Как найти кинетическую вязкость жидкости

Как найти кинетическую вязкость жидкости

Вязкость жидкости

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

  • Физический смысл вязкости
  • Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная
  • Коэффициент вязкости жидкости
  • Методы измерения вязкости. Метод Стокса.
  • Видео по теме вязкости

Физический смысл 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 υ1

Физический смысл вязкости

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

Физический смысл вязкости - формула

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. Эту величину называют коэффициентом кинематической вязкости жидкости или просто кинематической вязкостью и обозначают буквой ν. Таким образом кинематическая вязкость жидкости

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.

. 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

Ротационный метод

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” смотрят:

Закон Паскаля для газов и жидкостей в гидростатике

Закон Паскаля для газов и жидкостей в гидростатике

Кавитация в насосах

Кавитация в насосах

Гидравлическое сопротивление

Гидравлическое сопротивление

Источник
Механика сплошных сред
BernoullisLawDerivationDiagram.svg
Сплошная среда

Классическая механика

Закон сохранения массы · Закон сохранения импульса

Теория упругости

Напряжение · Тензор · Твёрдые тела · Упругость · Пластичность · Закон Гука · Реология · Вязкоупругость

Гидродинамика

Жидкость · Гидростатика · Гидродинамика · Вязкость · Ньютоновская жидкость · Неньютоновская жидкость · Поверхностное натяжение

Основные уравнения

Уравнение непрерывности · Уравнение Эйлера · Уравнение Громеки — Лэмба · Уравнение Бернулли · Уравнения Навье — Стокса · Уравнение вихря · Уравнение диффузии · Закон Гука

См. также: Портал:Физика

Поведение жидкости с малой (сверху) и с большой (снизу) вязкостью

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате макроскопическая работа, затрачиваемая на это перемещение, рассеивается в виде тепла. Твёрдые тела (стекло, металлы, полупроводники, диэлектрики, ферромагнетики)[1] также могут обладать вязкостью, но внутреннее трение в твёрдых телах в силу специфики явления обычно рассматривается отдельно в теории упругости и пластичности.

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Вязкость газов и жидкостей характеризуют динамическим коэффициентом вязкости (единица измерения в Международной системе единиц (СИ) — паскаль-секунда, Па·с, в системе СГС — пуаз, П; 1 Па·с = 10 П, 1 сП = 10−3 Па·с = 1 мПа·с) или кинематическим коэффициентом вязкости (единица измерения в СИ — м2/c, в СГС — стокс, Ст; 1 Ст = см2/с = 10−4 м2/с, 1 сСт = 1 мм2/с = 10−6 м2/с; внесистемная единица — градус Энглера). Кинематический коэффициент вязкости — отношение динамического коэффициента к плотности вещества. Классические методы измерения вязкости включают, например, измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести. Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Переход вещества из жидкого состояния в стеклообразное обычно связывают с достижением вязкости порядка 1011—1012 Па·с.

Сила вязкого трения[править | править код]

Если параллельные плоские тела площадью S каждое, находящиеся на малом расстоянии h, движутся в той же плоскости со скоростью vec{v} друг относительно друга, а пространство между телами заполнено жидкостью или газом, то на каждое из них действует сила, в простейшем случае пропорциональная относительной скорости vec{v} и площади S и обратно пропорциональная расстоянию между телами h:

{displaystyle {vec {F}}sim -{frac {{vec {v}}cdot S}{h}}.}

Коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости. Этот закон был предложен Исааком Ньютоном в 1687 году и носит его имя (закон вязкости Ньютона). Экспериментальное подтверждение закона было получено в начале XIX века в опытах Кулона с крутильными весами и в экспериментах Хагена и Пуазёйля с течением воды в капиллярах[2].

Эта сила называется силой вязкого трения. Её качественное отличие от сухого трения, кроме прочего, в том, что она пропорциональна скорости. Следовательно, при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы тело обязательно придёт в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя.

Вторая вязкость[править | править код]

Вторая вязкость, или объёмная вязкость, — внутреннее трение при переносе импульса в направлении движения. Влияет только при учёте сжимаемости и (или) при учёте неоднородности коэффициента второй вязкости по пространству.

Если динамическая (и кинематическая) вязкость характеризует деформацию чистого сдвига, то вторая вязкость характеризует деформацию объёмного сжатия.

Объёмная вязкость играет большую роль в затухании звука и ударных волн и экспериментально определяется путём измерения этого затухания.

Вязкость газов[править | править код]

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

{displaystyle eta ={frac {1}{3}}langle urangle langle lambda rangle rho ,}

где {displaystyle langle urangle } — средняя скорость теплового движения молекул, {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 rho прямо пропорциональна давлению, а длина пробега {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, растущей с температурой как {sqrt {T}}.

Влияние температуры на вязкость газов[править | править код]

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:[3]

{displaystyle mu =mu _{0}{frac {T_{0}+C}{T+C}}left({frac {T}{T_{0}}}right)^{3/2},}

где

mu  — динамическая вязкость (в Па·с) при заданной температуре T;
mu _{0} — контрольная вязкость (в Па·с) при некоторой контрольной температуре T_{0};
T — заданная температура в кельвинах;
T_{0} — 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_{0}, K mu _{0}, 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[4] 273 19[5]

Вязкость жидкостей[править | править код]

Динамическая вязкость[править | править код]

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Для так называемых ньютоновских жидкостей (которых вокруг нас большинство) справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

{displaystyle tau =-eta {frac {partial v}{partial n}}.}

Коэффициент вязкости eta (коэффициент динамической вязкости, динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что eta будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля — Андраде:

{displaystyle eta =Ce^{w/kT}.}

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским[6]. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества {displaystyle V_{M}}. Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение

{displaystyle eta ={frac {c}{V_{M}-V_{C}}},}

где:

c — константа, характерная для определённой жидкости;
{displaystyle V_{C}} — собственный объём, занимаемый частицами жидкости.

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкость[править | править код]

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной

nu ={frac {eta }{rho }},

и эта величина получила название кинематической вязкости[7].

Здесь rho  — плотность жидкости; eta  — коэффициент динамической вязкости.

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом: 1 сСт = 1 мм2/c = 10−6 м2/c.

Условная вязкость[править | править код]

Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают — °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 мл испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле

{displaystyle nu =7,4cdot 10^{-6}E_{t},}

где nu  — кинематическая вязкость (в м2/с), а {displaystyle E_{t}} — условная вязкость (в °ВУ) при температуре t.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости[править | править код]

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 — Стокса[8]):

{displaystyle sigma _{ij}=eta left({frac {partial v_{i}}{partial x_{j}}}+{frac {partial v_{j}}{partial x_{i}}}right),}

где sigma_{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.[источник не указан 1007 дней]

Вязкость аморфных материалов[править | править код]

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс[9]:

{displaystyle eta (T)=Aexp left({frac {Q}{RT}}right),}

где

Q — энергия активации вязкости (Дж/моль);
T — температура (К);
R — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К);
A — некоторая постоянная.

Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости Q изменяется от большой величины Q_{H} при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину Q_{L} при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда {displaystyle (Q_{H}-Q_{L})<Q_{L}}, или ломкие, когда {displaystyle (Q_{H}-Q_{L})geqslant Q_{L}}. Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса {displaystyle R_{D}={frac {Q_{H}}{Q_{L}}}}: сильные материалы имеют {displaystyle R_{D}<2}, в то время как ломкие материалы имеют {displaystyle R_{D}geqslant 2}.

Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением[10]

{displaystyle eta (T)=A_{1}Tleft(1+A_{2}exp {frac {B}{RT}}right)left(1+Cexp {frac {D}{RT}}right)}

с постоянными A_{1}, A_{2}, B, C и D, связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.

В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования T_{g} это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.

Если температура существенно ниже температуры стеклования, {displaystyle T<T_{g}}, двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса

{displaystyle eta (T)=A_{L}Texp left({frac {Q_{H}}{RT}}right)}

с высокой энергией активации Q_{H}=H_{d}+H_{m}, где H_{d} — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а H_{m} — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при {displaystyle T<T_{g}} аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.

При {displaystyle Tgg T_{g}} двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса

{displaystyle eta (T)=A_{H}Texp left({frac {Q_{L}}{RT}}right),}

но с низкой энергией активации Q_{L}=H_{m}. Это связано с тем, что при {displaystyle Tgg T_{g}} аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.

Относительная вязкость[править | править код]

В технических науках часто пользуются понятием относительной вязкости, под которой понимают отношение коэффициента динамической вязкости (см. выше) раствора к коэффициенту динамической вязкости чистого растворителя:

{displaystyle mu _{r}={frac {mu }{mu _{0}}},}

где

μ — динамическая вязкость раствора;
μ0 — динамическая вязкость растворителя.

Вязкость некоторых веществ[править | править код]

Для авиастроения и судостроения наиболее важно знать вязкости воздуха и воды.

Вязкость воздуха[править | править код]

Зависимость вязкости сухого воздуха от давления при температурах 300, 400 и 500 K

Вязкость воздуха зависит в основном от температуры.
При 15,0 °C вязкость воздуха составляет 1,78⋅10−5 кг/(м·с) = 17,8 мкПа·с = 1,78⋅10−5 Па·с. Можно найти вязкость воздуха как функцию температуры с помощью программ расчёта вязкостей газов[11].

Вязкость воды[править | править код]

Зависимость динамической вязкости воды от температуры в жидком состоянии (Liquid Water) и в виде пара (Vapor)

Динамическая вязкость воды составляет 8,90·10−4 Па·с при температуре около 25 °C. Как функция температуры: T = A × 10B/(T−C), где A = 2,414·10−5 Па·с, B = 247,8 K, C = 140 K.

Значения динамической вязкости жидкой воды при разных температурах вплоть до точки кипения приведены в таблице:

Температура, °C Вязкость, мПа·с
10 1,308
20 1,002
30 0,7978
40 0,6531
50 0,5471
60 0,4668
70 0,4044
80 0,3550
90 0,3150
100 0,2822

Динамическая вязкость разных веществ[править | править код]

Ниже приведены значения коэффициента динамической вязкости некоторых ньютоновских жидкостей:

Вязкость отдельных видов газов

Газ при 0 °C (273 K), мкПа·с при 27 °C (300 K), мкПа·с
воздух 17,4 18,6
водород 8,4 9,0
гелий 20,0
аргон 22,9
ксенон 21,2 23,2
углекислый газ 15,0
метан 11,2
этан 9,5
Вязкость жидкостей при 25 °C

Жидкость Вязкость, Па·с Вязкость, мПа·с
ацетон 3,06·10−4 0,306
бензол 6,04·10−4 0,604
кровь (при 37 °C) (3—4)·10−3 3—4
касторовое масло 0,985 985
кукурузный сироп 1,3806 1380,6
этиловый спирт 1.074·10−3 1.074
этиленгликоль 1,61·10−2 16,1
глицерин (при 20 °C) 1,49 1490
мазут 2,022 2022
ртуть 1,526·10−3 1,526
метиловый спирт 5,44·10−4 0,544
моторное масло SAE 10 (при 20 °C) 0,065 65
моторное масло SAE 40 (при 20 °C) 0,319 319
нитробензол 1,863·10−3 1,863
жидкий азот (при 77K) 1,58·10−4 0,158
пропанол 1,945·10−3 1,945
оливковое масло 0,081 81
пек 2,3·108 2,3·1011
серная кислота 2,42·10−2 24,2
вода 8,94·10−4 0,894

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Внутреннее трение в металлах, полупроводниках, диэлектриках и ферромагнетиках: Сб. статей / Под ред. Ф. Н. Тавадзе. — М.: Наука, 1978. — 235 с.
  2. ↑ О некоторых ошибках в курсах гидродинамики Архивная копия от 22 декабря 2015 на Wayback Machine, с. 3—4.
  3. ↑ Alexander J. Smits, Jean-Paul Dussauge Turbulent shear layers in supersonic flow Архивная копия от 17 июля 2017 на Wayback Machine. — Birkhäuser, 2006. — P. 46. — ISBN 0-387-26140-0.
  4. ↑ Data constants for Sutherland’s formula Архивная копия от 6 марта 2018 на Wayback Machine.
  5. ↑ Viscosity of liquids and gases Архивная копия от 3 октября 2017 на Wayback Machine.
  6. ↑ Хмельницкий Р. А. Физическая и коллоидная химия: Учебних для сельскохозяйственных спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1988. — С. 40. — 400 с. — ISBN 5-06-001257-3.
  7. ↑ Попов Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и превмосистем : Учеб. для машиностроительных вузов. — М. : Машиностроение, 176. — С. 175. — 424 с.
  8. ↑ Седов Л. И. Механика сплошной среды Архивная копия от 28 ноября 2014 на Wayback Machine. Т. 1. — М.: Наука, 1970. — С. 166.
  9. ↑ Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. — Ленинград, Наука, 1975. — с. 226.
  10. ↑ Ojovan M. Viscous flow and the viscosity of melts and glasses. Physics and Chemistry of Glasses, 53 (4) 143—150 (2012).
  11. ↑ Gas Viscosity Calculator Архивная копия от 21 июля 2011 на Wayback Machine.

Литература[править | править код]

  • R. H. Doremus. J. Appl. Phys., 92, 7619—7629 (2002).
  • M. I. Ojovan, W. E. Lee. J. Appl. Phys., 95, 3803—3810 (2004).
  • M. I. Ojovan, K. P. Travis, R. J. Hand. J. Phys.: Condensed Matter, 19, 415107 (2007).
  • Л. И. Седов. Механика сплошной среды. Т. 1. — М.: Наука, 1970. — 492 с.
  • П. Н. Гедык, М. И. Калашникова. Смазка металлургического оборудования. — М.: Металлургия, 1976. — 380 с.
  • И. Ф. Голубев. Вязкость газов и газовых смесей. — М.: Физматлит, 1959.
  • Ред. Ф. Н. Тавадзе Внутреннее трение в металлах, полупроводниках, диэлектриках и ферромагнетиках. — М., Наука, 1978. — 235 c.

Ссылки[править | править код]

  • Аринштейн А. Сравнительный вискозиметр Жуковского // Квант, № 9, 1983.
  • Измерение вязкости нефтепродуктов
  • Булкин П. С. Попова И. И., Общий физический практикум. Молекулярная физика
  • Градус условной вязкости // Большой энциклопедический политехнический словарь. — 2004.
  • Вязкость воды
Источник

Вязкость жидкости


При подборе насосов мы задаем нашим клиентам ряд вопросов:

      1. Какую именно жидкость вы перекачиваете?
      2. Её температура?
      3. Плотность?
      4. Вязкость?

И если первые три пункта чаще всего не вызывают затруднений при ответе, то про вязкость нечасто услышишь конкретные цифры, например 100 сантипуаз или 235 сантистокс.

Обычно ответы в стиле:

  • как сметанка,
  • вроде жидкого мёда,
  • как масло машинное в Якутии,
  • я посмотрел в интернете похожее, думаю, что у меня глицерин вязкостью 10000 Ст.


И это нормально, потому что не все покупатели имеют под рукой вискозиметры или технологов,

паспорта на жидкости, или реальную таблицу зависимости вязкости перекачиваемой жидкости от температуры.

Что такое вязкость жидкости простыми словами

Вязкость (кинематическая или динамическая) — это свойство жидкости (или газа) оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) её частиц. Все жидкости обладают вязкостью, которая проявляется в виде внутреннего трения при смещении прилегающих друг к другу слоёв этой жидкости. Вследствие тормозящего влияния стенок/стенки, слои жидкости будут двигаться с разными скоростями, значения которых возрастают по мере отдаления от стенки.

Рис. 1. Пример перемещения слоёв жидкости при неподвижной нижней стенке.

Пример перемещения слоёв жидкости при неподвижной нижней стенке


Свойство, обратное вязкости (1/μ) – текучесть.

Динамическая вязкость жидкости

Динамическая вязкость – это свойства реальных жидкостей (в науке есть ещё понятие идеальной жидкости, это теоретическая упрощённая субстанция, придумана для облегчения решения задач гидромеханики) оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Проявляется при движении жидкости. Динамическую вязкость (η) ещё называют абсолютной.

Физический смысл динамического коэффициента вязкости заключается в том, что он численно равен касательному напряжению, возникающему между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга со скоростью, равной единице, при расстоянии между этими слоями, равном единице длины.

Размерность динамического коэффициента вязкости η в системе СИ есть Па*с:

1 Па*с = 1 кг*с/м2, чаще пользуемся мПа -1/1000 Па.

В системе СГС динамический коэффициент вязкости измеряется в Пуазах (по имени французского ученого Пуазейля)

1 Пуаз = 0,1 кг*с/м2.

Обычно пользуются в сто раз меньшей единицей – сантипуазом, которой соответствует динамическая вязкость воды при +20,5°С.

Кинематическая вязкость жидкости

Наряду с динамическим коэффициентом вязкости, широко применяется кинематический коэффициент вязкости ν, представляющий собой отношение первого к плотности ρ жидкости или газа:

ν= η/ρ.

Согласно системе СИ, обозначение кинематического коэффициента вязкости ν есть м2/с.

В системе СГС кинематический коэффициент вязкости измеряется в Стоксах (1 Ст = 1 см2/с = 10-4 м2/с) или в сантистоксах (1 сСт = 10-2 (0,01) Ст).

Ниже в таблицах приведены значения коэффициентов вязкости трансформаторного масла, воды и воздуха при различных температурах. Из данных таблиц следует, что с ростом температуры коэффициенты вязкости жидкостей уменьшаются, а газов увеличиваются.

коэффициенты вязкости при различных температурах

Вязкость довольно сильно зависит от температуры жидкости. Она уменьшается при повышении температуры и увеличивается при повышении давления.

Определение кинематической вязкости производится в классическом случае измерением времени вытекания под воздействием силы тяжести определённого объёма жидкости через калиброванное отверстие.

Как уже упоминалось выше, измерение кинематической и динамической вязкости возможно благодаря специализированным приборам – вискозиметрам, различным по принципу действия: ротационным, капиллярным, вибрационным, пузырьковым, с падающим шариком. Их существует много типов и разновидностей – Брукфилда, Стокса, по чашкам Форда, но нам это сейчас не столь первостепенно необходимо, и полученного общего понимания достаточно, чтобы двигаться дальше.

Рис. 2 Различные вискозиметры.

Различные вискозиметры. картинка 1Различные вискозиметры. картинка 2

Различные вискозиметры. картинка 3Различные вискозиметры. картинка 4

В практическо-бытовом понимании каждый знает, что есть разница, как течёт из половника бульон, кисель или мёд.

И, при подборе оборудования для перекачивания жидкости, в связи с этим возникает некая вариативность,

так как невозможно качать мёд насосами для воды, а битум – шестерёнными насосами без рубашки обогрева.

Часто бывает так, что при использовании различных типов вискозиметров для измерения вязкости, возникает необходимость перевода одних единиц измерения в другие, или в единицы измерения Метрической Системы.

Таблицы конверсии различных величин измерения вязкости и примерной вязкости всем знакомых жидкостей приведены ниже.

Таблица соответствия различных единиц измерения вязкости жидкости

Универсальные секунды Сейболта ssu

Кинематическая вязкость сантистоксы

Секунды Редвуда

Единицы Энглера

Секунды по чашке Партина № 10

Секунды по чашке Партина № 15

Секунды по чашкеПартина № 20

Секунды по чашке Форда № 3

Секунды по чашке Форда № 4

31

1.00

29

1

—

—

—

—

—

35

2.56

32.1

1.16

—

—

—

—

—

40

4.30

36.2

1.31

—

—

—

—

—

50

7.40

44.3

1.58

—

—

—

—

—

60

10.3

52.3

1.88

—

—

—

—

—

70

13.1

60.9

2.17

—

—

—

—

—

80

15.7

69.2

2.45

—

—

—

—

—

90

18.2

77.6

2.73

—

—

—

—

—

100

20.6

85.6

3.02

—

—

—

—

—

150

32.1

128

4.48

—

—

—

—

—

200

43.2

170

5.92

—

—

—

—

—

250

54.0

212

7.35

—

—

—

—

—

300

65.0

254

8.79

15

6.0

3.0

30

20

400

87.6

338

11.70

21

7.2

3.2

42

28

500

110

423

14.60

25

7.8

3.4

50

34

600

132

508

17.50

30

8.5

3.6

58

40

700

154

592

20.45

35

9.0

3.9

67

45

800

176

677

23.35

39

9.8

4.1

74

50

900

198

762

26.30

41

10.7

4.3

82

57

1000

220

896

29.20

43

11.5

4.5

90

62

1500

330

1270

43.80

65

15.2

63

132

90

2000

440

1690

58.40

86

19.5

7.5

172

118

2500

550

2120

73.0

108

24

9

218

147

3000

660

2540

87.60

129

28.5

11

258

172

4000

880

3380

117.0

172

37

14

337

230

5000

1100

4230

146

215

47

18

425

290

6000

1320

5080

175

258

57

22

520

350

7000

1540

5920

204.3

300

67

25

600

410

8000

1760

6770

233.5

344

76

29

680

465

9000

1980

7620

263

387

86

32

780

520

10000

2200

8460

292

430

96

35

850

575

15000

3300

13700

438

650

147

53

1280

860

20000

4400

18400

584

860

203

70

1715

1150

Таблица вязкости ряда распространенных жидкостей

Жидкость

t, 0С

ν, сСт
Бензин 15 0, 9
Воск жидкий 90 500
Глицерин 50%-ный водный раствор 20 6
Глицерин 80%-ный водный раствор 20 110
Глицерин безводный 20 1200
Дизельное топливо 20 8
Зубная паста 40 30000
Керосин 15 3
Концентрат фруктового сока 20 2500
Мазут 20 2000
Молоко цельное 20 1,8
Моторные масла 20 30-900
Нефть легкая 18 25
Нефть тяжелая 18 140
Оливковое масло 20 90
Патока 18 60000
Полиол (А) 10 85000
Скипидар 16 2
Спирт этиловый 20 1,5
Эфир 20 0,3

Принципы действия насосов под различные виды жидкости

Ампика – фирма насосная, поэтому нам вязкость интересна прежде всего с точки зрения правильного выбора принципа действия насосов под различные жидкости. Упрощая, подбор насосов, исходя из критерия вязкости, осуществляется по примерно такой градации:

Невязкие жидкости, 0-50 сСт

– Вода, ДТ, бензин – подходящие типы насосов: центробежные, вихревые, шиберные, многосекционные.

Жидкости с невысокой вязкостью, 50-300 сСт

– Масла – шиберные, шестерённые, винтовые.

Средней вязкости, 300-3000 сСт

– Мазут, лак – шиберные, шестерённые, винтовые, перистальтические, мембранные, ламинарные.

Высокой вязкости, до 70000 сСт

– Смазки, шпаклевки, пасты – винтовые, мембранные, шестерённые.

Видео 1. Образцы жидкостей с вязкостью 1/50/100/500/1000/5000/10000/50000/100000 CP.

При подборе насосов для вязких жидкостей очень важна информация о том, как жидкость будет попадать в насос:

самотёком, или необходимо всасывание, если да, то с какой глубины, по трубе какого диаметра?

Довольно часто бывает ситуация, когда создаваемое насосом разряжение недостаточно для того, чтобы жидкость попала в насос (т.к. жидкость поддавливается во всасывающий трубопровод атмосферным давлением, которое на поверхности планеты Земля составляет всего 1 атм.). На практике разряжения больше чем 0,3…0,5 атм на входе в насос для вязких жидкостей получить не удаётся (из-за особенностей конструкций таких насосов) + есть ещё сопротивление перекачиванию самой жидкости = жидкость может просто не потечь по всасывающей трубе и насос будет молотить впустую.

Рис. 3 Схема поступления жидкости в насос самотеком

Схема поступления жидкости в насос самотеком

При перекачке вязких жидкостей следует устанавливать насос как можно ближе к ёмкости и, по возможности, ставить насос ниже уровня жидкости, чтобы она попадала в насос самотёком.

Обязательно нужно рассчитывать достаточный диаметр трубы на входе и выходе насоса, учитывать количество задвижек, клапанов и поворотов трубопровода. Всё это сильно влияет на сопротивление перекачиванию. Нельзя просто выбрать насос без привязки к гидравлической системе, т.к. в противном случае он может просто не качать, или не выдавать требуемые параметры.

В ряде случаев помогает уменьшение длины всасывающего шланга и увеличение его диаметра.

Либо можно использовать полупогружной насос, который не всасывает жидкость, а сразу толкает её (внизу заборной трубы находится насосная часть, погружённая в жидкость, а двигатель находится выше её уровня).

Но достаточно часто это не помогает, и жидкость отказывается затекать даже в погружной насос. Тогда нужно устраивать поддавливание жидкости (например, создавать наддув в закрытой ёмкости или использовать систему с прижимным диском).

Рис. 4 Схема поступления жидкости в насос с наддувом/доп. нагнетанием

Схема поступления жидкости в насос с наддувом/доп. нагнетанием

Существуют установки с прижимным диском (иногда его называют следящей плитой) двух видов:

1) когда диск опускается под действием атмосферного давления (а оно теоретически равно 1 кг/см2, хотя по факту несколько меньше).

Например, диск диаметром 600 мм (60 см), теоретически будет поджимать жидкость с таким давлением:

π*D2/4 (площадь диска) = 3,14*3600/4=2826 см2. То есть 2826 кг/см2 (~2,8 тонны).

2) когда диск механически прижимается с помощью пневморамы (или электроприводом).

Рис. 5 Система подачи вязких жидкостей с прижимным диском (прижим атмосферным давлением

Система подачи вязких жидкостей с прижимным диском (прижим атмосферным давлением)

Система подачи вязких жидкостей с прижимным диском (прижим атмосферным давлением).

Порой жидкость при рабочей температуре настолько высоковязкая, что для её перемещения проще либо использовать

механический способ (лопатой), или же нагревать её до приемлемого уровня вязкости.

Нельзя не учитывать возможность застывания (кристаллизации) жидкости в насосе, особенно это касается битумных насосов. Именно поэтому такие насосы снабжаются рубашкой обогрева (нагрев проточной части паром, горячим маслом или электричеством).

Также важно на какое расстояние/высоту и по какой трубе/шлангу требуется переместить жидкость. Очень большую важность приобретает подбор оборотов двигателя, ведь для высоковязких жидкостей с большой инерцией сдвига требуются двигатели с меньшим числом оборотов/минуту, нежели для жидкостей невязких.

Видео 2.

И это мы ещё не учитываем градацию жидкостей по типу – ньютоновская/неньютоновская. Если кратко,

вязкость ньютоновских жидкостей – константа при конкретной температуре, вязкость неньютоновских зависит от скорости и направления сдвига. Ярким примером таких являются, например, томатные пасты/кетчупы – у них вязкость уменьшается от приложенной силы сдвига, или крахмало-водяная смесь – у неё вязкость возрастает от приложенной силы, практически до состояния твёрдого вещества.

Переход вещества из жидкого состояния в стеклообразное обычно связывают с достижением вязкости порядка 1011—1012 Па·с.

Рис. 6 График зависимости напряжения/скорости сдвига для ньютовскихи неньютоновских жидкостей.

График зависимости напряжения/скорости сдвига для ньютовскихи неньютоновских жидкостей.

Советы экспертов компании Ампика


Подведём итог. Подбирая оборудование самостоятельно, старайтесь учесть все нюансы происходящего тех. процесса. Подробности очень важны. Если есть сомнения, лучше опишите вашу задачу нам.

Мы уточним всё, что нужно, и подберём насосы, которые реально будут работать. У нас есть для этого и опыт, и возможности расчёта и подбора самого подходящего насосного оборудования.

Источник

Вязкость — важное свойство жидкостей. Она бывает динамической и кинематической. Разные жидкости обладают разной вязкостью, для некоторых этот показатель определяет их промышленное использование.


Оглавление:


Динамическая вязкость

Кинетическая вязкость

Вязкость различных веществ:

Вода

Масло

Кровь

Нефть

Газ

Краска

Жидкая сталь

Смазка

Глицерин

Бензин

Битум

Кислоты

Тесто

Смола

Мазут

Клей

Молоко

Растворители

Дизель

Гудрон

Сера

Мед

Грунт

Каучук

Мыло

Парафин

Этиленгликоль

Сахарные сиропы

Электролит

Медь

Сыр

Патока

Сметана

Кефир

Сливки

Чернила

Воск

Кремы


Что такое вязкость


Важной характеристикой вещества является его вязкость. Вязкость жидкости — это ее способность оказывать сопротивление перемещению одних частиц относительно других, то есть противостоять касательным усилиям в потоке. Данный параметр среды нельзя обнаружить в состоянии покоя, он оценивается только во время движения вещества, когда начинают действовать силы сцепления между молекулами.


Существует две разновидности вязкости: динамическая (или абсолютная) и кинетическая. Оба показателя уменьшаются при повышении температуры вещества.


Данное свойство присутствует у всех веществ, которые обладают текучестью. Текучесть — это сдвиг (перемещение) одних частиц по отношению к другим той же самой среды. За счет силы внутреннего трения вязкость противостоит процессу текучести. Данная формулировка относится не только к жидким, но и к газообразным веществам. А вот применительно к твердым это свойство имеет несколько другую природу.

Вещества разной степени вязкости


Динамическая вязкость


Динамическая вязкость определяет величину сопротивления текучести жидкости при перемещении ее слоя площадью 1 см2 на расстояние в 1 см со скоростью 1 см/сек. В СИ (Международной системе единиц) данный показатель измеряется в Па•с (паскаль•секунда). В системе же СГС единицей измерения вязкости является пуаз (в честь Ж. Пуазейля, французского физика).


Чем выше вязкость жидкости, тем, соответственно, больше время ее истечения. Например, чем дольше по времени краска, нефть, смола, мед или любая другая жидкая среда будет вытекать через воронку, тем больше будет вязкость данного вещества.


С точки зрения физики динамическая вязкость обозначает потерю давления за единицу времени (поэтому в системе СИ этот параметр и измеряется в Па•с). У жидкостей данный параметр снижается при росте температуры (то есть когда среда нагревается, она течет легче) и повышается при увеличении давления.


Кинематическая вязкость


Кинетическая вязкость — это соотношение коэффициента динамической вязкости жидкости к ее плотности. В системе СИ эта величина выражается в м2/с, а в системе СГС — в стоксах (Ст).


Кинетическая вязкость у жидкостей демонстрирует, насколько легко способно течь данное вещество. В практическом применении это связано с тем, насколько продукт густой. На данный показатель температура влияет несколько меньше, нежели на абсолютную вязкость, ведь тепло также уменьшает и плотность (при нагревании молекулы смещаются дальше друг от друга).


Вязкость различных веществ


При всем многообразии существующих жидкостей они различаются по степени своей вязкости. Этот показатель имеет важное значение для использования вещества в промышленных и бытовых целях. Рассмотрим самые текучие жидкости.


Вязкость воды


Вязкость воды – одно из ее ключевых свойств, с которым мы сталкиваемся ежедневно. Кинематическая вязкость этой самой популярной на планете жидкости при температуре 0 °С составляет 1,789 •106 м2/с. Динамическая вязкость воды при температуре 20 °С будет 1,004•10-3 Па•с.


Данный параметр очень важен для здоровья и жизнедеятельности человека:

  • от него зависит вязкость крови всех живых существ;
  • если бы вода имела меньшую вязкость, то у человека разрушились бы тонкие структуры капилляров;
  • подземные воды способны двигаться, в том числе направляясь к земной поверхности;
  • за счет своей небольшой вязкости вода очень текуча и переносит большое число растворенных взвешенных частиц.

Для перекачивания воды подходят все типы насосов, но чаще всего используются центробежные.

Вязкость воды


Вязкость масла


Растительные масла — это продукты, которые извлекаются из растительного сырья, состоят из жирных кислот и сопутствующих компонентов (воски, стеролы, красящие пигменты и пр.). Вязкость растительных масел обусловлена молекулярной массой жирных кислот, которые входят в их состав. Чем она больше, тем, соответственно, масло более вязкое.


В целом вязкость натуральных масел колеблется в узком диапазоне, она примерно в 158 раз больше вязкости воды. К примеру, вязкость оливкового масла составляет 84•10-3 Па•с, касторового — 987•10-3 Па•с.


Масло в промышленности перекачивают шестеренчатыми, роторными, винтовыми насосами.

Вязкость подсолнечного масла


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 крови


Вязкость нефти


Нефть является маслянистой горючей жидкостью природного происхождения. Она состоит из сложной смеси углеводородов с разной молекулярной массой и некоторых других компонентов. Вязкость этой жидкости, как и плотность, представляет собой ее важнейшее физическое свойство. Ее значение колеблется в широких пределах и составляет 2–300 мм2/с (при температуре 20 °С), средний же показатель равен 40–60 мм2/с.


От вязкости нефти зависят ее технологические характеристики:

  • подвижности ископаемого в пласте в процессе его добычи;
  • скорость фильтрации в пласте;
  • мощность применяемого насоса для выкачивания вещества;
  • тип вытесняющего агента;
  • условия транспортировки «черного золота» по нефтепроводу.


Показатель вязкости нефти позволяет примерно оценить ее состав: чем выше это значение, тем больше в веществе молекулярный вес фракций. Высоковязкая нефть (более тяжелая) содержит много смолисто-асфальтеновых компонентов, что затрудняет процесс ее переработки. Такой продукт труднее транспортировать и перерабатывать.


Растворенный в нефти газ также влияет на ее вязкость: углеводороды разжижают продукт, а азот, напротив, повышает вязкость.


Для перекачивания нефти в промышленности применяют винтовые, поршневые и центробежные аппараты.

Вязкость нефти


Вязкость газа


Газ — это такое агрегатное состояние вещества, при котором связи между его частицами очень слабые, а сами они подвижны, почти свободно, хаотически перемещаются в промежутках между столкновениями, при которых резко меняют характер своего движения.


За счет вязкости газа выравниваются скорости движения различных его слоев. Именно поэтому, например, ветер со временем затихает.


Примечательно, что при повышении температуры вязкость газов в отличие от жидкостей возрастает. Связано это с тем, что интенсивность беспорядочного теплового движения молекул при нагревании увеличивается, они перемещаются быстрее.


Динамическая вязкость основных газов имеет следующие показатели при 0 °С:

  • воздух — 1,73•10-5 Па•с;
  • аммиак — 0,92•10-5 Па•с;
  • водород — 0,84•10-5 Па•с;
  • углекислый газ — 1,36•10-5 Па•с;
  • неон — 2,98•10-5 Па•с (самый вязкий газ);
  • гелий — 1,8•10-5 Па•с;
  • азот — 1,66•10-5 Па•с;
  • кислород — 1,95•10-5 Па•с;
  • ксенон — 2,12•10-5 Па•с;
  • хлор — 1,23•10-5 Па•с;
  • метан — 1,03•10-5 Па•с;
  • пропан — 0,75•10-5 Па•с.

Вязкость газа


Вязкость краски


Вязкость — важный показатель для лакокрасочных материалов. Для краски это основа ее качества, устойчивости к разрушению в процессе работы. Вязкость определяет толщину краски, способ ее нанесения (кистью, валиком, распылителем и пр.), влияет на производительность.


Неправильная вязкость краски или лака может спровоцировать растрескивание вещества на поверхности. Данный параметр зависит от ряда факторов:

  • химический состав;
  • концентрация разбавителя или растворителя;
  • температура (самой краски, поверхности, воздуха).


Для перекачивания лакокрасочных материалов лучше всего подходят мембранные пневматические насосы.

Вязкость краски


Вязкость жидкой стали


Жидкая сталь — это сплав железа с примесями. Их сочетания разнообразны, потому свойства вещества колеблются в широких диапазонах, в том числе вязкость.


При температуре 1480–1650 °С показатель вязкости жидкой стали находится в пределах 4,5–6,0 мПа•с (для сравнения: вязкость железа при его перегреве выше точки плавления —5,4 мПа•с).


Легирующие элементы и раскислители в составе стали влияют на ее вязкость. К примеру, увеличение доли никеля приводит к снижению данного показателя, а увеличение содержания хрома — к ее возрастанию.

Вязкость жидкой стали


Вязкость смазки


Для смазочных материалов, например моторного масла, вязкость является главнейшей характеристикой. Она определяет толщину и несущую способность масляной пленки между трущимися деталями. Чем выше показатель вязкости, тем больше нагрузки выдерживает смазочный материал при взаимном движении деталей, тем меньше их износ.


В любом смазочном материале содержатся специальные присадки (полимеры). Их процентное содержание в составе отвечает за его вязкость.


Для перекачивания смазки, как правило, используют пневматические поршневые насосы.

Вязкость смазки


Вязкость глицерина


Глицерин представляет собой органическое соединение, относящееся к группе спиртов (трехатомный спирт). Это бесцветная сиропообразная жидкость, сладковатая на вкус, с широким спектром использования: востребована не только в лекарственных и косметических целях, но и в пищевой, лакокрасочной, бумажной, текстильной промышленности, электротехнике, сельском хозяйстве и пр. Добывают глицерин из растительных жиров или посредством химического синтеза.


Вязкость глицерина довольно высока — составляет 1,48 Па•с при температуре 20 °С, а это почти в 1500 раз выше вязкости воды.


Для перекачивания глицерина больше всего подходят шестеренчатые, импеллерные и мембранные насосы.

Вязкость глицерина


Вязкость бензина


Вязкость — важный показатель качества любого моторного топлива, в том числе бензина. От него зависят надежность работы аппаратуры, использования топлива при низкой температуре, его противоизносные характеристики, процесс сгорания. От вязкости бензина зависит скорость его поступления к двигателю по топливной системе.


На вязкость бензина влияет его химический и фракционный состав. Так, при увеличении процентного содержания нафтеновых и ароматических углеводородов, утяжелении фракционного состава топлива оно становится более вязким.


В целом вязкость бензина невелика (у разных марок она колеблется в узком диапазоне — 0,3–-0,7 Ст при температуре 20 °С, так что при конструировании бензопроводов эта величина считается относительно постоянной), и даже ее небольшое увеличение при понижении температуры не вызывает осложнений в функционировании двигателей (в отличие от других видов топлива, для которых вязкость более сильно влияет на эксплуатационные свойства).


Для перекачивания бензина (как и для прочих видов топлива) используют многочисленные типы насосов: поршневые, шестеренчатые, плунжерные, мембранные, винтовые, пластинчатые.

Вязкость бензина


Вязкость битума


Битум — это остаточный продукт, образуемый в ходе переработки нефти. Он представляет собой смесь углеводородов и их производных. По консистенции это вещество твердое или смолоподобное, но при использовании в промышленных условиях (например, при приготовлении асфальтобетонных смесей) его нагревают до текучего состояния. Оптимальная вязкость битума при этом должна составить примерно 20 Па•с.


Для битумов различных марок, имеющих разную консистенцию, температура, которая позволяет достигнуть указанной вязкости, неодинакова. Она колеблется от 100 до 160 °С. Причем при необходимой температуре вещество можно выдерживать не более 5 часов, чтобы не допустить развития процессов старения (при температуре не более 80 °С вязкий битум допускается выдерживать до 12 ч).


Для перекачивания битума в промышленности используют, как правило, шестеренные насосы.

Вязкость битума


Вязкость кислот


Кислоты представляют собой целый класс химических веществ, в составе которых имеется атом водорода и кислотный остаток. Эти соединения бывают неорганическими и минеральными.


Вязкость кислот в целом больше, чем у воды. К примеру, серная кислота по данному показателю напоминает масло: динамическая вязкость составляет 0,027 534 Па•с. а кинематическая — 0,1501 см²/с (при 20 °C).


Такие агрессивные среды, как кислоты, в промышленных условиях перекачивают мембранными и центробежными насосными аппаратами.

Минеральные и неорганические кислоты


Вязкость теста


Тесто принадлежит к группе пластичных тел, сочетает в себе свойства жидкости и твердого тела. Поэтому оно должно иметь определенное соотношение упругих и вязких свойств. Это коллоидная система, имеющая эластичный элемент в виде соприкасающихся и слипающихся нитей и пленок, а в качестве вязкого элемента — массу из набухших зерен крахмала и раствора коллоидных веществ (белков, декстринов и пр.) и сахаров.


От вязкости теста зависит его пластичность. После прекращения растяжения продукт теряет напряжение. В растянутом жгутике теста сочетаются вязкость и эластичность, а напряжение постепенно уменьшается (затухает).


Более мягким и вязким тесто становится от сахара, однако при его избытке продукт начинает прилипать к рабочему оборудованию, а сами заготовки расплываются в процессе выпекания.


Для перекачивания теста в промышленности используют пищевые импеллерные и поршневые насосы.

Вязкость теста

Вязкость смолы


Смола представляет собой твердое либо очень вязкое вещество. Оно может иметь растительное (ее выделяют деревья смолоносных пород) либо синтетическое происхождение (например, эпоксидная смола). Данная структура довольно сложна по своему химическому составу, она застывает при контакте с воздухом, не растворяется в воде, при этом хорошо плавится в химических растворителях.


Вязкость смол очень высока. К примеру, у эпоксидных смол она достигает 2–25 Па•с.


Смолы перекачивают перистальтическими, мембранными, винтовыми бочковыми насосами.

Вязкость смолы


Вязкость мазута


Мазут является продуктом первичной нефтепереработки. Вязкость является важнейшим критерием его эксплуатации, транспортировки, перекачивания, сжигания. Мазут бывает высоковязким и маловязким. В первом случае он содержит больше смолистых веществ и парафина.


Согласно показателю вязкости выделяют несколько марок мазута, каждая из них имеет свою температуру застывания вещества. Наиболее вязкие сорта застывают уже при 25 °С. Чтобы перекачивать такой продукт, его приходится подогревать до 60–70 °С. В подогреваемом мазуте начинают плавиться церезины, твердые парафины, но прекращение термообработки вновь приводит к увеличению вязкости, она быстро возвращается на исходный уровень.


Для перекачивания мазута подходят шестеренчатые, винтовые, ламинарные, реже центробежные насосы.

Вязкость мазута


Вязкость клея


Клей — это вещество либо смесь органического или неорганического происхождения, способные соединять различные материалы. Для данного продукта вязкость перед его отверждением выступает важной характеристикой. Многочисленные современные клеевые системы имеют разную степень вязкости, она варьируется от водоподобных жидкостей до смолообразных субстанций.


От вязкости зависит способ нанесения клея. Составы низкой вязкости наносятся с минимальным давлением, однако могут требовать фиксации, чтобы не допустить нежелательного вытекания.


Клеи на основе ПВА относят к псевдопластическим жидкостям: их вязкость меняется от скорости течения, при перемешивании они разжижаются. Данная зависимость отличается у разных составов.


В целом жидкие клеевые материалы классифицируются на 3 группы:

  • низковязкие, имеющие показатель вязкости до 3 Па•с (их можно наносить краскопультом);
  • средневязкие (5–20 Па•с, предполагают использование кисти, валика);
  • высоковязкие (свыше 25–30 Па•с, наносятся шпателем).


На производстве клей перекачивают мембранные и поршневые бочковые насосы.

Вязкость клея


Вязкость молока


Вязкость молока складывается из данного показателя воды, а также суммы приращений от вязкости дисперсной фазы и структурных связей. Данное свойство продукта напрямую зависит от содержания в нем жиров и казеина, состояния сывороточных белков и технологических режимов обработки (они вызывают изменение агрегатного состояния компонентов молока).


Вязкость продукта будет тем больше, чем выше массовая доля молочного жира и казеина, а также степень дисперсности среды. Так, этот показатель у обезжиренного молока в среднем равен 1,5•10-3 Па•с, у цельного питьевого — 1,8•10-3 Па•с, у молока, гомогенизированного при давлении 1500 Па, — 1,86•10-3 Па•с.


Вязкость молока и молочных продуктов возрастает с увеличением в них массовой доли сухих веществ. При нагревании данный показатель возрастает тогда, когда температура переходит за точку коагуляции сывороточных белков, что применяется в производстве сгущенного молока (его вязкость будет гораздо больше, чем у исходного продукта, — 3,6 Па•с).


Для перекачивания молока в промышленности востребованы различные типы насосного оборудования: пищевые центробежные, шестеренчатые, мембранные, перистальтические, импеллерные, насосы-дозаторы.

Вязкость молока


Вязкость растворителей


Растворители представляют собой химические соединения, способные преобразовывать различные вещества в раствор (гомогенную однородную систему, состоящую из 2 и более компонентов). Обычно они используются в роли среды для проведения химических реакций, для технологических целей. В связи с этим растворители востребованы в различных сферах производства (лакокрасочном, электротехническом, фармацевтике, парфюмерии, создании взрывчатых веществ), сельском хозяйстве.


Растворители классифицируются на органические и неорганические (важнейший из них — это вода). По степени вязкости они подразделяются на маловязкие (до 0,002 Па•с), средневязкие (0,002–0,01 Па•с), высоковязкие (свыше 0,01 Па•с).


Растворители в промышленности перекачивают разными типами насосов, например мембранными, вихревыми, плунжерными аппаратами.


Вязкость ацетона


К группе маловязких растворителей относится ацетон. Это бесцветная летучая жидкость органического происхождения, отличающаяся характерным резким запахом. Вязкость продукта составляет 0,000 33 Па•с.


Вязкость керосина


Растворитель керосин также имеет небольшую вязкость (0,001 49 Па•с при комнатной температуре). Это прозрачное вещество масляной структуры, прозрачное либо желтоватого оттенка. Получают керосин при прямой перегонке нефти.


Данная субстанция применяется и в других целях: как реактивное топливо в ракетах, самолетах, как горючее для бытовых осветительных приборов, при обжиге стекла и фарфора, в оборудовании для резки металлов.

Вязкость растворителей


Вязкость дизеля


Дизельное топливо является продуктом фракционирования нефти с температурой кипения 140–360 °С. Оно может содержать добавки, которые улучшают его эксплуатационные свойства, например температуру застывания.


Важным показателем дизеля выступает его вязкость. Именно от нее во многом зависят важные свойства топлива: способность хорошо распыляться, полностью сгорать в моторе, не вызывать коррозии, хорошо прокачиваться в топливной аппаратуре, не утрачивать свои характеристики при длительном хранении. При недостаточной вязкости данного горючего плунжер и гильза насоса скорее изнашиваются, при повышенной дизель плохо прокачивается, недостаточно тонко распыляется, сгорает не полностью.


Летние сорта дизеля отличаются высокой вязкостью. Они становятся плотными при 3–5 °С, в топливе кристаллизуются частицы парафина. Летними марками нельзя пользоваться при температуре ниже 0 °С. Зимние сорта дизельного топлива имеют меньшую вязкость, что обеспечивает исправную работу двигателя в холодный сезон, в том числе в осенне-весенний период.

Вязкость дизельного топлива


Вязкость гудрона


Гудрон — это остаток, образующийся в процессе отгонки из нефти фракций, которые выкипают до 450–600 °С под вакуумом при атмосферном давлении. Выход данного вещества составляет 10–45 % от нефтяной массы. Гудрон представляет собой очень вязкую жидкость черного цвета либо твердую асфальтоподобную субстанцию с блестящим изломом. Вещество содержит нефтяные смолы, углеводороды (парафиновые, нафтеновые, ароматические), карбоиды, карбены, асфальтены, небольшой объем примесей металлов, которые содержались в нефти.


В зависимости от температуры кинематическая вязкость гудрона составляет 40–91 сСт.


Применяется вещество в основном в дорожном строительстве, кровельных работах, производстве малозольного кокса, в качестве смягчителя в резиновой промышленности.

Вязкость гудрона


Вязкость серы


Сера — твердое кристаллическое вещество ярко-желтого цвета. При плавлении же она трансформируется в желтую легкоподвижную жидкость. При температуре примерно 200 °С сера становится очень вязкой, густой (93,1 Па•с), приобретает бурый цвет, но при последующем нагревании снова становится жидкостью с вязкостью 0,16 Па•с.

Вязкость жидкой серы


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 меда


Вязкость спирта


Спирты представляют собой органические соединения, углеводороды, которые обязательно содержат гидроксильную группу ОН (одну или несколько), связанную с углеводородным радикалом.


Спирты бывают жидкими, вязкими, твердыми — это обусловлено количеством в молекуле углеводородных радикалов. С ростом их количества снижается водорастворимость вещества.


Хотя некоторые спирты токсичны для человека (этиленгликоль, метилен), они необходимы для естественных процессов метаболизма в организме. Так, многие липиды, поставщики энергии, в своей основе имеют глицерин (представитель спиртов).


Вязкость многих спиртов соизмерима с соответствующим показателем у воды. Например, вязкость этилового спирта составляет 0,00119 Па•с.


Спирты перекачивают импеллерными, мембранными, шланговыми насосами.

Вязкость спиртов


Вязкость муки


Мука — продукт, который получают посредством измельчения зерен с/х культур (в основном злаковых) до порошкообразной консистенции. На муку размалывают преимущественно пшеницу, рожь, в меньших объемах кукурузу, ячмень и прочие зерновые культуры.


Сила муки — показатель, определяющий ее хлебопекарные качества. Он обозначает, как поведет себя тесто при замесе, каким будет его вязкость, эластичность, упругость, водопоглотительная способность. В зависимости от реологических свойств теста классифицируют муку сильную, среднюю, слабую по силе.


Вязкость водно-мучной смеси обусловлена содержанием в муке клейковины, которая разбухает в растворенном виде.

Вязкость муки


Вязкость натрия


Натрий является пластичным металлом серебристого оттенка. На воздухе он быстро окисляется, тускнеет. Данный металл настолько мягкий, что его можно резать ножом, прессовать, прокатывать. Он легче воды, хорошо проводит тепло, электрический ток. Натрий имеет значительную разницу между температурами кипения и плавления — около 800 градусов: плавится при 98 °С, а кипит при 883 °С. За счет этого вещество представляет собой хороший теплоноситель для атомных реакторов. Оно в целом широко востребовано в промышленности.


Натрий важен для живых организмов, для обменных процессов, функционирования сердечно-сосудистой и нервной систем. Для человека вреден как недостаток, так и избыток этого химического элемента.


Кинематическая вязкость натрия при температуре 98 °С составляет 6,7•10-7 м2/с, при температуре же 927 °С этот показатель уже равен 2,1•10-7 м2/с.

Плавленый натрий


Вязкость грунта


Грунт — многокомпонентное геологическое образование, включающее в себя почвы, различные горные породы, являющееся объектом инженерно-строительной деятельности человека.


Вязкость грунтов определяет их сопротивление течению под воздействием внешних сил. Этот показатель зависит от их структуры, химико-минералогического состава. Коэффициент вязкости для грунтов разного типа колеблется в широких диапазонах: от 102–104 пз для илов до 1022 пз для известняка. С увеличением плотности грунта его вязкость, а кроме того, порог ползучести увеличиваются.


По величине вязкости данной среды выделяются:

  • наименее вязкие горные породы (тощие глины, гипсы, соли, тонкослоистые алевролито-глинистые толщи);
  • слабовязкие породы (песчано-глинистые, тонкослоистые известняково-мергелистые, флишевые толщи);
  • сильно вязкие породы (слабослоистые песчаниковые, конгломератовые, карбонатные, вулканогенные);
  • наиболее вязкие породы (кристаллические сланцы, граниты, гнейсы).

Вязкость грунта


Вязкость каучука


Каучук представляет собой продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Он может иметь природное или синтетическое происхождение. В процессе вулканизации каучук, сам по себе непрочный и липкий, трансформируется в упругую эластичную резину. Важнейшими свойствами вещества являются эластичность, электроизоляция, газо- и водонепроницаемость.


Как и большинство полимеров, каучук способен пребывать в одном из следующих состояний: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластичном. При обычных температурных условиях вещество высокоэластично.


Вязкость каучука обусловлена его молекулярной массой и способом его синтеза.

Натуральный каучук


Вязкость мыла


Мыло — твердый либо жидкий продукт, который содержит поверхностно-активные вещества. При соединении с водой он ведет себя как косметическое средство, очищающее кожу (туалетное мыло), или же как моющее средство бытовой химии (хозяйственное мыло). В последнее время данный продукт массового использования все больше применяется именно в жидком виде.


По химическому составу мыло представляет собой натриевые либо калиевые соли высших карбоновых кислот, которые получают в процессе гидролиза жиров в щелочной среде. Также оно может содержать ароматизаторы, красители и прочие ингредиенты.


Вязкость мыльных растворов зависит не только от температуры. Этот показатель растет с повышением концентрации мыла. Включение в мыльные растворы небольшого объема электролитов снижает вязкость, а введение их большого количества ведет к повышению вязкости и последующему высаливанию продукта.

Вязкость мыла


Вязкость парафина


Парафин является смесью углеводородов преимущественно метанового ряда. Парафины бывают жидкими (температуре их плавления составляет менее 27 °C), твердыми (28–70 °C), микрокристаллическими (или церезины, плавятся при температуре свыше 60–80 °C). Размер и форма кристаллов обусловлена особенностями их получения. Так, нефтяное сырье и медленное охлаждение обеспечивают мелкие тонкие кристаллы, а крупные получаются из селективно очищенных дистиллятных рафинатов.


Расплавленные парафины обладают небольшой вязкостью. Но при одинаковой температуре наиболее вязкими являются церезины.


Применяются парафины для изготовления парафинистой бумаги, пропитывания древесины в карандашном и спичечном производстве, для аппретирования тканей, в медицине для парафинотерапии и пр.

Расплавленный парафин


Вязкость этиленгликоля


Этиленгликоль является простейшим двухатомным спиртом. В очищенном виде он представляет собой бесцветную прозрачную жидкость маслянистой консистенции. Вещество со сладковатым вкусом не имеет запаха. Этиленгликоль токсичен.


Вязкость вещества примерно в 19 раз превышает вязкость воды.

Этиленгликоль


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.

Сахарный сироп


Вязкость электролитов


Электролит — это вещество (кислоты, соли, основания), раствор или расплав которого способен проводить электрический ток за счет распада на ионы. В человеческом организме электролиты имеют важное значение: в крови вместе с ионами железа они переносят кислород, регулируют работу сердца, кишечника, водно-солевой баланс.


На процесс электролиза влияет (наряду с прочими свойствами) вязкость электролита. При этом в промышленности, например в работе аккумуляторов, предпочтительны электролиты с меньшей вязкостью.


Перекачивают электролиты погружными химическими насосами центробежной конструкции.

Электролит


Вязкость меди


Медь является золотисто-розовым металлом с характерным блеском. Она имеет высокую плотность (почти в 4 раза тяжелее железа, алюминия), температуру плавления (1083 °С) и кипения. Важным свойством меди является устойчивость к коррозии.


Металл хорошо подвергается обработке. Благодаря своим ценным качествам он востребован в электротехнике, электромашиностроении, приборостроении, радиоэлектронике, ювелирном деле, медицине. Медь применяется в сплавах с цинком, оловом, алюминием, никелем, золотом, серебром, титаном.


Вязкость жидкой меди при температуре 1145 °С имеет значение 0,0341 Пуаз. На данный показатель (как и на другие механические свойства) влияет наличие примесей, предварительная механическая обработка (прокатка, прессование). Большое влияние на вязкость расплавленного металла оказывает растворенный в ней кислород. Некоторые элементы (свинец, мышьяк, сурьма, фосфор) снижают вязкость медных расплавов.

Жидкая медь


Вязкость сыра


Сыр — это пищевой продукт, получаемый из молока путем введения молочнокислых бактерий, ферментов, способствующих его свертыванию, либо посредством плавления молочных продуктов.


Сыры классифицируются на твердые, мягкие, плавленые, рассольные. Показатель вязкости целесообразно рассматривать у плавленых сыров.


Вязкость данного продукта снижается при повышении содержания в нем влаги. На нее также влияет зрелость исходного сырья, вид и доза солей-плавителей, активная кислотность сыра. В слабой степени на вязкость влияет содержание в сырье жира, хотя он и увеличивает пластичность сырной массы.

Плавленый сыр


Вязкость патоки


Патока представляет собой очищенный концентрированный сироп, полученный при неполном гидролизе картофельного или кукурузного крахмала или производстве сахара. Это вязкая прозрачная, сладкая жидкость (на вкус слаще сахара), состоящая из смеси глюкозы, мальтозы, высших сахаридов. Многообразие сортов патоки обусловлено сочетаниями данных углеводов.


Существует две разновидности патоки:

  • светлая (крахмальная), получают из крахмала;
  • темная, получают при производстве сахара из сахарной свеклы.


Вязкость патоки составляет 0,1 Па•с.


В промышленности данный пищевой продукт перекачивают винтовыми насосами.

Патока


Вязкость сметаны


Сметана – кисломолочный продукт, получающийся посредством кисломолочного брожения из сливок и закваски. В процессе образования продукта участвуют белки и молочный жир. Последний в процессе затвердевания и кристаллизации увеличивает устойчивость структуры и вязкость сметаны. Сметана различается по проценту жирности (от 10 до 40 %) и, соответственно, степени калорийности.


Для получения сметаны нужной вязкости при ее производстве сливки пастеризуют при довольно высокой температуре (85–95 °С). Увеличению вязкости конечного продукта также способствует гомогенизация сливок.


Вязкость 15%-ной сметаны составляет 6,722 Па•с при температуре 10 °С.


Перекачивают сметану импеллерными, кулачковыми, винтовыми насосами.

Вязкость сметаны


Вязкость кефира


Кефир, густой кисломолочный продукт, получают из молока (цельного или обезжиренного) посредством брожения с использованием специальных кефирных грибков (симбиоза ряда микроорганизмов). Напиток имеет кисловатый вкус, относительно богат углекислым газом.


Вязкость хорошего кефира составляет 2,9–3,2 Па•с. Этот показатель обусловлен содержанием в продукте жира, кислотности напитка.

Вязкость кефира


Вязкость сливок


Сливки синтезируют из цельного молока методом сепарации жировой фракции. В ходе данного процесса крупные шарики жира переходят в сливки, мелкие же остаются в молоке.


Продукт представляет собой полидисперсную многофазную систему, состоящую из аналогичных с молоком компонентов, но с иным соотношением жировой фазы и плазмы. По этой причине физико-химические свойства данных жидкостей различны.


Вязкость сливок прямо пропорциональна массовой доле содержащегося в них жира. Так, в продукте жирности 32%его вязкость составит примерно 21•10-3 Па•с, при жирности 33% — 35•10-3 Па•с.

Вязкость сливок


Вязкость чернил


Чернила представляют собой жидкий краситель, предназначенный для письма либо создания изображений посредством штампов или специальной аппаратуры (принтер). Данное вещество состоит из ряда компонентов:

  • пигмент;
  • растворитель;
  • модификаторы (вязкости, стойкости, смачиваемости, ПАВ, консерванты и пр.).


На качество струйной печати существенно влияют физические характеристики чернил: вязкость, плотность, водо- и цветостойкость, поверхностное натяжение и пр. При этом особенно важна вязкость жидкости. Она влияет на следующие качества печати:

  • текучесть внутри картриджа и головки;
  • кавитация чернил;
  • стабильность при разбрызгивании;
  • проникновение, резкость;
  • время высыхания чернил.

Вязкость чернил


Вязкость воска


Воск как продукт восковых желез пчел представляет собой смесь сложных эфиров жирных кислот и высших спиртов. По своим физическим свойствам это твердая, мелкозернистая в изломе субстанция (при комнатной температуре) с окраской, которая варьируется от коричневой до практически бесцветной. Воск нерастворим в воде, плохо растворяется в спиртах, но при нагревании полностью растворяется в некоторых жидкостях (бензине, скипидаре, эфире, ацетоне, животных жирах, жирных маслах).


Кроме животного воска, существуют природные растительные и минеральные воски, по своим свойствам близкие к пчелиному. Пример первых — воск пальмовых листьев (карнаубский воск), пример вторых — парафин, нефтяные отложения. Также данный продукт синтезируют искусственным путем.


Наибольшей вязкостью воск обладает при температуре, близкой к температуре его застывания. Причем при 100 °С вязкость воска снижается вдвое, но все равно она значительно больше, чем у воды.

Вязкость воска


Вязкость крема


Любой крем независимо от плотности является эмульсией — состоит из масляной основы, воды и вещества, которое удерживает их вместе (эмульгатора). Вязкость данной субстанции (особенно востребованной в косметической отрасли) определяется ее консистенцией, густотой, текучестью.


Правильная вязкость крема зависит от его предназначения: должен ли он, к примеру, впитываться в кожу либо, наоборот, образовывать на ней защитный слой. В любом случае крем должен иметь вязкость, которая позволит ему равномерно и легко распределяться при втирании.

Вязкость крема

Источник
« Назад

Вязкостью называется свойство жидкости сопротивляться внешнему воздействию благодаря внутреннему трению, возникающему между слоями.

Для определения вязкости существует два основных параметра: динамическая вязкость и кинематическая вязкость, которые связаны между собой соотношением:

связь вязкостей

Где ν – кинематическая вязкость, м2/с;

µ – динамическая вязкость, Па*с;

ρ – плотность жидкости, кг/м3.

Между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга, возникает сила. Эта сила прямо пропорциональна скорости движения и площади соприкосновения.

В 1687 году И. Ньютоном был установлен закон вязкого течения жидкости:

Закон Ньютона

где τ – касательные напряжения;

Коэффициент пропорциональности µ и назвали динамической вязкостью жидкости.

Динамическая и кинематическая вязкости зависят от температуры рабочей среды. Причем для газов и жидкостей эта зависимость различна. Это связано с различием во взаимодействии молекул. Для капельных жидкостей оба коэффициента убывают с возрастанием температуры.

img-5dtyc6

Для определения вязкости используются специальные приборы – вискозиметры (U-образная стеклянная трубка). Одно из колен вискозиметра содержит впаянный капилляр, который оканчивается шариком. Под шариком и над ним нанесены метки, которые ограничивают определенный объем.

Для определения вязкости жидкости необходимо выбрать эталонную жидкость, вязкость которой является известной величиной. Для определения вязкости рабочей жидкости используется формула:

опред.вязкости

где µ – вязкость рабочей жидкости;

µ0 – вязкость эталонной жидкости;

t – время истечения через капилляр исследуемой жидкости;

t0 – время истечения через капилляр эталонной жидкости;

ρ – плотность исследуемой жидкости;

ρ0 – плотность эталонной жидкости.

Так же существует понятие условной вязкости. Это отношение времени истечения через вискозиметр испытуемой жидкости при рабочей температуре к времени истечения дистиллированной воды при температуре 20°С (водное число). Водное соотношение является постоянной величиной для каждого прибора. Это соотношения выражается условными градусами.

ВУ

где ВУ – условная вязкость;

tH2O – водное число.

Еще один метод определения вязкости жидкости – метод Стокса.

Image202

Он заключается в бросании различных шариков в жидкость и измерении скорости их падения. На шарик действуют три силы: сила тяжести, выталкивающая сила и сила сопротивления окружающей среды.

сила тяжести

где Fтяж – сила тяжести;

m – масса шарика;

r – радиус шарика;

ρш – плотность шарика.

Выталкивающая сила

где FA – выталкивающая сила.

Сила сопротивления

где Fc – сила сопротивления окружающей среды;

ϑ – скорость движения шарика.

Баланс сил

Подставив выражения для сил, действующих на шарик в итоговое уравнение, можно найти вязкость жидкости:

вязкость

где d – диаметр шарика;

t – время падения шарика;

l – расстояние, пройденной шариком.

« Назад

Источник

Добавить комментарий