Учебное пособие санкт-петербург




Скачать 310.84 Kb.
НазваниеУчебное пособие санкт-петербург
страница2/3
Дата конвертации02.03.2013
Размер310.84 Kb.
ТипУчебное пособие
1   2   3

1.2. ВИДЫ ВЯЗКОСТИ


Для характеристики свойств жидкостей, газов и других сред пользуются различными способами выражения вязкости.

Относительная вязкость, ηотн – отношение вязкости данной жидкости к вязкости воды при той же температуре (или отношение вязкости раствора к вязкости чистого растворителя):

ηотн = .

Условная вязкость, ηусл - отношение времени истечения 200 см3 исследуемой вязкой жидкости к скорости истечения 200 см3 воды при 20°С. В России условную вязкость выражают в единицах ВУ, численно совпадающими с градусами Энглера.

Удельная вязкость, ηуд – относительное увеличение вязкости растворителя за счет введения растворенного вещества:

.

Абсолютная вязкость, часто называемая динамической или простой вязкостью, выведенная из закона Пуазейля5 называется также коэффициентом динамической вязкости, является произведением кинематической вязкости и плотности жидкости:

Абсолютная вязкость = Кинематическая вязкость∙Плотность.

В размерность этой вязкости (в отличие от кинематической) входит не только длина, время, но и масса. Единицей абсолютной вязкости в системе СИ является миллипаскаль секунда (mPa-s), где:

1 сПуаз = mPa-s.

Кинематическая вязкость, η – отношение вязкости жидкости к ее плотности ρ:

.

Так как размерность этого типа вязкости – см2ּсек-1, то вязкость является кинематической, и содержит только длину и время. В качестве единицы СИ кинематической вязкости обычно используется сантистокс (cSt).

Для характеристики вязкости нефтепродуктов в России используются величины динамической вязкости υ (пуазы), для кинематической вязкости η (стоксы) и условной (градусы ВУ).

Динамическую и кинематическую вязкости определяют в капиллярных и ротационных вискозиметрах.

Условная вязкость определяется в вискозиметрах Энглера и представляет собой отношение времени истечения 200 г масла при данной температуре ко времени истечения 200 мл воды при 20°С. Заметим здесь, что условная вязкость не характеризует истинной вязкости вещества. Однако существуют формулы и таблицы для перевода условной вязкости в кинематическую и обратно.

Различают:

- наибольшую ньютоновскую вязкость (или вязкость неразрушенной структуры), отвечающую предельно низким τ;

- эффективную или “структурную” вязкость, зависящую от уровня действующих в среде напряжений;

- наименьшую ньютоновскую вязкость (или вязкость предельно разрушенной структуры), измеряемую при наиболее интенсивном режиме деформирования, когда вязкость перестает зависеть от τ.

Свойства разбавленных растворов полимеров оценивают так называемой характеристической вязкостью (“предельным числом вязкости”), ηхар. которая определяется как

, при С→О,

где ηs вязкость растворителя;

с – концентрация раствора.

Величина [η] связана с размерами и формой макромолекул в растворе и используется для их определения.

Пользуются также и понятиями: структурная вязкость, вязкость газов и паров, полимеров, нефтепродуктов и т. д.

Вязкость технических продуктов иногда выражают и в условных единицах:

  • градусах Энглера (°Е);

  • градусах Барбье (°В);

  • секундах Сайболта (S или Su);

  • секундах Редвуда (″R или R-1).

Эти единицы представляют собой либо отношение времени истечения жидкости в соответствующем приборе при данной температуре ко времени истечения стандартной жидкости при установленной температуре, либо время истечения определенного объема исследуемой жидкости в стандартных условиях, то есть в области ламинарного течения.

Переход от градусов Энглера к абсолютным единицам производится по следующей формуле:

, пуаз,

где оЕ – градусы Энглера; ρ – плотность жидкости в г/см3.

Соотношение между градусами Энглера и кинематической вязкостью следующее:

, стокс.


Вязкость жидкостей зависит от температуры и, как правило, с ее повышением уменьшается. Для характеристики этой зависимости используют индекс вязкости (ИВ) – эмпирическое число, указывающее на степень изменения в вязкости масла в пределах данного диапазона температур. Высокий ИВ означает отностительно небольшое изменение вязкости с температурой. Большинство минеральных основных масел имеет ИВ между 0 и 110, но ИВ полимерсодержащего масла часто превышает 110.

Для определения индекса вязкости требуется определить кинематическую вязкость при 40°С и 100°С. После этого ИВ определяют из таблиц по ASTM D 2270 или ASTM D 39B.

В табл. 1 и 2 приведены значения вязкости некоторых жидкостей.

Таблица 1

Динамическая вязкость некоторых жидкостей (при 18 0С)

Наименование

жидкости

Вязкость, υ,

10-3 кг / (м∙с)

Анилин

4,6

Ацетон

0,337

Бензол

0,673

Бром

1,02

Вода

1,05

Глицерин

1400

Масло машинное легкое

113

Масло машинное тяжелое

660

Масло оливковое

90

Ртуть

1,59

Спирт этиловый

1,22

Уксусная кислота

1,27


Таблица 2

Вязкость некоторых нефтепродуктов

Название нефтепродукта

Вязкость, сСт

Соляровое масло

5,0 – 9,0а

Вазелиновое масло

4,0 – 5,1а

Индустриальное масло 12 (веретенное)

10 – 14а

Индустриальное масло 45 (машинное)

38 – 52а

Автол АК-10

Менее 10б

Масло дизельное 11

10,5 – 12,5а

Масло трансформаторное

Не более 30,0а

Масло для форвакуумных насосов

47 – 57а

а – при 30°С;

б – при 100°С.


1.3. КАПИЛЛЯРНАЯ ВИСКОЗИМЕТРИЯ


Вискозиметрия – совокупность методов измерения вязкости. Наиболее распространены следующие методы: капиллярный, основанный на законе Пуазейля; падающего шарика, основанный на законе Стокса6; ротационный (соосных цилиндров); ультразвуковой; пенетрации; пластометрии и др. Из указанных методов определения вязкости в настоящем пособии рассмотрим лишь некоторые.

Вискозиметрия позволяет определить важнейшую характеристику жидкости различной природы – характеристическую вязкость, связанную с размером, формой и жесткостью молекул в том числе и полимеров. Следует отметить, что метод вискозиметрии не является полностью независимым, так как во многих случаях исследования требует градуировки при помощи абсолютных методов (светорассеяние, электронная микроскопия, авторадиография и др.).

Капиллярная вискозиметрия основана на измерении сопротивления движению жидкости, обусловленного вязкостью среды. Измеряют перепад давления P между концами капилляра и соответствующую объемную скорость истечения Q при ламинарном

течении исследуемой жидкости через капиллярный канал длиной L c известной и постоянной формой сечения. Обычно применяют цилиндрическую трубку с внутренним радиусом R. Вязкость рассчитывают по формуле Пуазейля- Гагена (2).

Для ньютоновских жидкостей , и, следовательно, η = const. Для неньютоновских жидкостей эффективная вязкость зависит от условий эксперимента. Обычно измеряют Q при P = const (метод постоянного давления) либо P при Q = const (метод постоянного расхода).

Часто используют вариант капиллярной вискозиметрии, в котором характеристикой вязкости служит продолжительность истечения определенного (стандартизованного) объема жидкости под действием собственного веса через калиброванный капилляр. С

помощью этого метода определяют вязкость нефтепродуктов, молекулярную массу полимеров и т. д.

Существует несколько десятков модификаций стеклянных вискозиметров для абсолютных и относительных измерений вязкости жидкостей (от 0,001 до 100 Пуаз). В России большое распространение получили вискозиметр Оствальда, ВПЖ-1, ВПЖ-2 и др., применяемые для определения кинематической вязкости прозрачных и непрозрачных жидкостей при положительных и отрицательных температурах в отраслях, где имеются горюче-смазочные масла, в лабораториях нефтемаслозаводов, лабораториях железнодорожного транспорта и др.

Измерение вязкости жидкости при помощи капиллярного вискозиметра основано на определении времени истечения через капилляр определенного объема жидкости из рабочего пространства, обычно, ограниченного кольцевыми метками

Поскольку сопротивление среды по капилляру зависит не только от ее вязкости, в формулы, используемые для расчета вязкости, вводят поправки, которые учитывают возможные погрешности, связанные, например, с изменением кинетической энергии струи, с накоплением упругой энергии, разогревом системы.


1.4. РОТАЦИОННАЯ ВИСКОЗИМЕТРИЯ


Ротационная вискозиметрия основана на измерении крутящего момента М и угловой скорости вращения ω. В одном из основных вариантов метода слой исследуемой жидкости высотой Н находится между двумя коаксиальными цилиндрами с внутренними радиусами R1 и R0 (при этом R1 < R0), которые вращаются один относительно другого. Вязкость в этом случае вычисляется по формуле Маргулеса:

,

где .

Обычно зазор между цилиндрами мал , что

обеспечивает однородность условий деформирования в исследуемом образце. В этом заключается основное преимущество ротационной вискозиметрии по сравнению с капиллярной, поскольку в капилляре неизбежно происходит распределение скоростей и напряжений по радиусу канала. Если наружный цилиндр отсутствует (R → ∞), вязкость вычисляют по формуле:



Образец можно помещать также между конусом и плоскостью, между двумя конусами или сферами.

Для ньютоновских жидкостей . При расчете η вводят всевозможные поправки, в первую очередь, на краевые эффекты.

Вискозиметры ротационного типа могут иметь зазоры между цилиндрами произвольной ширины. Они удобны для измерения вязкости высоковязких жидкостей типа смазочных масел при низких температурах (до минус 60°С), битумов и расплавленных силикатов при повышенных температурах, а также для дисперсных систем – глин, красок, клеев, торфов и др.

Вискозиметр типа РВ-7 состоит из двух концентрических цилиндров с полусферическим дном: наружного неподвижного в и внутреннего вращающегося с, соединенного с осью и приводимого в движение падающим грузом p. В пространстве между цилиндрами помещается испытуемое вещество а. Постоянная температура поддерживается с помощью термостата. Пределы измерений РВ-7 – от 5 до 107 пуаз. Широкое применение на практике получил ротационный вискозиметр типа Воларовича (рис. 4).




Рис.4. Ротационный вискозиметр Воларовича РВ-7 (d- ось к которой прикреплен цилиндр с, g - термостат, e – шарикоподшипники).

Кинематическую вязкость вычисляют по формуле:

,

где Р – масса, груза, вращающего цилиндр;

Р1 – масса груза, соответствующая трению в подшипниках (порядка 1…2 г);

N – число оборотов цилиндра в сек.;

К – постоянная прибора, вычисляемая из измерений вязкости эталонной жидкости и зависящая от размеров цилиндра.



  1. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ


2.1. Определение вязкости методом капиллярной

вискозиметрии

Устройство для измерения температуры. Для измерения температуры следует использовать термометры типа ТИН-10 по ГОСТ 400 или типов I и II по ГОСТ 13646.

При измерении температуры в термостате (бане) при частичном погружении контрольного термометра, градуированного на полное погружение, в показания контрольного термометра вводят поправку (∆t) на выступающий из термостата (над поверхностью жидкости в бане) столбик жидкости в термометре:

t = Kh(t1 – t2),

где K коэффициент, равный для ртутного термометра 0,00016, для спиртового – 0,001;

hвысота выступающего столбика термометра;

t1 – заданная температура в термостате, °С;

t2 температура окружающего воздуха вблизи середины выступающего столбика ртути или спирта, °С (определяется вспомогательным термометром, резервуар которого находится на середине высоты выступающего столбика).

Для определения истинной температуры жидкости в термостате поправку алгебраически прибавляют к показанию термометра.

Подготовка вискозиметров. Перед использованием вискозиметров необходимо убедиться в их исправности и чистоте. После использования и между последовательными определениями вискозиметры несколько раз промывают растворителем полностью смешивающимся с определяемой жидкостью. Чтобы удалить остаточные следы органических соединений, вискозиметры обрабатывают хромовой смесью или иными сильными окисляющими веществами. Затем тщательно ополаскивают дистиллированной водой, осушающим растворителем и сушат сухим воздухом или под вакуумом.

Нельзя применять щелочные очищающие растворы, так как могут возникнуть изменения в калибровке вискозиметров.

Определение кинематической вязкости вискозиметром Канон-Фенске (рис. 5.1). В чистый сухой вискозиметр вносят пробу нефтепродукта следующим образом. На трубку 2 надевают резиновую трубку. Трубку вискозиметра 1 погружают в сосуд с нефтепродуктом и засасывают его (с помощью резиновой груши, водоструйного насоса или иным способом) до метки М2, при этом необходимо следить, чтобы в жидкости не образовались пузырьки воздуха. В момент, когда уровень жидкости достигает метки М2, вискозиметр вынимают из сосуда и быстро устанавливают в нормальное положение. Снимают с внешней стороны конца трубки 1 избыток жидкости и надевают на этот конец резиновую трубку. Вискозиметр помещают в термостат и выдерживают 20 мин. Расширение 3 должно находиться ниже уровня жидкости в термостате примерно на 3 см. После выдержки в термостате жидкость засасывают в расширение 4 приблизительно на 5 мм выше метки М1. По секундомеру определяют время перемещения мениска жидкости от метки М1 до метки М2.

Вычисление кинематической вязкости. Вычисления производят с учетом поправок на температуру (см. выше) и на кинетическую энергию.

Кинематическую вязкость η, мм2/с, вычисляют с учетом размеров вискозиметра по формуле:

(3)

где g — ускорение силы тяжести, см/с2;

D — диаметр капилляра, см;

h — среднее вертикальное расстояние между верхней и нижней метками, см;




Рис. 5.1 Рис. 5.2 Рис. 5.3

Вискозиметр типа Вискозиметр типа Вискозиметр типов

Канон-Фенске Пинкевича ВПЖТ-2, ВПЖ-2

(ВПЖТ-4, ВПЖ-4)


Т — время истечения, с;

V — объем жидкости измерительного резервуара, см3;

L длина капилляра, см;

Е — коэффициент кинетической энергии, мм2∙с.

Если время истечения выбранного вискозиметра превышает 200 с., то формулу (1) можно упростить, пренебрегая выражением кинетической энергии и группируя не переменные члены в постоянную С следующим образом: η = СТ.

Вискозиметры, рассмотренные в данном пособии устроены так, что поправка на кинетическую энергию очень мала, если время истечения жидкости более 200 с. Чтобы пренебречь поправкой на кинетическую энергию при использовании различных вискозиметров для измерения жидкостей с малой вязкостью требуется минимальное время истечения более 200 с.

Для вискозиметров с постоянной меньше или равной 0,01 см22 поправка на кинетическую энергию может быть значительной, если не соблюдается минимальное время истечения 200 с. В этом случае вводят поправку на кинетическую энергию по формуле:

, (4)

где С — постоянная вискозиметра, см22 (сСт/с2);

Т— время истечения, с;

Е — коэффициент кинетической энергии, см2∙с.

Коэффициент кинетической энергии Е, см2∙с, определяют по формуле:



где L — длина капилляра, см.

Калибровка вискозиметров. Для калибровки вискозиметров используют стандартные образцы вязкости нефти. Выбрав стандартный образец нефти с кинематической вязкостью при температуре калибровки в пределах кинематической вязкости калибруемого вискозиметра определяют время истечения жидкости. Постоянную вискозиметра С вычисляют по формуле:

,

где η – кинематическая вязкость, мм2∙с, для стандартного образца жидкости; t – время истечения жидкости, с.

Определение кинематической вязкости вискозиметром Пинкевича (ВПЖ-4, ВПЖТ-4 и ВПЖ-2, ВПЖТ-2 (рис. 5.2 и 5.3). На отводную трубку 3 надевают резиновую трубку, Далее, зажав пальцем колено 2 и перевернув вискозиметр, опускают колено 1 в сосуд с нефтепродуктом и засасывают его (с помощью груши или иным способом) до метки М2, следя за тем, чтобы в жидкости не образовались пузырьки воздуха. В момент, когда уровень жидкости достигает метки М2, вискозиметр вынимают из сосуда и быстро перевертывают в нормальное положение. Снимают с внешней стороны конца колена 1 избыток жидкости и надевают на него резиновую трубку. Вискозиметр устанавливают в термостат так, чтобы расширение 4 было ниже уровня жидкости. После выдержки в термостате при определенной температуре не менее 15 мин засасывают жидкость в колено1 примерно до 1/3 высоты расширения 4. Соединяют колено 1 с атмосферой и определяют время перемещения жидкости от метки М1 до метки М2.

Определение кинематической вязкости вискозиметрами типов ВПЖТ-1, ВПЖ-1 (БС/ИП/СЛ) (рис. 6). Испытуемый нефтепродукт наливают в чистый вискозиметр через трубку 1 так, чтобы уровень ее установился между метками М3 и М4. На концы трубок 2 и 3 надевают резиновые трубки, при этом первая из них должна быть снабжена краном, вторая – краном с резиновой грушей. Вискозиметр устанавливают вертикально в термостате так, чтобы уровень термостатирующей жидкости находился на несколько сантиметров выше расширения 4.

При температуре опыта вискозиметр выдерживают не менее 15 мин, после чего грушей при закрытой трубке 2 всасывают жидкость выше метки М1 примерно до середины расширения 4 и перекрывают кран, соединенный с трубкой 3. Если вязкость нефтепродукта менее 500 сСт, открывают кран на трубке 3 и потом освобождают зажим на трубке 2. При более вязких нефтепродуктах сначала открывают трубку 2, затем измеряют время понижения уровня жидкости в трубке 3 от метки М1 до М2. Необходимо при этом обращать внимание на то, чтобы к моменту подхода уровня жидкости к метке М1 в расширении 5 образовался «висячий уровень», а в капилляре не было пузырьков воздуха.

Вычисление кинематической вязкости. Вычисления производят с учетом поправок на температуру (см. выше) и на кинетическую энергию.

Кинематическую вязкость η, мм2/с, вычисляют с учетом размеров вискозиметра по формуле:

(5)

где g — ускорение силы тяжести, см/с2;

D — диаметр капилляра, см;

h — среднее вертикальное расстояние между верхней и нижней метками, см;

Т — время истечения, с;

V — объем жидкости измерительного резервуара, см3;

L — длина капилляра, см;

Е — коэффициент кинетической энергии, мм2∙с.







Рис. 6. Вискозиметр типов ВПЖТ-1, ВПЖ-1 (БС/ИП/СЛ)


Если время истечения выбранного вискозиметра превышает 200 с., то формулу (4) можно упростить, пренебрегая выражением кинетической энергии и группируя не переменные члены в постоянную С следующим образом:

η = СТ.

Вискозиметры, рассмотренные в данном пособии устроены так, что поправка на кинетическую энергию очень мала, если время истечения жидкости более 200 с. Чтобы пренебречь поправкой на кинетическую энергию при использовании различных вискозиметров для измерения жидкостей с малой вязкостью требуется минимальное время истечения более 200 с.

Для вискозиметров с постоянной меньше или равной 0,01 см22 поправка на кинетическую энергию может быть значительной, если не соблюдается минимальное время истечения 200 с. В этом случае вводят поправку на кинетическую энергию по формуле:

, (5)

где С — постоянная вискозиметра, см22 (сСт/с2);

Т— время истечения, с;

Е — коэффициент кинетической энергии, см2∙с., определяемый по формуле:

, (6)

где L — длина капилляра, см.

1   2   3

Похожие:

Учебное пособие санкт-петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург
Учебное пособие предназначено для студентов II курса химических специальностей

Учебное пособие санкт-петербург iconНовые поступления в библиотеку балтийского русского института
Федералогия: учебное пособие / Р. Г. Абдулатипов. Санкт-Петербург: Питер, 2004. 320 с.: ил. (Учебное пособие)

Учебное пособие санкт-петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург
Башмаков, В. И. Химия элементов. Часть I. S-элементы [Текст]: учебное пособие / С. А. Симанова, Т. Б. Пахомова, Е. А. Александрова....

Учебное пособие санкт-петербург iconУчебное пособие Издательство спбгпу санкт-Петербург
Учебное пособие соответствует дисциплинам опд ф10 «Сети ЭВМ и телекоммуникации» государственного общеобразовательного стандарта направления...

Учебное пособие санкт-петербург iconУчебное пособие Санкт Петербург 2002 удк 629. 76
Керножицкий В. А., Бызов Л. Н. Надежность. Лабораторный практикум: Учебное пособие. Балт гос тех ун-т, спб., 2002. – с

Учебное пособие санкт-петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург 2001 2 удк 532. 517. 4 Б 43 Моделирование турбулентных течений: Учебное пособие / И. А. Белов, С. А
Дан структурный анализ одного из важнейших направлений в исследовании турбулентных те

Учебное пособие санкт-петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург 2008 Авторы : Кокин В. Г., кандидат военных наук, доцент; Абликов В. И. Под общей редакцией
Учебное пособие предназначено для должностных лиц и специалистов го и рсчс организаций, преподавателей умц гочс и пб

Учебное пособие санкт-петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург 2007 Научный редактор: Шипицына Л. М. д б. н., проф., заслуж деят науки рф
Профилактика вич-инфекции у несовершеннолетних в образовательной среде: Учебное пособие / Под ред. Л. М. Шипицыной. – Спб, 2007

Учебное пособие санкт-петербург iconТехника и технические науки в целом 22. 30. 10я73 Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника : учеб пособие для вузов / К. К. Ким [и др.]; под ред. К. К. Кима. Санкт-Петербург и др. Питер, 2006. 367 с. (Учебное пособие)
Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника : учеб пособие для вузов / К. К. Ким [и др.]; под ред. К....

Учебное пособие санкт-петербург iconУчебное пособие для студентов гуманитарных факультетов Санкт-Петербург


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница