Справка по кинематической вязкости. единицы измерения кинематической взякости. конвектор единиц измерения

Вязкость сахарного сиропа

Сахаром в быту называется сахароза. Свекловичный и тростниковый сахар (в виде песка и рафинада) — очень важный продукт питания. Сахароза относится к углеводам, питательным веществам, заряжающим организм энергией.

Сахарный сироп (основа многих мучных и кондитерских изделий) обладает определенной вязкостью. Она есть уже у самой воды, в составе данной среды. С повышением концентрации растворов вязкость сиропов увеличивается. При концентрации сахара свыше 80 % начинается процесс кристаллизации сахара.

Выделяют следующие разновидности сиропов.

1. Сахарно-паточный. Помимо растворенного в воде сахара содержит патоку. Имеет более высокую вязкость.

2. Инвертный. Обладает более низкой вязкостью, но повышенной гигроскопичностью.

3. Молочный. Растворителем здесь служит молоко (цельное, сухое, сгущенное, сливки), возможно добавление патоки. Данный сироп выступает основным полуфабрикатом при изготовлении молочных конфет, помадных масс.

Для перекачивания сиропов лучше всего подходят центробежные и кулачковые насосы.

Динамическая вязкость

Вязкость (внутреннее трение) возникает между двумя слоями газа или жидкости, которые перемещаются параллельно друг другу с разными скоростями в результате возникновения сил трения между ними. Вязкость обусловлена переносом молекулами из одного слоя вещества в другой количества движения. В одномерном случае, когда $v=v\left(x\right),$ движение вещества описывают при помощи уравнения Ньютона вида:

\

где $dF$ — сила внутреннего трения, которая действует на площадь ($dS$) поверхностного слоя; $\frac{dv}{dx}$ — градиент скорости перемещения слоев по направлению оси X (перпендикулярно поверхностному слою); $\eta $ — коэффициент динамической вязкости.

В соответствии с классической кинетической теорией коэффициент вязкости газа равен:

\

где $\left\langle \lambda \right\rangle $ — средняя длина свободного пробега молекулы; $\left\langle v\right\rangle $ — средняя скорость теплового движения молекул; $\rho $ — плотность газа. В более точной теории коэффициент $\frac{1}{3}$ , заменяется на параметр ($\varphi $), который зависит от характера взаимодействия молекул в веществе. Так, если считают, что молекулы газа сталкиваются как гладкие, твердые шары, то $\varphi =0,499.$ При использовании более точных моделей коэффициент $\varphi $ является функцией от температуры вещества.

Для жидкостей выражения (2) не является справедливым. Для газов, исходя из (2) $\eta \sim \sqrt{T}$, тогда как, у жидкостей вязкость, с ростом температуры, уменьшается. Вязкость жидкости обратно пропорциональна коэффициенту диффузии (D):

\

где $f$ — некоторый постоянный параметр, имеющий размерность силы.

Динамическая вязкость газов и паров в диапазоне температуры от 0 до 700°С

В таблице приведены значения коэффициента динамической вязкости газов и паров при положительной температуре в диапазоне от 0 до 700°С.

Вязкость в таблице выражена в Па·сек с множителем 10-8. Например, коэффициент динамической вязкости ацетилена C₂H₂ при нормальных условиях равен 955·10-8 или 0,00000955 Па·с.

Даны значения динамической вязкости следующих газов и паров: ацетон (диметилкетон, пропанон) C₃H₆O, бензол C₆H₆, бром Br₂, бромная ртуть (бромид ртути III) HgBr₃, n-бутан C₄H₁₀, бутан C₄H₁₀, бутилен (1-бутен) C₄H₈, 2-бутен C₄H₈, водород бромистый (бромоводород) HBr, водород йодистый (иодоводород) HI, водород хлористый (газообразная соляная кислота, хлороводород) HCl, водород фтористый (фтороводород, гидрофторид, фторид водорода) HF, n-гексан (гексан) C₆H₁₄, n-гептан C₇H₁₆, диметиловый эфир (метиловый эфир, метоксиметан, древесный эфир) C₂H₆O, диэтиловый эфир (этиловый эфир, серный эфир) C₄H₁₀O, дифенилметан С₁₃Н₁₂, дифениловый эфир C₁₂H₁₀O, изоаметилен (3-метил-1-бутен) C₅H₁₀, изобутан (метилпропан, 2-метилпропан) С₄Н₁₀, изобутилацетат (изобутиловый эфир уксусной кислоты) С₆Н₁₂О₂, изобутилформиат C₅H₁₀O₂, изопентан C₅H₁₂, изопропиловый спирт (пропанол-2, 2-пропанол), изопропанол, диметилкарбинол) С₃Н₇ОН, иод (йод) I₂, йодистая ртуть HgI₃, метилацетат (метиловый эфир уксусной кислоты) С₃Н₆О₂, метилацетилен (пропин) C₃H₄, 3-метилен-1-бутен C₅H₁₀, метилбромид (бромистый метил, монобромметил, монобромэтан, метилбромид, бромметил) CH₃Br, мезитилен C₉H₁₂, метиленхлорид (хлористый метилен, дихлорметан, ДХМ) CH₂Cl₂, метилизобутират C₂H₁₀O₂, метиловый спирт (метанол, древесный спирт, карбинол, метилгидрат, гидроксид метила) CH₃OH, метилтиофен, мышьяковистый водород (гидрид мышьяка, арсин) AsH₃, метилхлорид (хлорметан) CH₃Cl, нитрозил хлорид (хлористый нитрозил, оксид хлорид азота) NOCl, нонан C₉H₂₀, октан C₈H₁₈, окись углерода CO, н-пентан C₅H₁₂, амилен, пиридин C₅H₅N, пропан C₃H₈, пропилацетат (н-пропиловый эфир уксусной кислоты) C₅H₁₀O₂, пропилен C₃H₆, пропиловый спирт (пропан-1-ол, 1-пропанол) C₃H₇OH, ртуть Hg, сероводород H₂S, сероуглерод CS₂, силан (кремневодород, гидрид кремния) SiH₄, толуол (метилбензол) C₇H₈, тиазол C₃H₃NS, тиофен C₄H₄S, триметилбутан C₇H₁₆, триметилэтилен С₅Н₁₀, четырехбромистое олово (бромид олова IV) SnBr₄, четыреххлористое олово (хлорид олова IV) SnCl₄, четыреххлористый углерод (тетрахлорметан, ЧХУ) CCl₄, циклогексан C₆H₁₂, циклопропан C₃H₆, цинк Zn, уксусная кислота (этановая кислота) C₂H₄O₂, хлор Cl₂, хлороформ (трихлорметан, метилтрихлорид, хладон-20) CHCl₃, этилацетат (этиловый эфир уксусной кислоты) C₄H₈O₂, этиловый спирт (этанол, метилкарбинол, винный спирт или алкоголь C₂H₆O) C₂H₅OH, этилпропионат C₅H₁₀O₂, этилхлорид (хлористый этил, монохлорэтан) C₂H₅Cl.

Кинематическая вязкость — вода

Кинематическая вязкость воды, содержащей достаточное количество мелких ( менее 0 05 мм) взвешенных твердых частиц, может существенно увеличиться по сравнению с чистой ( без взвеси) водой. & связи с этим при изучении движения воды, несущей большое количество мелких наносов ( особенно Б придонной области потока в реке или канале), часто учитывают изменение кинематической вязкости в зависимости от положения движущегося слоя относительно дна.
 

Кинематическая вязкость воды при 20 2 С равна 1 ест. Вязкость определяется в приборах вискозиметрах посредством замера объема жидкости, протекающей через капиллярную трубу за определенный период времени. Чем быстрее вытекает жидкость из прибора, тем меньше у нее вязкость. Так, при 20 С вязкость дистиллированной воды равняется приблизительно 1 ест, а вязкость керосина — 4 ест. Это значит, что в вискозиметре керосин вытекает через капиллярную трубку в четыре раза медленнее воды.
 

Кинематическая вязкость воды при 20 С принята равной 1 0068 санти-стокса на основании исследований Э. П. Халфина как наиболее вероятное значение; отсюда один градус Энглера равен — 1 007 сантистокса.
 

Кинематическая вязкость воды при 20 С близка одному сантистоксу. Таким образом, условная вязкость показывает, во сколько раз данная жидкость при данной температуре более или менее вязка по сравнению с водой при 20 С.
 

Коэффициент кинематической вязкости воды при температуре 15 С равен v 0 0114 — 10 — м8 / сек.
 

Величина кинематической вязкости воды v определена при средней температуре ее 87 С.
 

С, кинематическая вязкость воды при 30 С составляет vso0 805 ест.
 

При повышении температуры кинематическая вязкость воды понижается, причем весьма существенно.
 

Одному сантистоксу равняется кинематическая вязкость воды при 20 С.
 

Здесь у — кинематическая вязкость воды, принимается по графику фиг.
 

Для предварительных тодсчетов величину кинематической вязкости воды v можно принять равной 0 01 см2 / с 1 Ю-6 м2 / с, что отвечает температуре 20 С.
 

В табл. 11 приведена зависимость кинематической вязкости воды от ее температуры.
 

В табл. 12 приведены сравнительные данные кинематической вязкости воды и воздуха в зависимости от температуры.
 

Выясним, каково будет число Рейнольдса, если кинематическая вязкость воды при 50 С v 0 556 Ю-6 м / сек.
 

В квадратичной области гидравлическая крупность не зависит от кинематической вязкости воды ( от температуры) при прочих равных условиях. При ламинарном режиме обтекания гидравлическая крупность не зависит от формы частиц наносов.
 

Сила вязкого трения

Это явление возникновения касательных сил, препятствующих перемещению частей жидкости или газа друг по отношению к другу. Смазка между двумя твердыми телами заменяет сухое трение скольжения трением скольжения слоев жидкости или газа по отношению друг к другу. Скорость частиц среды плавно меняется от скорости одного тела до скорости другого тела.

Сила вязкого трения пропорциональна скорости относительного движения V тел, пропорциональна площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h.

F=-V•S/_h,

Коэффициент пропорциональности, зависящий от сорта жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости

Самое важное в характере сил вязкого трения то, что при наличии любой сколь угодно малой силы тела придут в движение, то есть не существует трения покоя.
Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.. Если движущееся тело полностью погружено в вязкую среду и расстояния от тела до границ среды много больше размеров самого тела, то в этом случае говорят о трении или сопротивлении среды

При этом участки среды (жидкости или газа), непосредственно прилегающие к движущемуся телу, движутся с такой же скоростью, как и само тело, а по мере удаления от тела скорость соответствующих участков среды уменьшается, обращаясь в нуль на бесконечности

Если движущееся тело полностью погружено в вязкую среду и расстояния от тела до границ среды много больше размеров самого тела, то в этом случае говорят о трении или сопротивлении среды. При этом участки среды (жидкости или газа), непосредственно прилегающие к движущемуся телу, движутся с такой же скоростью, как и само тело, а по мере удаления от тела скорость соответствующих участков среды уменьшается, обращаясь в нуль на бесконечности.

Сила сопротивления среды зависит от:

• ее вязкости
• от формы тела
• от скорости движения тела относительно среды.

Например, при медленном движении шарика в вязкой жидкости силу трения можно найти, используя формулу Стокса:

F=-6•R•V,

Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.

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.

1. Кинематическая вязкость чаще используется в паспорте с характеристиками жидкости.
2. Динамическая используется в инженерных расчетах оборудования, научно-исследовательских работах и т.д.

Перевод кинематической вязкости в динамическую производят с помощью формулы, указанной ниже, через плотность при заданной температуре:

Где:

v – кинематическая вязкость,

n – динамическая вязкость,

p – плотность.

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.

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.

Коэффициент вязкости газа

Он определяется составом (химическим, механическим) газа, воздействующей температурой, давлением и применяется в газодинамических расчетах, связанных с движением газа. На практике вязкость газов учитывается при проектировании разработок газовых месторождений, где ведется расчет изменений коэффициента в зависимости от изменений газового состава (особенно актуально для газоконденсатных месторождений), температуры и давления.

Рассчитаем коэффициент вязкости воздуха. Процессы будут аналогичными с рассмотренными выше двумя потоками воды. Предположим, параллельно движутся два газовых потока U1 и U2, но с разной скоростью. Между слоями будет происходить конвекция (взаимное проникновение) молекул. В итоге импульс движущегося быстрее потока воздуха будет уменьшаться, а изначально движущегося медленнее – ускоряться.

Коэффициент вязкости воздуха, согласно закону Ньютона, выражается следующей формулой:

F =-h × (dU/dZ) × S

Здесь:

• dU/dZ является градиентом скорости;
• S – площадь воздействия силы;
• Коэффициент h – динамическая вязкость.

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости — это свойство, проявляющееся только при движении жидкости, и не влияющее на покоящиеся жидкости. Вязкое трение в жидкостях подчиняется закону трения, принципиально отличному от закона трения твёрдых тел, т.к. зависит от площади трения и скорости движения жидкости.
Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости. Если рассмотреть то, как распределяются скорости различных слоёв жидкости по сечению потока, то можно легко заметить, что чем дальше от стенок потока, тем скорость движения частиц больше. У стенок потока скорость движения жидкости равна нулю. Иллюстрацией этого является рисунок, так называемой, струйной модели потока.

Медленно движущийся слой жидкости «тормозит» соседний слой жидкости, движущийся быстрее, и наоборот, слой, движущийся с большей скоростью, увлекает (тянет) за собой слой, движущийся с меньшей скоростью. Силы внутреннего трения появляются вследствие наличия межмолекулярных связей между движущимися слоями.
Если между соседними слоями жидкости выделить некоторую площадку S, то согласно гипотезе Ньютона:

F=μ•S•(du/_dy),

где:

• μ — коэффициент вязкого трения;
• S – площадь трения;
• du/dy — градиент скорости

Величина μ в этом выражении является динамическим коэффициентом вязкости, равным:

μ=F/_S•1/_du/dy,

или

μ=τ•1/_du/dy,

где:

τ – касательное напряжение в жидкости (зависит от рода жидкости).

Физический смысл коэффициента вязкого трения

Физический смысл коэффициента вязкого трения — число, равное силе трения, развивающейся на единичной поверхности при единичном градиенте скорости.

На практике чаще используется кинематический коэффициент вязкости, названный так потому, что в его размерности отсутствует обозначение силы. Этот коэффициент представляет собой отношение динамического коэффициента вязкости жидкости к её плотности:

ν=μ/_ρ,

Единицы измерения коэффициента вязкого трения:

• Н·с/м2;
• кГс·с/м2
• Пз (Пуазейль) 1(Пз)=0,1(Н·с/м2).

Анализ свойства вязкости жидкости

Для капельных жидкостей вязкость зависит от температуры t и давления Р, однако последняя зависимость проявляется только при больших изменениях давления, порядка нескольких десятков МПа.

Зависимость коэффициента динамической вязкости от температуры выражается формулой вида:

μ_t=μ•e-k_t(T-T),

где:

• μ_t — коэффициент динамической вязкости при заданной температуре;
• μ — коэффициент динамической вязкости при известной температуре;
• Т — заданная температура;
• Т — температура, при которой измерено значение μ;
• e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Зависимость относительного коэффициента динамической вязкости от давления описывается формулой:

μ_р=μ•e-k_р(Р-Р),

где:

• μ_Р — коэффициент динамической вязкости при заданном давлении,
• μ — коэффициент динамической вязкости при известном давлении (чаще всего при нормальных условиях),
• Р — заданное давление,;
• Р — давление, при которой измерено значение μ;
• e – основание натурального логарифма равное 2,718282.

Влияние давления на вязкость жидкости проявляется только при высоких давлениях.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье):

σ_ij=η•(dv_i/_dxi+dv_j/_dxi),

где σ_ij — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Вязкость жидкостей (при 18°C)

Вещество	Вязкость 10 -5 кг/(м*с)
Анилин	4,6
Ацетон	0,337
Бензол	0,673
Бром	1,02
Вода	1,05
Гелий	1,89
Глицерин	1400
Масло машинное легкое	113
Масло машинное тяжелое	660
Масло оливковое	90
Масло оливковое	90
Пентан	0,244
Ртуть	1,59
Спирт этиловый	1,22
Уксусная кислота	1,27
Эфир этиловый	0,238

Вязкость меда

Очень вязкой жидкой средой является мед. Его вязкость зависит от зрелости, то есть от содержания в продукте воды. Так, при содержании 25 % воды коэффициент вязкости меда равен 1,051, а при 16,6 % — 9,436 (при температуре 45 °С). Кроме того, этот показатель увеличивается в результате кристаллизации. Вязкость продукта повышают декстрины и коллоиды.

Зрелость меда определить несложно. Нужно зачерпнуть ложкой продукт и быстро поворачивать ее: незрелый мед будет стекать.

Хотя состав меда не особо влияет на его вязкость, некоторые сорта в этом отношении отличаются. В связи с этим выделяется 5 групп продукта:

• очень жидкий (акациевый, клеверный).
• жидкий (гречишный, липовый, рапсовый);
• густой (одуванчиковый);
• клейкий (падевый);
• студнеобразный (вересковый).

В промышленных условиях мед перекачивают кулачковыми и винтовыми насосами.

Вязкость крови

Кровь представляет собой жидкую среду организма (вязкопластическую жидкость), состоящую из плазмы и находящихся в ней клеток (эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, белков). Она определяет качество всех процессов, происходящих в тканях и отдельных органах.

Вязкость крови показывает соотношение количества ее кровяных клеток к объему плазмы. Этот показатель крайне важен для полноценной работы организма и прежде всего сердечно-сосудистой системы. Нормальным значением в среднем считается 4–5 мПа•с, отклонения же в ту или иную сторону способны вызвать серьезные патологии. На вязкость крови влияют многие факторы: температура тела, состав (венозная более вязкая, чем артериальная), пол (у мужчин — 4,3–5,3 мПа•с, у женщин — 3,9–4,5 мПа•с), возраст (у новорожденных вязкость выше), внешние воздействия, применение медицинских препаратов.

Для перекачивания крови животных на производстве используется насосные установки разных типов: центробежные, мембранные, шестеренчатые, винтовые, перистальтические.

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

η=13⟨u⟩⟨λ⟩ρ{\displaystyle \eta ={\frac {1}{3}}\langle u\rangle \langle \lambda \rangle \rho },

где ⟨u⟩{\displaystyle \langle u\rangle } — средняя скорость теплового движения молекул, ⟨λ⟩{\displaystyle \langle \lambda \rangle } − средняя длина свободного пробега. Из этого выражения в частности следует, что вязкость не очень разреженных газов практически не зависит от давления, поскольку плотность ρ{\displaystyle \rho } прямо пропорциональна давлению, а ⟨λ⟩{\displaystyle \langle \lambda \rangle } — обратно пропорциональна. Такой же вывод следует и для других кинетических коэффициентов для газов, например, для коэффициента теплопроводности. Однако этот вывод справедлив только до тех пор, пока разрежение газа не становится столь малым, что отношение длины свободного пробега к линейным размерам сосуда (число Кнудсена) не становится по порядку величины равным единице; в частности, это имеет место в сосудах Дьюара (термосах).

С повышением температуры вязкость большинства газов увеличивается, это объясняется увеличением средней скорости молекул газа u{\displaystyle u}, растущей с температурой как T{\displaystyle {\sqrt {T}}}

Влияние температуры на вязкость газов

В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при увеличении температуры).

Формула Сазерленда может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры:

μ=μT+CT+C(TT)32,{\displaystyle {\mu }={\mu }_{0}{\frac {T_{0}+C}{T+C}}\left({\frac {T}{T_{0}}}\right)^{3/2},}

где:

• μ — динамическая вязкость в (Па·с) при заданной температуре T;
• μ — контрольная вязкость в (Па·с) при некоторой контрольной температуре T;
• T — заданная температура в Кельвинах;
• T — контрольная температура в Кельвинах;
• C — постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

Эту формулу можно применять для температур в диапазоне 0 < T < 555 K и при давлениях менее 3,45 МПа с ошибкой менее 10 %, обусловленной зависимостью вязкости от давления.

Постоянная Сазерленда и контрольные вязкости газов при различных температурах приведены в таблице ниже:

Газ	C, K	T, K	μ, мкПа·с
Воздух	120	291,15	18,27
Азот	111	300,55	17,81
Кислород	127	292,25	20,18
Углекислый газ	240	293,15	14,8
Угарный газ	118	288,15	17,2
Водород	72	293,85	8,76
Аммиак	370	293,15	9,82
Оксид серы(IV)	416	293,65	12,54
Гелий	79,4	273	19

Динамическая вязкость газов и паров в интервале температуры от -220 до 1000°С

В таблице представлена динамическая вязкость газов и паров в зависимости от температуры (при отрицательной и положительной температуре).

Динамическая вязкость газов в таблице выражена в Па·сек с множителем 10-8. Например, коэффициент динамической вязкости азота N₂ при нормальных условиях (при температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении) равен 1665·10-8 или 0,00001665 Па·с.

Указана динамическая вязкость следующих газов и паров: азот N₂, окись азота NO, закись азота N₂O₅, аммиак NH₃, аргон Ar, водород H₂, водяной пар H₂O, воздух, гелий He, кислород O₂, криптон Kr, ксенон Xe, метан CH₄, неон Ne, сернистый газ SO₂, углекислый газ CO₂, окись углерода CO, этан C₂H₆, этилен C₂H₄.

По данным таблицы видно, что наиболее вязким газом при комнатной температуре является газ неон — вязкость неона равна 3113·10-8 Па·с.

Вязкость газов

Вязкость газов (явление внутреннего трения) — это появление сил трения между слоями газа, движущимися друг относительно друга параллельно и с разными по величине скоростями. Вязкость газов увеличивается с ростом температуры

Взаимодействие двух слоев газа рассматривается как процесс, в ходе которого от одного слоя к другому передается импульс. Сила трения на единицу площади между двумя слоями газа, равная импульсу, передаваемому за секунду от слоя к слою через единицу площади, определяется законом Ньютона:

τ=-η•dν/_dz

где:
dν/_dz — градиент скорости в направлении перпендикулярном направлению движения слоев газа.
Знак минус указывает, что импульс переносится в направлении убывания скорости.
η — динамическая вязкость.

η=1/₃•ρ(ν)•λ,

ρ — плотность газа,
(ν) — средняя арифметическая скорость молекул
λ — средняя длина свободного пробега молекул.

Вязкость некоторых газов (при 0°C)

Вещество	Вязкость 10 -5 кг/(м*с)
Азот	1,67
Аммиак	0,93
Водород	0,84
Воздух	1,72
Гелий	1,89
Гелий	1,89
Кислород	1,92
Метан	1,04
Углекислый газ	1,40
Хлор	1,29

Какую роль играет вязкость в медицинском оборудовании?

Поступление газовой смеси через эндотрахеальную трубку зависит от внутреннего трения этого газа. Изменение значений вязкости среды здесь по-разному отражается на проникновении воздуха через аппарат и зависит от состава газовой смеси.

Введение лекарственных препаратов, вакцин через шприц тоже является ярким примером действия вязкости среды. Речь идет о перепадах давления на конце иголки при впрыскивании жидкости, хотя изначально полагали, что этим физическим явлением можно пренебречь. Возникновение высокого давления на наконечнике – это результат действия внутреннего трения.

Детальное рассмотрение параметров, указанных в таблице

Дело в том, что когда проектировались таблицы и рассматривался алгоритм создания зависимости вязкости масла от температуры, учитывались имеющиеся на тот момент технологии автомобилестроения.

То есть в конце XX века все двигатели строились по приблизительно одной и той же технологии. Температура, контактная нагрузка, создаваемое масляным насосом давление, схема и исполнение магистралей находились примерно на одном и том же технологическом уровне.

Именно под технологии того времени создавались первые таблицы, увязывающие вязкость масла и температуру, при которой оно может эксплуатироваться. Хотя на самом деле стандарт по SAE в чистом виде не привязывается к температуре окружающей среды, а лишь оговаривает вязкостные показатели масла при определенной температуре.

Значение букв и цифр на канистре

В зимний коэффициент (с буквой «W») входят следующие параметры:

• вязкость при прокачивании смазочного материала по магистралям масляным насосом;
• вязкость при проворачивании коленчатого вала (для современных двигателей этот показатель учитывается в коренных и шатунных шейках, а также в шейках распределительного вала).

О чем говорят цифры на канистре — видео

В летний коэффициент (идущий через дефис после буквы «W») включаются два основных параметра, один второстепенный, и один производный, рассчитываемый из предыдущих параметров:

• кинематическая вязкость при 100 °C (то есть при средней рабочей температуре в нагретом ДВС);
• динамическая вязкость при 150 °C (определяется для представления о вязкости масла в паре трения кольцо/цилиндр – одном из ключевых узлов в работе двигателя);
• кинематическая вязкость при температуре 40 °C (показывает, как поведет себя масло в момент летнего пуска двигателя, а также используется для изучения скорости самопроизвольного стекания масляной пленки в поддон под действием времени);
• индекс вязкости – указывает на свойство смазочного материала оставаться стабильным при изменении рабочей температуры.

Зачастую для зимнего ограничения по температуре предусматривается несколько значений. Например, для взятого в качестве примера масла 5W-30, допустимая температура окружающего воздуха при гарантированном прокачивании смазки по системе должна быть не ниже –35 °C. А для гарантированного проворачивания коленчатого вала стартером – не ниже –30 °C.

Класс по SAE	Вязкость низкотемпературная	Вязкость высокотемпературная
Проворачивание	Прокачиваемость	Вязкость, мм2/с при t=100°С	Min вязкость HTHS, мПа*с при t=150°С и скорости сдвига 10**6 с**-1
Мах вязкость, мПа*с, при температуре, °С	Min	Мах
0W	6200 при -35 °С	60000 при -40 °С	3,8	—	—
5W	6600 при -30 °С	60000 при -35 °С	3,8	—	—
10W	7000 при -25 °С	60000 при -30 °С	4,1	—	—
15W	7000 при -20 °С	60000 при -25 °С	5,6	—	—
20 W	9500 при -15 °С	60000 при -20 °С	5,6	—	—
25 W	13000 при -10 °С	60000 при -15 °С	9,2	—	—
20	—	—	5,6		2,6
30	—	—	9,3		2,9
40	—	—	12,5		3,5 (0W-40; 5W-40;10W-40)
40	—	—	12,5		3,7 (15W-40; 20W-40; 25W-40)
50	—	—	16,3		3,7
60	—	—	21,9		3,7

Здесь и возникают противоречивые показания в таблицах вязкости масла, выложенных на разных ресурсах. Второй весомой причиной разных значений в таблицах вязкости выступает изменение технологии производства двигателей и предъявляемые требования к вязкостным параметрам. Но об этом ниже.

Ньютоновские и неньютоновские среды

Ньютоновская жидкость – это такая жидкость, вязкость которой можно высчитать с помощью формулы Ньютона.

К таким средам относятся вода и растворы. Коэффициент вязкости жидкости в таких средах может зависеть от таких факторов, как температура, давление или строение атома вещества, однако градиент скорости всегда останется неизменным.

Неньютоновские жидкости – это такие среды, в которых упомянутое выше значение может изменяться, а значит, формула Ньютона здесь действовать не будет. К таким веществам относятся все дисперсные среды (эмульсии, аэрозоли, суспензии). Сюда же относится и кровь. Об этом более подробно поговорим далее.

Динамическая вязкость газов при температуре от -213 до 1927°С

В таблице представлены значения коэффициента динамической вязкости газов в зависимости от температуры при атмосферном давлении. Вязкость газов указана при отрицательных от 60К (-213°С) и положительных температурах до 2200К (1927°С).

Вязкость в таблице выражена в Па·сек с множителем 10-6. Например, коэффициент динамической вязкости газа аргона при температуре 27°С (300 К) равен 22,7·10-6 или 0,0000227 Па·с.

В таблице указан коэффициент динамической вязкости следующих газов: гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, водород H₂, дейтерий D₂, азот N₂, кислород O₂, фтор F₂, хлор Cl₂, окись углерода CO, углекислый газ CO₂, сероводород H₂S, углерода оксид-сульфид (сероокись, карбонилсульфид) COS, синильная (циинистоводородная) кислота (цианистый водород) HCN, дициан C₂N₂, силан (кремневодород, гидрид кремния) SiH₄, воздух, фосфин PH₃, четыреххлористый углерод (тетрахлорметан, ЧХУ) CCl₄, бром Br₂, иод I₂, аммиак NH₃, водород хлористый (газообразная соляная кислота, хлороводород) HCl, водород йодистый (йодоводород) HI, окись азота NO, оксид азота NO₂, оксид азота N₂O, сернистый газ SO₂, водяной пар H2O.

Следует отметить, что с ростом температуры значение динамической вязкости газов увеличивается.

1. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
2. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Вводные сведения

Вязкостью
называется способность жидкости
оказывать сопротивление сдвигающим
усилием.

Вязкость
жидкости характеризуется динамическим
коэффициентом вязкости.

Сила
вязкости, действующая на пластину,
перемещающуюся по слою жидкости со
скоростью,
для случая плоского течения (рис. 4.1)
может быть записана формулой

гдединамический
коэффициент вязкости,

площадь
пластин,

градиент
скорости по нормали к слою.

Рис.4.1.
Схема к определению силы вязкости при
слоистом движении жидкости

При
прочих равных условиях та жидкость
более вязкая, динамический коэффициент
вязкостикоторой больше.

Динамический
коэффициент вязкостиимеет размерность

гдемасса,

длина,

время,

и
измеряется влибо в пуазах:.

Кроме
динамического коэффициента вязкостиполучил распространение кинематический
коэффициент вязкости,
гдеплотность
жидкости. Кинематический коэффициент
вязкости имеет размерностьи измеряется вили в.
1носит название «Стокс».

Коэффициентыизависят, прежде всего, от рода жидкости,
а для данной жидкости являются функциями
давления и температуры.

Для
сжимаемых и несжимаемых жидкостей эти
зависимости проявляются по-разному. В
капельных жидкостях кинематический
коэффициент вязкости уменьшается при
повышении температуры, а в газах
(например, в воздухе), наоборот,
увеличивается. Причину неодинакового
поведения можно объяснить на основе
кинетической теории.

Коэффициент
вязкостиопределяется согласно кинетической
теории по формуле

В
этой формуле 0,31 и 0,4 – коэффициенты,
принимаемые в зависимости от закона
распределения скоростей и характера
удара молекул газа в их тепловом движении;

число
молекул в 1;

масса
молекул;

средняя
скорость теплового движения;

длина
свободного пробега молекулы между двумя
столкновениями.

Так
как,
то кинематический коэффициент вязкости

.

Скорость
молекул прямо пропорциональна корню
квадратному из абсолютной температурыТ,
а длина свободного пробега молекулы
увеличивается с увеличением температуры,
следовательно с повышением температуры
увеличиваются как кинематический, так
и динамический коэффициенты вязкости
в газах.

В
капельных жидкостях не наблюдается
такого движения молекул, как в газах.
Согласно кинетической теории каждая
молекула жидкости совершает колебание
около незакрепленного (в кристаллическом
теле около закрепленного) положения,
причем молекулы многоатомные, имея
несимметричную форму, склонны
ориентироваться относительно друг
друга; нарушение этой ориентировки при
перемещении одних слоев жидкости
относительно других вызывает сопротивление,
тем большее, чем ниже температура. С
повышением температуры уменьшается
сопротивляемость изменению ориентировки
молекул, уменьшается и сопротивление
молекул перемещению, уменьшается сила
трения, т.е. уменьшаются коэффициенты
вязкости (динамический и кинематический).

Зависимость
вязкости капельной жидкости от давления
значительно меньше, чем от температуры.
С увеличением давления вязкость
возрастает тем быстрее, чем сложнее
молекула, и увеличивается в среднем на
1/300 – 1/500 от своей величины при увеличении
давления на 1.

Вязкость
рабочей жидкости имеет большое значение
при работе гидромашин. Функции, выполняемые
рабочей жидкостью разнообразны, и
предъявляют к ней целый ряд требований,
многие из которых противоречивы. Выбор
рабочей жидкости является самостоятельной
задачей, причем знание величины вязкости
является обязательным условием ее
успешного решения. Приборы, предназначенные
для определения вязкости жидкости
называются вискозиметрами.