Вязкость жидкости
—
Вязкость жидкости – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление касательным усилиям (внутреннему трению) в потоке. Вязкость жидкости не может быть обнаружена при покое жидкости, так как она проявляется только при её движении. Для правильной оценки таких гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкости, необходимо прежде всего установить законы внутреннего трения жидкости и составить ясное представление о механизме самого движения.
Содержание статьи
- Физический смысл вязкости
- Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная
- Коэффициент вязкости жидкости
- Методы измерения вязкости. Метод Стокса
- Видео о вязкости
Для понятия физической сущности такого понятия как вязкость жидкости рассмотрим пример. Пусть есть две параллельные пластинки А и В. В пространство между ними заключена жидкость: нижняя пластинка неподвижна, а верхняя пластинка движется с некоторой постоянной скоростью υ
Как при этом показывает опыт, слои жидкости, непосредственно прилегающие к пластинкам (так называемые прилипшие слои), будут иметь одинаковые с ним скорости, т.
е. слой, прилегающий к нижней пластинке А, будет находиться в покое, а слой, примыкающий к верхней пластинке В, будет двигаться со скоростью υ1.
Промежуточные слои жидкости будут скользить друг по другу, причем их скорости будут пропорциональны расстояниям от нижней пластинки.
Ещё Ньютоном было высказано предположение, которое вскоре подтвердилось опытом, что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприкосновения слоев и скорости скольжения. Если взять площадь соприкосновения равной единице, это положение можно записать в виде
где τ – сила сопротивления, отнесенная к единице площади, или напряжение трения
μ – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода жидкости и называемый коэффициентом абсолютной вязкости или просто абсолютной вязкостью жидкости.
Величину dυ/dy – изменение скорости в направлении, нормальном к направлению самой скорости, называют скоростью скольжения.
Таким образом вязкость жидкости – это физическое свойство жидкости, характеризующее их сопротивление скольжению или сдвигу
Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная
Теперь определимся с различными понятиям вязкости:
Динамическая вязкость.
Единицей измерения этой вязкости является паскаль в секунду (Па*с). Физический смысл состоит в снижении давления в единицу времени. Динамическая вязкость характеризует сопротивление жидкости (или газа) смещению одного слоя относительно другого.
Динамическая вязкость зависит от температуры. Она уменьшается при повышении температуры и увеличивается при повышении давления.
Кинематическая вязкость. Единицей измерения является Стокс. Кинематическая вязкость получается как отношение динамической вязкости к плотности конкретного вещества.
Определение кинематической вязкости производится в классическом случае измерением времени вытекания определенного объема жидкости через калиброванное отверстие при воздействии силы тяжести
Абсолютная вязкость получается при умножении кинематической вязкости на плотность. В международной системе единиц абсолютная вязкость измеряется в Н*с/м2 – эту единицу называют Пуазейлем.
Коэффициент вязкости жидкости
В гидравлике часто используют величину, получаемую в результате деления абсолютной вязкости на плотность.
ν = μ / ρ,
где ρ – плотность жидкости.
Единицей измерения кинематической вязкости жидкости в международной и технической системах единиц служит величина м2/с.
В физической системе единиц кинематическая вязкость имеет единицу измерения см2/с и называется Стоксом(Ст).
Вязкость некоторых жидкостей
| Жидкость | t, °С | ν, Ст |
| Вода | 0 | 0,0178 |
| Вода | 20 | 0,0101 |
| Вода | 100 | 0,0028 |
| Бензин | 18 | 0,0065 |
| Спирт винный | 18 | 0,0133 |
| Керосин | 18 | 0,0250 |
| Глицерин | 20 | 8,7 |
| Ртуть | 0 | 0,00125 |
Величину, обратную коэффициенту абсолютной вязкости жидкости, называют текучестью
ξ = 1/μ
Как показывают многочисленные эксперименты и наблюдения, вязкость жидкости уменьшается с увеличением температуры.
Для различных жидкостей зависимость вязкости от температуры получается различной.
Поэтому, при практических расчетах к выбору значения коэффициента вязкости следует подходить очень осторожно. В каждом отдельном случае целесообразно брать за основу специальные лабораторные исследования.
Вязкость жидкостей, как установлено из опытов, зависит так же и от давления. Вязкость возрастает при увеличении давления. Исключение в этом случае является вода, для которой при температуре до 32 градусов Цельсия с увеличением давления вязкость уменьшается.
Что касается газов, то зависимость вязкости от давления, так же как и от температуры, очень существенна. С увеличением давления кинематическая вязкость газов уменьшается, а с увеличением температуры, наоборот, увеличивается.
Методы измерения вязкости. Метод Стокса.
Область, посвященная измерению вязкости жидкости, называется вискозиметрия, а прибор для измерения вязкости называется вискозиметр.
Современные вискозиметры изготавливаются из прочных материалов, а при их производстве используются самые современные технологии, для обеспечение работы с высокой температурой и давлением без вреда для оборудования.
Существует следующие методы определения вязкости жидкости.
Капиллярный метод.
Сущность этого метода заключается в использовании сообщающихся сосудов. Два сосуда соединяются стеклянной трубкой известного диаметра и длины. Жидкость помещается в стеклянный канал и за определенный промежуток времени перетекает из одного сосуда в другой. Далее зная давление в первом сосуде и воспользовавшись для расчетов формулой Пуазейля определяется коэффициент вязкости.
Метод по Гессе.
Этот метод несколько сложнее предыдущего. Для его выполнения необходимо иметь две идентичные капиллярные установки. В первую помещают среду с заранее известным значением внутреннего трения, а во вторую – исследуемую жидкость. Затем замеряют время по первому методу на каждой из установок и составляя пропорцию между опытами находят интересующую вязкость.
Ротационный метод.
Для выполнения этого метода необходимо иметь конструкцию из двух цилиндров, причем один из них должен быть расположен внутри другого.
В промежуток между сосудами помещают исследуемую жидкость, а затем придают скорость внутреннему цилиндру.
Жидкость вращается вместе с цилиндром со своей угловой скоростью. Разница в силе момента цилиндра и жидкости позволяет определить вязкость последней.
Метод Стокса
Для выполнения этого опыта потребуется вискозиметр Гепплера, который представляет из себя цилиндр, заполненный жидкостью.
Вначале делаются две пометки по высоте цилиндра и замеряют расстояние между ними. Затем шарик определенного радиуса помещается в жидкость. Шарик начинает погружаться в жидкость и проходит расстояние от одной метки до другой. Это время фиксируется. Определив скорость движения шарика затем вычисляют вязкость жидкости.
Видео по теме вязкости
Определение вязкости играет большую роль в промышленности, поскольку определяет конструкцию оборудования для различных сред. Например, оборудование для добычи, переработки и транспортировки нефти.
Вместе со статьей «Вязкость жидкости» читают:
Вязкость воды: таблицы при различных температурах
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 м2/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
Значения коэффициента кинематической вязкости при различных температурах необходимы для вычисления величины числа Рейнольдса, которое соответствует определенному режиму течения жидкости или газа.
| t, °С | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ν·106, м2/с | 1,789 | 1,006 | 0,659 | 0,478 | 0,365 | 0,295 | 0,252 | 0,217 |
| t, °С | 160 | 180 | 200 | 220 | 240 | 260 | 280 | 300 |
| ν·106, м2/с | 0,191 | 0,173 | 0,158 | 0,148 | 0,141 | 0,135 | 0,131 | 0,128 |
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.
| t, °С | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| μ·106, Па·с | 1788 | 1004 | 653,3 | 469,9 | 355,1 | 282,5 | 237,4 | 201,1 |
| t, °С | 160 | 180 | 200 | 220 | 240 | 260 | 280 | 300 |
| μ·106 | 173,6 | 153,0 | 136,4 | 124,6 | 114,8 | 105,9 | 98,1 | 91,2 |
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.
Источник:
Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
Кинематическая/динамическая вязкость – определение, примеры
- Вики
- Динамическая вязкость
Динамическая вязкость η (η = «эта») является мерой вязкости жидкости (флюид: жидкость, текучее вещество).
Чем выше вязкость, тем гуще (менее жидкая) жидкость; чем ниже вязкость, тем он тоньше (жидкее).
Единица динамической вязкости в системе СИ: [η] = Паскаль-секунда (Па*с) = Н*с/м² = кг/м*с
Факторы, влияющие на динамическую вязкость
Динамическая вязкость η зависит от вещества и его температуры и выражается в паскалях-секундах.
- Динамическая вязкость η очень быстро падает для жидкостей при повышении их температуры.
- Динамическая вязкость η увеличивается для газов с повышением температуры.
Связь между динамической и кинематической вязкостью v
Кинематическая вязкость ν (ν = «nu») представляет собой динамическую вязкость среды η, деленную на ее плотность ρ.
Уравнение: ν = η / ρ
Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ: [ν] = м²/с
Другие единицы измерения кинематической вязкости . Они не соответствуют системе единиц СИ (SI — это аббревиатура французской Système international d’unités):
Преобразование:
1 Стокс (St) = 10 -4 м²/с = 1 см²/с
1 сСт = 10 -6 м²/с = 1 мм²/*-с
Примеры кинематической и динамической вязкости
Пример таблицы значений вязкости для кинематической и динамической вязкость
| жидкости | η / мПа*с при 20°C | η / мПа*с при 0°C | ν / мм²/с при 20°C |
| Вода | 1,002 | 1,792 | 1,004 |
| Оливковое масло | 80,8 | 89 | |
| Этиловый спирт | 1,20 | 1,78 | 1,52 |
| Метанол | 0,587 | 0,820 | 0,742 |
| Бензол | 0,648 | 0,91 | 0,737 |
| Газы при 0°C; 1013 гПа | η / мкПа*с | ν / мм²/с |
| Воздуха | 17. 2 | 13.3 |
| Углекислый газ | 13,7 | 6,93 |
| Азот | 16,5 | 13.2 |
| Кислород | 19.2 | 13,4 |
Источник: Horst Kuchling: Pocketbook of Physics; Опубликовано Fachbuchverlag Leipzig, 16.
Издание 1996 г .; 2.) Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik [Пищевая и биотехнологическая инженерия], HG Kessler
Категория Технология разделения
К началу страницы
Кинематическая и динамическая вязкость | SGS Polymer Solutions
Компания SGS Polymer Solutions стремится сделать мир аналитических испытаний и науки о полимерах более понятным. От объяснения услуг нашей испытательной лаборатории до изучения вопроса «почему?» повседневной науки, мы любим то, что делаем.
Сегодня мы хотим объяснить сложную идею: вязкость. На базовом уровне вязкость является мерой сопротивления материала течению. Вязкость является одним из многих показателей, которые мы можем использовать для физического анализа полимерных материалов.
Широкий спектр полимеров, которые мы тестируем, часто является объектом пристального внимания в разных отраслях — от юридических испытаний до комплексного анализа для исследований и разработок.
Жидкости, гели и многие полимеры часто тестируются, чтобы убедиться, что они соответствуют стандартам и спецификациям в качестве сырья для продуктов, в которые они предназначены. Поскольку вязкость является основным показателем гидродинамики, эти измерения важны для характеристики. материалов.
Существует множество типов вязкости. Сегодня мы хотим поговорить о двух основных типах: динамической вязкости и кинематической вязкости. Хотя единицы, используемые для измерения каждого типа вязкости, могут быть преобразованы для понимания другого, они существенно различаются.
Динамическая вязкость
Динамическая вязкость — это мера сопротивления жидкости течению при приложении внешней силы. Вы оцениваете динамическую вязкость, когда хотите понять, как материал реагирует на деформацию, которую можно измерить методом Брукфильда или реометром.
Тест Брукфилда позволяет оценить, соответствует ли продукт конкретным производственным или эксплуатационным спецификациям и подходит ли он в зависимости от типа тестируемого вещества.
Мы регулярно тестируем гели, лосьоны и клеи с помощью этого теста. Тест Брукфилда требует, чтобы вещество легко текло при определенном движении жидкости, но мы можем тестировать менее вязкие вещества другими методами. Используя всего восемь миллилитров вещества, мы можем измерить динамическую вязкость и указать значение в сантипуазах.
Кинематическая вязкость
Кинематическая вязкость отличается от динамической тем, что она измеряет только то, как сила тяжести влияет на сопротивление вещества течению. Кинематическая вязкость предполагает, что на вещество не действуют внешние силы. Об этом сообщают с помощью сантистоксов.
Из-за связи между кинематической и динамической вязкостью, зависящей от плотности, два вещества с одинаковой динамической вязкостью могут иметь сильно различающиеся кинематические вязкости. Чтобы преобразовать их, учитываются как температура, так и удельный вес вещества. Деление на плотность жидкости переводит сантипуазы в сантистоксы. Это соотношение позволяет нам определить как кинематическую, так и динамическую вязкость данного образца, используя только одно измерение вязкости, если известна плотность жидкости.
Итак, какой тест мы выберем для конкретного образца? Об этом сообщает тип жидкости, а также желаемая информация. Жидкости делятся на два основных типа: ньютоновские и неньютоновские.
Ньютоновские жидкости не меняют вязкость в зависимости от скорости сдвига, то есть скорости, с которой один слой жидкости проходит над соседним слоем. Вода и масло являются примерами ньютоновских жидкостей. Хотя это не всегда так, обычно мы не тестируем ньютоновские жидкости с помощью теста Брукфилда или теста реометром. Обычно мы тестируем ньютоновские жидкости с помощью капиллярной вискозиметрической трубки, где изменение скорости сдвига не требуется.
В мире полимеров есть много неньютоновских жидкостей. Вязкость этих веществ не изменяется со скоростью сдвига. Поскольку мы можем легко изменить скорость сдвига при испытании, мы проверяем их с помощью испытаний Брукфилда и реометра.
Хотите узнать больше о тестовых средах, которые мы используем для тестирования вязкости? Свяжитесь с нами сегодня! Наши ученые всегда рады узнать больше о ваших потребностях в тестировании и разработать точную тестовую среду, отвечающую требованиям каждого отдельного клиента.