צמיגות. מקדם צמיגות דינמית. המשמעות הפיזית של מקדם צמיגות

מדד צמיגות - פרמטר מרכזי של נוזל או גז עובד. מבחינה פיזית, הצמיגות ניתן להגדיר את החיכוך הפנימי נגרם על ידי התנועה של חלקיקים המהווים את המסה של הנוזל הבינוני (גזים), או, יותר פשוט, את ההתנגדות לתנועה.

מהי הצמיגות

קביעה צמיגה ניסיון אמפירי פשוט: המשטח המשופע החלקה זרם בו זמנית לתוך כמות שווה של מים ושמנים. מים זורמים נפט מהר. זה יותר נוזל. נע במהירות לנקז את השמן מונע חיכוך גבוה בין המולקולות שלו (התנגדות פנימית - צמיגות). לפיכך, צמיגות הנוזל ביחס הפוך הנזילות שלה.

מדד צמיגות: הנוסחה

בצורה פשוטה של תהליך נוזל צמיג בצנרת יכולה להיחשב שכבות מקבילות שטוחות כמו A ו- B עם אותו שטח פן S, מרחק בין המהווה את סדר הגודל של h.

שני הרבדים (A ו- B) לעבור עם מהירויות שונות (V ו- V + ΔV). שכבה בעל המהירות הגבוהה ביותר (V + ΔV), כרוכה בתנועה של B השכבה, נע במהירות איטית (V). במקביל שכבת B נוטה להאט את קצב א שכבת המשמעות הפיזית של מקדם צמיגות היא כי החיכוך של מולקולות המהוות את התנגדות זרימת השכבות יוצר כוח אשר יצחק Nyuton המתואר על ידי הנוסחה הבאה:

F = μ × S × (ΔV / h)

כאן:

• ΔV - ההבדל בין מהירות התנועה של שכבות זרימת נוזל;
• h - המרחק בין שכבות זרם נוזל;
• S - שטח פנים של שכבת זרימת הנוזל;
• μ (mu) - גורם בהתאם מאפיינים של נוזל, הנקרא צמיגות דינמית מוחלטת.

בשנת SI נוסחא היחידה היא כדלקמן:

μ = (F × h) / (S × ΔV) = [Pa × s] (× פסקל השני)

איפה F - כוח הכבידה (משקל) יחידת נפח הנוזל ההידראולי.

הערך של צמיגות

ברוב המקרים, המקדם של צמיגות דינמית נמדד centipoises (CP) בהתאם CGS המערכת (סנטימטר, גרם, שני). בפועל, את הצמיגות של יחס מסת הנוזלי קשורה נפח, צפיפות נוזל דהיינו:

ρ = m / V

כאן:

• ρ - צפיפות הנוזל;
• מ '- מסה של נוזל;
• V - נפח של נוזל.

היחס בין הצמיגות הדינמית (μ) והצפיפות (ρ) נקרא ν צמיגות קינמטיקה (ν - יווני - נו):

ν = μ / ρ = [m ² / s]

אגב, שיטות לקביעת מקדם הצמיגות שונות. לדוגמה, צמיגות קינמטיקה עדיין נמדדת בהתאם למערכת GHS ב centistokes (CST) וכן כמויות submultiple - סטוקס (סנט):

• 1st class = 10 ^-4 מ ^'2 / s = 1 ס"מ ² / s;
• 1sSt = 10 ^-6 מ ^'2 / s = 1 מ"מ ² / s.

קביעת הצמיגות של מים

מקדם ומים צמיגים נקבע על ידי מדידת זמן זרימת הנוזל דרך צינור נימים המכוילת. מכשיר זה הוא מכויל באמצעות צמיגות נוזל תקן ידועה. כדי לקבוע צמיגות קינמטיקה, נמדדה מ"מ ² / ים, הפעם זרימת הנוזל, הנמדד בשניות, הוא מוכפל ערך קבוע.

כיחידת השוואה משמשת את הצמיגות של מים מזוקקים, שערכם הוא כמעט קבוע גם כאשר שינויי הטמפרטורה. צמיגות - יחס של הזמן בשניות שבו נדרש נפח קבוע של מים מזוקקים כדי פקיעת חור מכויל, לאותו ערך עבור נוזל המבחן.

viscometers

צמיגות נמדד במעלות אנגלר (° E) Saybolt יוניברסל שניות ( "SUS) או מעלות רדווד (° RJ) תלוי בסוג של rheometer. שלושה סוגים של viscometers נבדלים זה מזה רק את כמות זורם במדיום נוזלי.

Viscometer מדידת הצמיגות במעלות אנגלר יחידה אירופאית (° E), מחושבת לפי 200 סנטימטר ³ של זורם במדיום נוזלי. Viscometer מדידת צמיגות תוך מספר שניות יוניברסל Saybolt ( "SUS או" SSU), בשימוש בארצות הברית, המכיל 60 ס"מ ³ של נוזל המבחן. באנגליה, שבו משמשים מעלות רדווד (° RJ), עורכת viscometer מדידת צמיגות של 50 ס"מ ³ של נוזל. לדוגמה, אם 200 ס"מ ³ מתוך הנפט זורם בשעה עשר פעמים לאט יותר אותה כמות של מים, צמיגות היא 10 מעלות אנגלר E.

מאז הטמפרטורה היא גורם מפתח בשינוי היחס הצמיג, המדידות מתבצעות בדרך כלל בתחילה בטמפרטורה קבועה של 20 מעלות צלזיוס ולאחר מכן על הערכים הגבוהים יותר שלו. התוצאה, ובכך, מתבטאת על ידי הוספה בטמפרטורה מתאימה, למשל, 10 ° E / 50 מעלות צלזיוס או 2.8 ° E / 90 ° C. צמיגות הנוזל על 20 מעלות צלזיוס מעל צמיגות שלה בטמפרטורות גבוהות. יש שמנים הידראוליים צמיגים בטמפרטורה המתאימה הבאה:

190 CST ב 20 ° C = 45.4 CST ב 50 ° C = 11.3 CST ב 100 ° C.

ערכי תרגום

קביעת צמיגות מתרחשת במערכות שונות (אמריקאית, בריטית, GHS) ולכן לעיתים קרובות נדרשים לתרגם נתונים ממערכת מדידה אחת לאחרת. כדי להמיר את ערכי הצמיגות של הנוזל הביע במעלות אנגלר ב centistokes (מ"מ ² / s) באמצעות הנוסחא האמפירית הבאה:

ν (CST) = 7,6 × ° E × (1-1 / ° E3)

לדוגמה:

• 2 ° E = 7,6 × 2 × (1-1 / 23) = 15,2 × (0875) = 13,3 CST;
• 9 ° E = 7,6 × 9 × (1-1 / 93) = 68,4 × (0,9986) = 68,3 CST.

על מנת לקבוע את הצמיגות הסטנדרטית במהירות של הנוסחא ההידראולית ניתן לפשט נפט כדלקמן:

ν (CST) = 7,6 × ° E (מ"מ ² / s)

לאחר צמיגות קינמטיקה ν במ"מ ² / ים או CST, זה יכול להיות מומר מקדם צמיגות דינמית μ, באמצעות הקשר הבא:

μ = ν × ρ

דוגמה. בסיכום מעלות אנגלר התרגום נוסחאות שונות (° E) centistokes (CST) ו centipoises (CPS), להניח כי שמן הידראולי עם צפיפות ρ = 910 ק"ג / מ ³ יש צמיגות קינמטיקה של 12 ° E, ביחידות של centistokes:

ν = 7,6 × 12 × (1-1 / 123) = 91,2 × (0,99) = 90,3 מ"מ ² / s.

מאז 1sSt = 10 ^-6 מ ^'2 / s ו- 1br = N × 10 ^-3 s / m ^2, אזי הצמיגות הדינמית תהיה שווה ל:

μ = ν × ρ = 90.3 × 10 ^-6 · 910 = 0.082 × N s / m ² = 82 CPS.

מקדם צמיגות של הגז

היא נקבעת על ידי הרכב (כימי, מכאני) גז בטמפרטורה ובלחץ שיושמה חישובים דינמיים-גז הקשורים לתנועת גז. בפועל, את הצמיגות של הגז נלקחת בחשבון בתכנון הפיתוח של שדות גז, שבו החישוב מתבצע שינויים מקדמים בהתאם לשינויים בהרכב הגז (חשובים במיוחד עבור פיקדונות גז מעובים), טמפרטורה ולחץ.

אנו לחשב את מקדם הצמיגות של אוויר. התהליכים יהיו דומים לאלה שתוארו לעיל שני זרמי המים. תניח שני U1 זרמי גז נע במקביל ו- U2, אך בקצב שונה. בין השכבות של הסעה תתרחש מולקולות (הדדיות). כתוצאה מכך, זרימת אוויר מומנטום מהר מרגשת תקטן בתחילה נעה לאט - מואץ.

מקדם צמיגות האוויר, על פי החוק של ניוטון, הביע ידי הנוסחה הבאה:

F = × -h (du / DZ) × S

כאן:

• du / DZ הוא מדרג המהירות;
• S - שטח של כוח ההשפעה;
• h פקטור - הצמיגות הדינמית.

מדד צמיגות

מדד צמיגות (VI) - פרמטר התאמת השינוי צמיג והטמפרטורה. הקורלציה קשר תלות סטטיסטי, במקרה זה שני הערכים שבו השינוי בטמפרטורה מלווה וריאציה שיטתית של צמיגות. ככל שמדד הצמיגות הגבוה יותר, פחות השינוי בין שני הערכים, כלומר את הצמיגות של נוזל העבודה יציב יותר עם טמפרטורה.

הצמיגות של שמנים

ביסוד מדד צמיגות השמן המודרני של פחות מ 95-100 יחידות. אז במכונות וציוד הידראוליים יכול לשמש נוזלים יציבים דיה מגבילי וריאציה רחבה צמיג בתנאים של טמפרטורות קריטיות.

"נוח" מקדם צמיגות יכול להישמר על ידי החדרת תוספי שמן מיוחד (פולימרים) מתקבלים על ידי הזיקוק של נפט. הם להגדיל את שמן בצמיגות מדד ידי הגבלת שינויים במאפייני בטווח המותר. בפועל כניסתה של כמות הכרחית של תוספים בשמן בסיס נמוך צמיגות מדד יכול לעלות ל 100-105 יחידות. עם זאת, ובכך התערובת שהושגה הייתה פוגע תכונותיו בלחץ גבוה ועומס חום, ובכך להפחית את היעילות של התוסף.

בכוח מעגלים חייבים לשמש נוזלים הידראוליים חזקים עם אינדקס צמיגות של 100 יחידות. נוזלים המכילים תוספים המגבירים את מדד הצמיגות, משמשים מעגל בקרה הידראולית ומערכות אחרות הפועלות בטווח של לחץ נמוך / בינוני, בתוך שינויי טווח טמפרטורות מוגבלים עם דליפות קטנות batchwise. ככל שעולה לחץ ואת העליות הצמיגות, אך התהליך מתרחש בלחץ מעל 30.0 מגפ"ס (300 בר). בפועל, הגורם זו לעיתים קרובות מוזנחת.

מדידה והצמדה

בהתאם לתקני ISO הבינלאומיים, את הצמיגות של מים (ונוזלים אחרים) מתבטאת centistokes: CST (מ"מ ² / s). מדידות של שמני תהליך הצמיגות צריכות להתבצע בטמפרטורות שבין 0 ° C, 40 ° C ו 100 ° C. בכל מקרה, את צמיגות השמן סימן קוד יש לציין את הספרה 40 ° C. צמיגות הרחק ניתנת על 50 ° C. מרקס, לרוב בשימוש הידראוליקה הנדסה, נע בין ISO VG 22 ל ISO VG 68.

VG שמן הידראולי 22, 32 VG, 46 VG, VG 68, VG 100 בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס יש צמיגות המתאימה תיוג שלהם: 22, 32, 46, 68 ו 100 CST. צמיגות קינמטיקה האופטימלית של הנוזל עובד במערכות הידראוליות טמונה בטווח של 16 עד 36 CST.

אגודה האמריקנית של מהנדסי רכב (אגודת מהנדסי רכב - SAE) קימת טווחים של צמיגויות בטמפרטורות ספציפיות וקודים מתאימים שהוקצו להם. המספר הבא האות W, - μ מקדם צמיגות דינמית מוחלט על 0 מעלות (-17.7 ° C), ו ν צמיגות קינמטיקה נקבע על 212 ° F (100 ° C). לגבי אינדוקס זה שמנים דרגה המשמשים בתעשיית הרכב (שידור, מנוע, וכן הלאה. ד).

השפעת הצמיגות על עבודה הידראולית

קביעת צמיגות הנוזל אינה עניין מדעי וחינוכי בלבד, אלא גם נושאת משמעות מעשית חשובה. הנוזלים ההידראוליים לא רק להעביר אנרגיה ממשאבת המנוע ההידראולי, אלא גם כדי לשמן את כל החלקים והרכיבים מוסרים מאפשרויות צמדי החיכוך שנוצר החום. אינו תואם את העבודה של צמיגות נוזל העבודה יכולה לשבש את האפקטיביות ברצינות של הידראוליקה.

הצמיגות הגבוהה של (שמן צפיפות גבוהה מאוד) הנוזל עובד מובילה את ההשפעות השליליות הבאות:

• התנגדות הזרימה המוגברת של הנוזל ההידראולי גורמת לירידה בלחץ מוגזמת במערכת ההידראולית.
• האטה מלאה של מהירות בתנועות מכאניות של המפעילים.
• פיתוח cavitation משאבה.
• אפס או שחרור אוויר נמוך מאוד מטנק השמן ההידראולי.
• פסד ניכר של כוח (יעיל בהפחתה) הידראוליקה בשל העלות הגבוהה של אנרגיה להתגבר על החיכוך הפנימי של הנוזל.
• מומנט מוגבר של המניע הראשוני של המכונה הנגרמת על ידי הגדלת העומס על המשאבה.
• עליית הטמפרטורה של הנוזל ההידראולי שנוצר על ידי חיכוך מוגבר.

לפיכך, המשמעות הפיזית של מקדם צמיגות היא השפעתה (חיובית או שלילית) על רכיבים ומנגנונים עבור כלי רכב, מכונות וציוד.

אובדן כוח הידראולי

הצמיגות הנמוכה של נוזל העובדים (שמן צפיפות נמוך) גורמת להשפעות השליליות הבאות:

• Falling יעילות נפחית של המשאבות כתוצאה הגדלת דליפה פנימית.
• הגידול דליפה פנימית של רכיבים הידראוליים במערכת ההידראולית כולו - משאבות, שסתומים, שסתום, מנועים הידראוליים.
• גברת ללבוש יחידות שאיבה ומשאבות חסימה עקב צמיגות נוזל הידראולי די הכרחי שימון של חלקי שפשוף.

פְּחִיסוּת

כל נוזל בלחץ דחוס. בהתייחס שמנים, נוזלי קירור וחומרי סיכה המשמש הידראוליקה הנדסה מכנית, באופן אמפירי זה נמצא כי תהליך הדחיסה הוא ביחס הפוך מסת נוזל על נפחו. כמות חבר דחיסה כדי שמנים מינרלים נמוכות משמעותית עבור מים נמוך בהרבה עבור נוזלים סינטטיים.

למעשה זניחים דחיסת נוזל הידראולית בלחץ נמוך פשוט על הקטנת הנפח הראשוני. אבל מחשבים חזקים עם בלוני כונן הידראולי בלחץ גבוה וגדול, תהליך זה בא לידי ביטוי גלוי. בשינה הידראולי שמן מינרלים בלחץ של 10.0 מגפ"ס (100 בר), נפח המקטין ידי 0.7%. במקרה זה, שינוי בהיקפי דחיסה במידה מועטה להשפיע על צמיגות קינמטיקה וסוג שמן.

מסקנה

קביעת הצמיגות מאפשרת לחזות את הפעולה של הציוד ומכונה בתנאים שונים, לוקח בחשבון את השינויים בהרכב נוזל או גז, לחץ, טמפרטורה. כמו כן, שליטת האינדיקטורים הרלוונטיים לתעשיית הנפט והגז, כלי העזר ותעשיות אחרות.