Существуют различные методы определения индекса вязкости (ИВ).
Для всех масел с ν100 2 /с вязкости (ν, ν1 и ν3) определяют по таблице ГОСТ 25371-97 на основе ν40 и ν100 данного масла. Если масло более вязкое (ν100 > 70 мм 2 /с), то величины, входящие в формулу, определяют по специальным формулам, приведенным в стандарте.
Значительно проще определять индекс вязкости по номограммам.
Многими исследователями было подмечено, что плотность и вязкость смазочных масел до некоторой степени отражают их углеводородный состав. Был предложен соответствующий показатель, связывающий плотность и вязкость масел и названный вязкостно-массовой константой (ВМК). Вязкостно-массовая константа может быть вычислена по формуле Ю. А. Пинкевича:
В области низких температур смазочные масла приобретают структуру, которая характеризуется пределом текучести, пластичности, тиксотропностью или аномалией вязкости, свойственными дисперсным системам. Результаты определения вязкости таких масел зависят от их предварительного механического перемешивания, а также от скорости истечения или от обоих факторов одновременно. Структурированные масла, так же как и другие структурированные нефтяные системы, не подчиняются закону течения ньютоновских жидкостей, согласно которому изменение вязкости должно зависеть только от температуры.
Зависимость вязкости от давления
Вязкость жидкостей, в том числе и нефтепродуктов, зависит от внешнего давления. Изменение вязкости масел с повышением давления имеет большое практическое значение, так как в некоторых узлах трения могут возникать высокие давления.
Зависимость вязкости от давления для некоторых масел иллюстрируется кривыми, вязкость масел с повышением давления изменяется по параболе. При давлении Р она может быть выражена формулой:
В нефтяных маслах меньше всего с повышением давления изменяется вязкость парафиновых углеводородов и несколько больше нафтеновых и ароматических. Вязкость высоковязких нефтепродуктов с увеличением давления повышается больше, чем вязкость маловязких. Чем выше температура, тем меньше изменяется вязкость с повышением давления.
Для определения вязкости нефтепродуктов при высоком давлении Д.Э.Мапстон предложил формулу:
На основе этого уравнения Д.Э.Мапстоном разработана номограмма, при пользовании которой известные величины, например ν0 и Р, соединяют прямой линией и отсчет получают на третьей шкале.
Вязкость смесей
Вязкость газов и нефтяных паров
Вязкость углеводородных газов и нефтяных паров подчиняется иным, чем для жидкостей, закономерностям. С повышением температуры вязкость газов возрастает. Эта закономерность удовлетворительно описывается формулой Сазерленда:
Для приближенных расчетов принимаем, что С = 1,22·Ткип. Более точные значения С и m.
Для расчета вязкости индивидуальных углеводородных газов применяется формула:
Вязкость газов, нефтяных паров можно определить по графическим зависимостям:
Вязкость природных газов известной молекулярной массы или относительной плотности (по воздуху) при атмосферном давлении и заданной температуре может быть определена по кривым, представленным на рисунке.
Как видно из рисунка, с повышением относительной плотности и понижением температуры вязкость газа уменьшается.
Вязкость газов мало зависит от давления в области до 5-6 МПа. При более высоких давлениях она растет и при давлении около 100 МПа увеличивается в 2-3 раза по сравнению с вязкостью при атмосферном давлении. Для определения вязкости при повышенных давлениях пользуются эмпирическими графиками.
Определение вязкости топлива
Вязкость – внутреннее трение, возникающее при взаимном перемещении слоёв жидкости.
Различают абсолютную вязкость и условную вязкость. Абсолютная вязкость подразделяется на динамическую и кинематическую.
Вязкость топлива оценивается коэффициентом кинематической вязкости, который показывает величину внутреннего трения частиц жидкости, возникающего при их взаимном перемещении и определяется с помощью U-образных вискозиметров по формуле:
(3)
где 
– постоянная вискозиметра;
– время истечения жидкости через капилляр.
Кинематическая вязкость равна отношению коэффициента динамической вязкости к плотности вещества
Динамическую вязкость (μ) измеряют в (Па·с) или пуазах (П);1П=0,1Па·с.
За условную вязкость принимают отношение времени истечения 200 мл испытуемой жидкости при температуре t ( 0 С) из вискозиметра типа ВУ ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при 20 0 С. Численное значение этого отношения характеризует условную вязкость (в условных градусах) данной жидкости при температуре t ( 0 С).
Для перехода от условной вязкости к кинематической применяют формулу:
(5)
Вязкость топлива в общем случае не связана с его качеством. Выбор сорта топлива только по вязкости может быть ошибочным, потому что более тяжелое топлива может иметь лучшее качество. Наиболее широко используемыми сортами в зарубежной практике являются топлива IFO-180 и IFO-380. Они отвечают требованиям стандарта ISO 3217:1987, соответствующим классам RME 25 и RMG 35.
Наиболее экономичным топливом для применения в СЭУ является сорт с наивысшей вязкостью, который может храниться, перекачиваться и обрабатываться в судовой системе топливоподготовки.
В зависимости от места бункеровки, вязкость топлива в его сертификате может указываться в различных единицах измерения.
Вязкость топлива указывается при температурах 15,5; 20; 50 или 80 0 С. Для решения задач топливоподготовки в судовых условиях следует определять вязкость топлива при различных температурах. Для этого используют номограмму, выражающую зависимость вязкости топлива от его температуры (рис. 1.3). Порядок использования этой номограммы показан на рис.1.2 и сводится к следующему.
1. Для определения вязкости топлива определенного сорта при заданной температуре необходимо провести вертикальную линию через отметку температуры (точка 1) до пересечения с линией, показывающей зависимость вязкости данного топлива от температуры (точка А). Горизонтальная прямая, проведенная из точки А до пересечения с осью (точка 2), показывает искомую вязкость.
При необходимости, полученную вязкость, выраженную в сСт, можно выразить в других единицах измерения. Такой перевод производится с использованием табл. 1.3.
При более высоких значениях кинематической вязкости перевод вязкости из одних единиц в другие осуществляется по формулам:
2. Если требуется определить вязкость топлива, не отмеченного на номограмме, следует вначале построить зависимость его вязкости от температуры. Для этого следует нанести на номограмму точку В, соответствующую вязкости, указанной в сертификате на топливо при температуре 20; 50 или 80 0 С. Затем через точку В необходимо провести прямую 4, параллельную имеющимся, показывающую зависимость вязкости искомого топлива от температуры. Определение вязкости этого топлива при произвольной температуре производится аналогично рассмотренному выше.
3. Используя номограмму зависимости вязкости топлива от температуры, можно устанавливать соответствие отечественных сортов топлив зарубежным. Для этого следует провести через отметку температуры 50 0 С вертикальную линию до пересечения с линией рассматриваемого топлива (точка С). Горизонтальная прямая, проведенная из полученной точки до пересечения с осью ординат, покажет вязкость рассматриваемого нефтепродукта в сСт (точка 5). Вязкость остаточных топлив зарубежного происхождения при температуре 50 0 С указана в их обозначения. Например, обозначение IFO-180 соответствует остаточному топливу (промежуточному мазуту) вязкостью 180сСт при температуре 50 0 С.
Вязкость нефти и нефтепродуктов: расчёт нефтяной характеристики
Что такое сырая нефть?
Сырая нефть – это природная смесь углеводородов, находящихся под землей. Она может варьироваться в диапазоне от высоковязкой жидкости до густого смолянистого вещества. Цвет сырой нефти также может варьироваться от светло-желтого до темно-коричневого или черного. Это вещество является одним из наиболее широко используемых источников топлива во всем мире, и нефть, а также производные нефти торгуются во всем мире на нефтяных рынках. Этот источник топлива должен быть переработан, прежде чем его можно будет использовать, и после его переработки образуются различные категории нефтепродуктов.
Типы классификаций
Существует множество классификаций нефтей, применяющихся для оценки свойств нефти в зависимости от страны. Вот основные из них:
Вязкость, как физическая величина
Вязкость, или внутренне трение, — это свойство текучих тел оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой. Главным образом вязкость зависит от химического строения, молекулярной массы вещества, а также от условий ее определения.
Согласно общему закону внутреннего трения Ньютона, сила внутреннего трения жидкости (f) зависти от:
Коэффициент пропорциональности η, присутствующий в формуле, и зависящий от молекулярных сил сцепления жидкости, получил название коэффициент внутреннего трения, или динамическая вязкость.
| Анилин | 20 | 4,3 |
| Бензин | 15 | 0,65 |
| Бензол | 20 | 0,07 |
| Глицерин 50% водный раствор | 20 | 6 |
| Глицерин 86% водный раствор | 20 | 105 |
| Глицерин безводный | 20 | 870 |
| Керосин | 15 | 2,7 |
| Нефть легкая | 18 | 25 |
| Нефть тяжелая | 18 | 140 |
| Скипидар | 16 | 1,83 |
| Спирт этиловый | 20 | 2,54 |
| Дизельное топливо (ГОСТ 305-82) | 20 | 18 — 60 |
| Масло авиационное МС, МК (ГОСТ 21743-76) | 100 | 14 – 22 |
| Масло веретенное АУ (ГОСТ 1642-75) | 20 | 49 |
| Масло индустриальное (ГОСТ 20799-75): | — | — |
| И-5А | 50 | 4 |
| И-8А | 50 | 7 |
| И-12А | 50 | 12 |
| И-25А | 50 | 25 |
| И-30А | 50 | 30 |
| И-40А | 50 | 40 |
| И-70А | 50 | 70 |
| И-100А | 50 | 100 |
| Касторовое масло | 20 | 1002 |
| Турбинное масло (ГОСТ 32-74, ГОСТ 9972-74): | — | — |
| ТП-30 | 50 | 30 |
| ТП-46 | 50 | 46 |
Различные типы вязкости
Чаще всего в лабораториях измеряют и рассчитывают динамическую и кинематическую вязкость нефтепродуктов.
Исследование должно проводиться по стандарту: это ГОСТ вязкости нефтепродуктов − 33-2000.
Если вязкость нефтепродукта нельзя определить по ГОСТ-33, применяется ГОСТ 6258-85 и исследуется условная вязкость нефтепродуктов. Ее записывают в градусах условной вязкости. Методика очень простая: сначала измеряется за какое время проба вещества в 200 мл истечет из вискозиметра при заданной температуре. Потом исследуется время истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 °С. Отношение первое полученной величины ко второй и является условной вязкостью.
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:
Условная вязкость
Этот параметр (обозначение ВУ) получают путем деления промежутка времени, за который истекает определенный объем жидкого образца, на период времени, за который истекает такой же объем стандартной жидкости. Время истекания измеряется в вертикальной трубе заранее определенной длины и диаметра. Условия для обеих жидкостей должны быть абсолютно одинаковы.
По Государственному стандарту номер 6258 – 85 для измерения этой величины используют 200 кубических сантиметров исследуемой жидкости и такое же количество дистиллированной воды. Прибор, которым проводятся измерения, называется вискозиметр. Измерения проводят при температуре 20 градусов Цельсия. Единица измерения – градус Энглера (обозначение – градус ВУ или °E).
Относительная вязкость
Эта величина представляет собой отношение коэффициента динамической вязкости исследуемого жидкого вещества (обозначение μ) к такому же коэффициенту, характерному для чистого растворителя (обозначение μ), измеренным при одинаковых условиях:
В Соединенных Штатах Америки эту физическую характеристику зачастую измеряют в так называемых УСС (универсальная секунда Сейболта, SUS либо SSU).
Измерения проводятся также специальным вискозиметром с отверстием определенного калибра. Через это отверстие пропускают 60 кубических сантиметров образца исследуемого вещества либо при температуре 100 градусов по Фаренгейту (37,8 градуса Цельсия), либо при температуре 210 градусов по Фаренгейту (98,9 градуса Цельсия), после чего засекают время истечения исследуемого образца.
Для веществ с высоким уровнем этого параметра (например. мазутов и котельного топлива) в США применяется специальный вискозиметр Сейболта FUROL. Единицей таких измерений является секунда Сейболта FUROL, обозначаемая как SSF.
Динамическая вязкость
Эту величину рассчитывают по так называемой формуле Пуазейля:
η = ((π * Р * r4) / 8 * v * L)) * t
Расшифруем незнакомые обозначения:
P – это давление, под которым происходит движение жидкого вещества;
L – длина капилляра, по которому протекает жидкость;
r – диаметр этого капилляра;
t – время, за которое это протекание происходит.
Измеряется эта величина в Па/с(паскаль-секунда, система СИ) или в пз (пуазах, система СГС).
Связь динамической и кинематической вязкости
Вязкость жидкости определяет способность жидкости сопротивляться сдвигу при ее движении, а точнее сдвигу слоев относительно друг друга. Поэтому на производствах, где требуется перекачка различных сред, важно точно знать вязкость перекачиваемого продукта и правильно подбирать насосное оборудование.
В технике встречаются два вида вязкости.
Перевод кинематической вязкости в динамическую производят с помощью формулы, указанной ниже, через плотность при заданной температуре:
v – кинематическая вязкость,
n – динамическая вязкость,
Таким образом, зная ту или иную вязкость и плотность жидкости можно выполнить пересчет одного вида вязкости в другой по указанной формуле или через конвертер выше.
Измерение вязкости
Понятия для этих двух типов вязкости присуще только жидкостям в связи с особенностями способов измерения.
Измерение кинематической вязкости используют метод истечения жидкости через капилляр (например используя прибор Уббелоде). Измерение динамической вязкости происходит через измерение сопротивление движения тела в жидкости (например сопротивление вращению погруженного в жидкость цилиндра).
От чего зависит значение величины вязкости?
Вязкость жидкости зависит в значительной мере от температуры. С увеличением температуры вещество становится более текучим, то есть менее вязким. Причем изменение вязкости, как правило, происходит достаточно резко, то есть нелинейно.
Поскольку расстояние между молекулами жидкого вещества намного меньше, чем у газов, у жидкостей уменьшается внутреннее взаимодействие молекул из-за снижения межмолекулярных связей.
Кстати, прочтите эту статью тоже: Твердые горючие ископаемые
Форма молекул и их размер, а также взаимоположение и взаимодействие могут определять вязкость жидкости. Также влияет их химическая структура.
Например, для органических соединений вязкость возрастает при наличии полярных циклов и групп.
Для насыщенных углеводородов – рост происходит при “утяжелении” молекулы вещества.
Факторы, влияющие на вязкость нефти
В зависимости от этапа работы с нефтью, то есть от процесса добычи до транспортировки, переработки и доставки нефтепродуктов конечному потребителю, вязкость может значительно меняться, что должно быть учтено при разработке систем транспортировки и хранения.
В общем случае на вязкость нефти влияет:
Плотность нефти также влияет на коэффициент вязкости, чем она выше, тем выше вязкость продукта. Принята такая условная классификация нефти по вязкости:
При этом вязкость продукта может меняться на разных стадиях ее добычи, транспортировки и переработки, поэтому это также должно быть учтено при разработке систем транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов.
Зависимость вязкости от температуры
Зависимость вязкости нефтепродуктов от температуры является очень важной характеристикой как в технологии переработки нефти (перекачка, теплообмен, отстой и т. д.), так и при применении товарных нефтепродуктов (слив, перекачка, фильтрование, смазка трущихся поверхностей и т. д.).
С понижением температуры вязкость их возрастает. На рисунке приведены кривые изменения вязкости в зависимости от температуры для различных смазочных масел.
Общим для всех образцов масел является наличие областей температур, в которых наступает резкое повышение вязкости.
Существует много различных формул для расчета вязкости в зависимости от температуры, но наиболее употребляемой является эмпирическая формула Вальтера:
Дважды логарифмируя это выражение, получаем:
По данному уравнению Е. Г. Семенидо была составлена номограмма на оси абсцисс которой для удобства пользования отложена температура, а на оси ординат — вязкость.
По номограмме можно найти вязкость нефтепродукта при любой заданной температуре, если известна его вязкость при двух других температурах. В этом случае значение известных вязкостей соединяют прямой и продолжают ее до пересечения с линией температуры. Точка пересечения с ней отвечает искомой вязкости. Номограмма пригодна для определения вязкости всех видов жидких нефтепродуктов.
Для нефтяных смазочных масел очень важно при эксплуатации, чтобы вязкость как можно меньше зависела от температуры, поскольку это обеспечивает хорошие смазывающие свойства масла в широком интервале температур, т. е. в соответствии с формулой Вальтера это означает, что для смазочных масел, чем ниже коэффициент В, тем выше качество масла.
Это свойство масел называется индексом вязкости, который является функцией химического состава масла. Для различных углеводородов по-разному меняется вязкость от температуры. Наиболее крутая зависимость (большая величина В) для ароматических углеводородов, а наименьшая — для алканов. Нафтеновые углеводороды в этом отношении близки к алканам.
Для всех масел с ν100 70 мм2/с), то величины, входящие в формулу, определяют по специальным формулам, приведенным в стандарте.
Значительно проще определять индекс вязкости по номограммам.
Еще более удобная номограмма для нахождения индекса вязкости разработана Г. В. Виноградовым. Определение ИВ сводится к соединению прямыми линиями известных величин вязкости при двух температурах. Точка пересечения этих линий соответствует искомому индексу вязкости.
Индекс вязкости — общепринятая величина, входящая в стандарты на масла во всех странах мира. Недостатком показателя индекса вязкости является то, что он характеризует поведение масла лишь в интервале температур от 37,8 до 98,8°С.
Многими исследователями было подмечено, что плотность и вязкость смазочных масел до некоторой степени отражают их углеводородный состав. Был предложен соответствующий показатель, связывающий плотность и вязкость масел и названный вязкостно-массовой константой (ВМК). Вязкостно-массовая константа может быть вычислена по формуле Ю. А. Пинкевича:
В зависимости от химического состава масла ВМК его может быть от 0,75 до 0,90, причем, чем выше ВМК масла, тем ниже его индекс вязкости.
В области низких температур смазочные масла приобретают структуру, которая характеризуется пределом текучести, пластичности, тиксотропностью или аномалией вязкости, свойственными дисперсным системам.
Результаты определения вязкости таких масел зависят от их предварительного механического перемешивания, а также от скорости истечения или от обоих факторов одновременно.
Структурированные масла, так же как и другие структурированные нефтяные системы, не подчиняются закону течения ньютоновских жидкостей, согласно которому изменение вязкости должно зависеть только от температуры.
Масло с неразрушенной структурой имеет значительно большую вязкость, чем после ее разрушения. Если понизить вязкость такого масла путем разрушения структуры, то в спокойном состоянии эта структура восстановится и вязкость примет первоначальное значение. Способность системы самопроизвольно восстанавливать свою структуру называется тиксотропией.
С увеличением скорости течения, точнее градиента скорости (участок кривой 1), структура разрушается, в связи с чем вязкость вещества снижается и доходит до определенного минимума.
Этот минимум вязкости сохраняется на одном уровне и при последующем возрастании градиента скорости (участок 2) до появления турбулентного потока, после чего вязкость вновь нарастает (участок 3).
Зависимость вязкости от давления
Вязкость жидкостей, в том числе и нефтепродуктов, зависит от внешнего давления. Изменение вязкости масел с повышением давления имеет большое практическое значение, так как в некоторых узлах трения могут возникать высокие давления.
Зависимость вязкости от давления для некоторых масел иллюстрируется кривыми, вязкость масел с повышением давления изменяется по параболе. При давлении Р она может быть выражена формулой:
В нефтяных маслах меньше всего с повышением давления изменяется вязкость парафиновых углеводородов и несколько больше нафтеновых и ароматических. Вязкость высоковязких нефтепродуктов с увеличением давления повышается больше, чем вязкость маловязких. Чем выше температура, тем меньше изменяется вязкость с повышением давления.
При давлениях порядка 500 — 1000 МПа вязкость масел возрастает настолько, что они теряют свойства жидкости и превращаются в пластичную массу.
Для определения вязкости нефтепродуктов при высоком давлении Д.Э.Мапстон предложил формулу:
На основе этого уравнения Д.Э.Мапстоном разработана номограмма, при пользовании которой известные величины, например ν0 и Р, соединяют прямой линией и отсчет получают на третьей шкале.
Вязкость смесей
При компаундировании масел часто приходится определять вязкость смесей. Как показали опыты, аддитивность свойств проявляется лишь в смесях двух весьма близких по вязкости компонентов.
При большой разности вязкостей смешиваемых нефтепродуктов, как правило, вязкость меньше, чем вычисленная по правилу смешения.
Приближенно вязкость смеси масел можно рассчитать, если заменить вязкости компонентов их обратной величиной — подвижностью (текучестью) ψсм:
Для определения вязкости смесей можно также пользоваться различными номограммами. Наибольшее применение нашли номограмма ASTM и вискозиграмма Молина-Гурвича. Номограмма ASTM базируется на формуле Вальтера.
Номограмма Молина-Гуревича составлена на основании экспериментально найденных вязкостей смеси масел А и В, из которых А обладает вязкостью °ВУ20 = 1,5, а В — вязкостью °ВУ20 = 60. Оба масла смешивались в разных соотношениях от 0 до 100% (об.
), и вязкость смесей устанавливалась экспериментально. На номограмме нанесены значения вязкости в уел. ед. и в мм2/с.
Вязкость газов и нефтяных паров
Вязкость углеводородных газов и нефтяных паров подчиняется иным, чем для жидкостей, закономерностям. С повышением температуры вязкость газов возрастает. Эта закономерность удовлетворительно описывается формулой Сазерленда или Фроста
Для приближенных расчетов принимаем, что С = 1,22·Ткип. Более точные значения С и m.
Вязкость природных газов известной молекулярной массы или относительной плотности (по воздуху) при атмосферном давлении и заданной температуре может быть определена по кривым, представленным на рисунке.
Как видно из рисунка, с повышением относительной плотности и понижением температуры вязкость газа уменьшается.
Вязкость газов мало зависит от давления в области до 5-6 МПа. При более высоких давлениях она растет и при давлении около 100 МПа увеличивается в 2-3 раза по сравнению с вязкостью при атмосферном давлении. Для определения вязкости при повышенных давлениях пользуются эмпирическими графиками.