Динамическая вязкость масла: Кинематическая и динамическая вязкость моторного масла

Содержание

Вязкость моторного масла

Вязкость – важнейшее свойство моторных масел. Она очень сильно зависит от температуры масла. В рабочем диапазоне – от температуры холодного пуска двигателя зимой до максимального его нагрева летом при работе с полной нагрузкой – вязкость моторного масла изменяется в сотни раз, а нередко и более. В меньшей степени вязкость моторного масла зависит от давления: с его увеличением она растет.

Вязкость – это мера трения между слоями жидкости. Различают динамическую (абсолютную) вязкость и кинематическую вязкость, равную отношению динамической вязкости к плотности масла. Единицами измерения для динамической и кинематической вязкости в системе СИ служат соответственно Па.с (паскаль-секунда) и м2/с. До сих пор довольно часто в документации используют устаревшие единицы вязкости пуаз (П) и стокс (Ст). Их соотношение с единицами в системе СИ таково: 1 Па.с = 10 П или 1 мПа.с = 1 сП; 1 Ст = 10–4 м2/с = 1 см2/с или 1 сСт = 1 мм2/с.

Большое значение имеет вязкостно-температурная характеристика моторного масла, называемая индексом вязкости. Чем больше его величина, тем более полога зависимость вязкости от температуры. Величину индекса вязкости моторного масла рассчитывают по значениям кинематической вязкости при 40 и 100°С согласно ГОСТ 25371-82.

Индекс вязкости хорошо очищенных минеральных масел из благоприятного сырья равен 90 – 105. Поэтому без присадок, повышающих индекс вязкости (загущающих), минеральные моторные масла не могут быть всесезонными. Синтетические моторные масла имеют индекс вязкости от 120 до 150. В тех же пределах находится индекс вязкости базовых масел, получаемых гидрокрекингом. Всесезонные моторные масла имеют индекс вязкости от 120 до 200 и более. Синтетические всесезонные масла могут быть загущенными и незагущенными.

Сегодня наибольшее распространение во всем мире получила классификация моторных масел по вязкости, стандартизованная SАЕ (Американское общество автомобильных инженеров).

В таблице представлена последняя редакция стандарта SАЕ J300. Он подразделяет моторные масла на 11 классов, шесть из которых относятся к зимним (SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) и пять – к летним (SАЕ 20, 30, 40, 50, 60).

Всесезонные моторные масла, предназначенные для применения круглый год, обозначаются двумя классами: один зимний, второй – летний. Например SАЕ 0W-30, SAE 15W-40, SAE 20W-50 и т.п.

Для зимних классов установлены два максимальных значения низкотемпературной динамической вязкости масла и нижний предел кинематической вязкости при 100°С. Динамическая вязкость зимних масел в левой колонке таблицы характеризует проворачиваемость двигателя стартером, а приведенная в правой колонке – прокачиваемость масла насосом при соответствующей температуре. Для моторных масел летних классов установлены пределы кинематической вязкости при 100°С, а также минимальные значения динамической вязкости при 150°С и градиенте скорости сдвига 106 с

-1. Дело в том, что вязкость загущенных всесезонных масел зависит не только от температуры и давления, но и от скорости перемещения слоев масла, находящегося в зазоре между смазываемыми деталями. Градиент скорости сдвига – это отношение скорости движения одной поверхности трения относительно другой к величине зазора между ними, заполненного моторного маслом. С увеличением градиента скорости сдвига временно снижается вязкость загущенного моторного масла, но она снова возрастает, когда скорость сдвига уменьшается.

Чем меньше цифра, стоящая перед буквой W, тем меньше вязкость моторного масла при низкой температуре, легче холодный пуск двигателя стартером и лучше прокачиваемость масла по смазочной системе. Чем больше цифра, стоящая после буквы W, тем больше вязкость моторного масла при высокой температуре и надежнее смазывание двигателя при жаркой погоде.

В России моторные масла классифицированы согласно ГОСТ 17479.1-85. Примерное соответствие классов вязкости по ГОСТ классам вязкости SАЕ мы приводим во второй таблице.

Всесезонные масла согласно ГОСТ 17479.1-85 обозначают двумя цифрами, например, М-5з/16, М-6з/14 и т.п. Вторая цифра указывает номинальную кинематическую вязкость моторного масла при 100°С.

В заключение следует отметить, что для масел одного и того же вязкостного класса разные автопроизводители устанавливают различные интервалы температуры окружающего воздуха, в пределах которых данное масло применимо в двигателях автомобилей их производства. При выборе вязкостного класса моторного масла нужно строго выполнять требования инструкции по эксплуатации автомобиля.

Классификация моторных масел SAE J300 JUN 2001
КлассНизкотемпературная вязкостьВысокотемпературная вязкость
Проворачивание1Прокачиваемость2Вязкость3 при 100°С, мм2Вязкость4 при 150°С и скорости сдвига 106 с-1, мПа.с
Максимальная, мПа.с (при температуре)MinMax
0W

6 200 (–35°С)

60 000 (–40°С)

3,8

  
5W

6 600 (–30°С)

60 000 (–35°С)

3,8

  
10W

7 000 (–25°С)

60 000 (–30°С)

4,1

  
15W

7 000 (–20°С)

60 000 (–25°С)

5,6

  
20W

9 500 (–15°С)

60 000 (–20°С)

5,6

  
25W

13 000 (–10°С)

60 000 (–15°С)

9,3

  
20 

5,6

9,3

2,6

30 

9,3

12,5

2,9

40 

12,5

16,3

2,95

40 

12,5

16,3

3,76

50 

16,3

<21,9

3,7

60 

21,9

26,1

3,7

Примечания. 1 – измеряется по методу ASTM D5293 на вискозиметре CCS.
2
– измеряется по методу ASTM D4684 на вискозиметре MRV. Напряжение сдвига не допускается при любом значении вязкости. 3 – измеряется по методу ASTM D445 на капиллярном вискозиметре. 4 – измеряется по методам ASTM D4683 или CEC L-36-A-90 на коническом имитаторе подшипника. 5 – значение для классов SAE 0W-40, 5W-40, 10W-40. 6 – значение для классов SAE 40, 15W-40, 20W-40, 25W-40.
Примерное соотвествие классов вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 классам вязкости по SAE J300
Класс вязкостиКласс вязкости
По ГОСТ 17479.1-85По SAEПо ГОСТ 17479.1-85По SAE

5W

24

60

10W

3з/8

5W-20

15W

4з/6

10W-20

20W

4з/8

10W-20

6

20

4з/10

10W-30

8

20

5з/10

15W-30

10

30

5з/12

15W-30

12

30

6з/10

20W-30

14

40

6з/14

20W-40

16

40

6з/16

20W-40

20

50

5з/16

15W-40

Динамическая вязкость масла | Характеристики масел

Что-бы не «парить» читателя физическими формулами, Законами Ньютона, уравнениями Навье-Стокса и Френкеля-Андраде, предлагаю представить отношение силы, способной сдвинуть определенную площадь масла на определенное расстояние, к  этой самой площади масла.

Это и будет коэффициент динамической вязкости или просто — динамическая вязкость масла. Сложновато, правда.

Как вычислить динамическую вязкость

Так как кинематическую вязкость определяют опытным путем, а плотность масла — величина физическая и совсем не секретная, то и коэффициент динамической вязкости можно просто посчитать. Динамическая вязкость масла равна произведению кинематической вязкости и плотности масла. Зачем может пригодиться показатель динамической вязкости масла?

Для нас с вами динамическая вязкость масла — это единственный полезный показатель в аббревиатуре классификации SAE. Что-бы никого особо не напрягать, приведу пример.

Полезное в динамической вязкости

Рассмотрим моторное масло с вязкостью SAE 5W30. Первая цифра в этом обозначении 5 — это и есть

показатель динамической вязкости для данного моторного масла. Как это использовать? Просто.

Если от первой цифры отнять 40 (в нашем случае 5-40 = -35), получим нужную нам информацию относительно нижнего предела прокачиваемости масла в °С (предельная температура, при которой масляный насос сможет прокачать моторное масло без «последствий»). Т.е. моторное масло с классом вязкости SAE 5W30 спокойно прокачается к трущимся деталям при -35 °С.

Еще можно определить нижний температурный предел проворачиваемости двигателя. 5-35 = -30. Значит при -30 °С двигатель, в котором используется моторное масло SAE 5W30, безболезненно провернется.

Но… Эти значения являются очень усредненными и относительными. По классификации SAE к моторным маслам с вязкостью 5W30 (в нашем случае) предъявлены требования, согласно которым эти масла обязательно обеспечивают такой показатель динамической вязкости. Зачастую моторные масла легко выдерживают и большие температуры.

Кстати, прокачиваемость моторного масла, проворачиваемость двигателя во многом зависят не только от масла. Степень изношенности двигателя, периодичность замены масла, воздушный фильтр, аккумулятор и т. д. имеют не меньшее влияние на «холдный пуск» двигателя.

Думаю поэтому кроме специалистов вряд-ли кому-то пригодится динамическая вязкость, т.к.  определяет свойства текучести масла (обычно при крайних значениях температур), и обычно только лишний раз путает простых автомобилистов. При определении необходимой Вашему двигателю вязкости масла, советую пользоваться сервисной книгой. Поверьте, так будет проще.

Для общего развития: текучесть масла — это противоположность динамической вязкости масла.

Единица измерения динамической вязкости

  • СИ-система — паскаль-секунда (Па·с)
  • вне системы — пуаз (П)

Для примера: 1 кгс·с/м² = 98,0665 П (пуаз) = 9806,65 сП (сантипуаз) = 9,80665 Па·с.

Статьи в тему из этой рубрики:

Спецификация моторных масел по SAE (по показателю вязкости)

SAE (Society of Automotive Engineers – Общество Автомобильных инженеров). Спецификация SAE J300 является международным стандартом классификации моторных масел .

Вязкость масла – важнейшая характеристика моторного масла, определяющая способность масла обеспечивать стабильную работу двигателя, как в морозы (холодный пуск), так и в жаркую погоду (при максимальной нагрузке).

Температурные показатели моторного масла в своей основе содержат два главных значения: кинематическая вязкость (легкость текучести масла при заданной температуре под воздействием силы тяжести) и динамическая вязкость (показывает зависимость изменения вязкости масла от скорости перемещения смазываемых деталей относительно друг друга). Чем выше скорость, тем ниже вязкость, чем ниже скорость, тем выше вязкость.

Классы моторного масла

  • зимнее «W» – Winter-Зима ( SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W). Данные моторные масла характеризуются малой вязкостью, обеспечивают безопасный холодный пуск при температурах ниже ноля, но, не обеспечивают достаточно хорошее смазывание деталей летом.
  • летнее ( SAE 20, 30, 40, 50, 60). Масла данного класса отличаются высокой вязкостью.
  • всесезонное ( SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-20, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60). Сочетает в себе одновременно характеристики летнего и зимнего моторного масла.

Свойства вязкости при заданных низких температурах

Проворачиваемость определяют при помощи имитатора холодного пуска двигателя ( холодная прокрутка от стартера) CCS (Cold Cranking Simulator). Показатель динамической вязкости масла и температуры, при которых масло обладает достаточной текучестью, способной обеспечить безопасный пуск двигателя.

Прокачиваемость определяют, ссылаясь на показания мини-ротационного вискозиметра MRV(Mini-Rotary Viscometer) – на 5Со ниже. Способность прокачиваемости масла насосом в двигателе по системе смазки, исключающая возможность сухого трения деталей.

Свойства вязкости при заданных высоких температурах

Кинематическая вязкость при температуре 100 градусов Цельсия. Показывает минимальные и максимальные значения вязкости моторного масла при условии прогретого двигателя.

Динамическая вязкость HTHS (High Temperature High Shear) при 150 градусах Цельсия, и скорости сдвига 106 с-1. Определяет свойства моторного масла по энергосбережению. Показатель стабильности характеристик вязкости при экстремальных температурах.


Вас заинтересуют

Ваш вопрос успешно отправлен. Спасибо!

Закрыть

SAE (Society of Automotive Engineers – Общество Автомобильных инженеров). Спецификация SAE J300 является международным стандартом классификации моторных масел .

Вязкость масла – важнейшая характеристика моторного масла, определяющая способность масла обеспечивать стабильную работу двигателя, как в морозы (холодный пуск), так и в жаркую погоду (при максимальной нагрузке).

Температурные показатели моторного масла в своей основе содержат два главных значения: кинематическая вязкость (легкость текучести масла при заданной температуре под воздействием силы тяжести) и динамическая вязкость (показывает зависимость изменения вязкости масла от скорости перемещения смазываемых деталей относительно друг друга). Чем выше скорость, тем ниже вязкость, чем ниже скорость, тем выше вязкость.

Классы моторного масла

  • зимнее «W» – Winter-Зима ( SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W). Данные моторные масла характеризуются малой вязкостью, обеспечивают безопасный холодный пуск при температурах ниже ноля, но, не обеспечивают достаточно хорошее смазывание деталей летом.
  • летнее ( SAE 20, 30, 40, 50, 60). Масла данного класса отличаются высокой вязкостью.
  • всесезонное ( SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-20, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60). Сочетает в себе одновременно характеристики летнего и зимнего моторного масла.

Свойства вязкости при заданных низких температурах

Проворачиваемость определяют при помощи имитатора холодного пуска двигателя ( холодная прокрутка от стартера) CCS (Cold Cranking Simulator). Показатель динамической вязкости масла и температуры, при которых масло обладает достаточной текучестью, способной обеспечить безопасный пуск двигателя.

Прокачиваемость определяют, ссылаясь на показания мини-ротационного вискозиметра MRV(Mini-Rotary Viscometer) – на 5Со ниже. Способность прокачиваемости масла насосом в двигателе по системе смазки, исключающая возможность сухого трения деталей.

Свойства вязкости при заданных высоких температурах

Кинематическая вязкость при температуре 100 градусов Цельсия. Показывает минимальные и максимальные значения вязкости моторного масла при условии прогретого двигателя.

Динамическая вязкость HTHS (High Temperature High Shear) при 150 градусах Цельсия, и скорости сдвига 106 с-1. Определяет свойства моторного масла по энергосбережению. Показатель стабильности характеристик вязкости при экстремальных температурах.

Кинематическая вязкость масла

Кинематическая вязкость масла

Кинематическая вязкость представляет собой отношение динамической вязкости к плотности вещества. Своим происхождением она обязана классическим методам измерения вязкости, среди которых измерение времени вытекания заданного объема через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром. Когда две жидкости равного объема помещены в идентичные капиллярные вискозиметры и двигаются самотеком, вязкой жидкости требуется больше времени для протекания через капилляр. Если одной жидкости для вытекания требуется 200 секунд, а другой – 400, то по шкале кинематической вязкости вторая жидкость в два раза более вязкая, чем первая.

Кинематическая вязкость определяется легко и точно, поэтому для контроля над качеством производимых смазочных масел предпочтение отдают именно этому параметру.

По причине отсутствия стандартизированных методов испытаний масел в условиях деформации сдвига успешно используется такой эксплуатационный показатель качества как стабильность кинематической вязкости. Она выражается через степень изменения вязкости под воздействием условий, приближенных к эксплуатационным (термоокисление, сдвиговые деформации, загрязнение сажей и т.д.).

Чтобы производимое масло имело широкий вязкостный диапазон, необходимо применять базовое масло с очень высоким индексом вязкости. На сегодняшний день таковыми являются синтетические масла, например, Mobil на основе полиальфаолефинов, изопарафиновых углеводородов и алкилбензола, гидрокрекинговые масла и его смеси «синтетикой» (Shell Helix Ultra, BP Visco 5000 и т.д.). Индексы перечисленных баз лежат в диапазоне от ~135 (BP), до ~147 (Mobil) единиц. Для получения масел с диапазоном 5w-40 индекс нужно повысить минимум до ~155 единиц. Это можно сделать с помощью полимерных загустителей.

В качестве модификаторов вязкости применяются полимеры и сополимеры, полиизобутилен, полиметакрилаты, сополимеры олефинов (этилена, пропилена, бутилена), гидрированный сополимер стирола и бутадиена, гидрированный полиизопрен и др. С целью подчеркивания их высокомолекулярной природы, они вещества называются полимерными модификаторами вязкости (polymeric viscosity modifiers). В качестве депрессорных присадок (pour point depressants) применяются алкилнафталины, алкилфенолы и другие полимерные продукты.

Полимерные модификаторы вязкости эффективны в маслах, эксплуатируемых при умеренных нагрузках в отсутствии высокой деформации сдвига.

При больших нагрузках и высокой скорости сдвига длинные молекулы загустителей могут разрываться на мелкие фрагменты, вследствие чего эффективность загустителя при эксплуатации постепенно уменьшается. Именно поэтому новые масла с высоким индексом вязкости, стабильным в течение продолжительной работы в тяжелых условиях, получают не только добавлением полимерных присадок, но и путем модификации молекул базового масла (гидрокрекинг) либо путем использования синтетических базовых масел.

Теперь достаточно взглянуть на требования новых спецификаций SAE, API-ILSAC, ACEA и автопроизводителей, чтобы понять какие тесты не проходят высокозагущенные масла. Производители автомобилей и ГСМ сходятся во мнении относительно нежелательности использования высокозагущенных масел с широкими вязкостными диапазонами в условиях длительных интервалов и высоких нагрузок на двигатель.

Динамическая вязкость моторных масел — Справочник химика 21

    Анализ динамической вязкости моторных масел, содержащих одинаковое количество вязкостных присадок, но приготовленных с использованием различных марок базовых масел, свидетельствует, что существенное влияние на пусковые свойства оказывает состав базового масла (например, образцы А-2 и А-4, см. габл. 2). Углеводородная основа масла А-2 содержит остаточный компонент как следствие динамическая вязкость моторного масла А-2 превышает предельно допустимое значение (3500 Ша/с при -15°С) для масел класса 5АЕ 15И 40 на 150 мПа/с и на 400 мПа/с выше динамической вязкости образца масла А-4. [c.100]
    Полностью синтетическое моторное масло Превышает последние требования автопроизводителей Ф Содержит самые современные противоизносные присадки и надежно защищает двигатель от износа 4 Малая вязкость способствует экономии топлива, надежному пуску двигателя зимой, масло быстро проникает ко всем его узлам, смазывает, защищает от коррозии и поддерживает чистоту Обладает высокой стабильностью против окисления (согласно тесту VW 14 после 250 ч испытаний, что соответствует примерно 30000 км пробега в реальных условиях, масло сохраняет оптимальную текучесть), в течение всего интервала работы сохраняет все необходимые свойства и не образует отложений 4 Несмотря на низкую вязкость, при вьюоких температурах масло поддерживает такое же давление в системе смазки, что и масла с вязкостью 40, а благодаря новейшим базовым компонентам расход масла на угар ниже, чем у многих масел с вьюокой вязкостью Обладает отличной прокачиваемостью при низких температурах — динамическая вязкость при минус 35°С почти вдвое ниже нормы SAE для масел 5W. [c.56]

    В последней Международной классификации моторных масел SAE J300 от декабря 1995 г. для зимних масел установлены максимальные значения динамической вязкости при низких температурах и минимальные значения кинематической вязкости при 100 °С. Для летпих масел установлены пределы кинематической вязкости при 100 °С и минимальные значения динамической вязкости при 150 °С и скорости сдвига 10 с . Каждый класс зимнего или всесезонного масла характеризуется двумя значениями динамической вязкости при температуре, отличающейся на 10 °С. Первое из них дает потребителю информацию о предельной температуре масла, при которой возможно проворачивание двигателя стартером, второе — о предельной температуре, при которой масляный насос будет прокачивать масло под давлением в процессе холодного пуска. Предельная температура прокачиваемости обязательно ниже, чтобы при холодном пуске избежать сухого трения в узлах, смазываемых под давлением. [c.39]

    Вязкость базового масла оказывает существенное влияние на динамическую вязкость цри отрицательных температурах моторного масла, загущенного полимерной добавкой ОПШ-15 (табл. 2). Для моторных масел для двигателей современных автомобилей динашгаеская вязкость не должна превышать значения 3500 мПа/с при -15°С (-20°С). Как видно из результатов, приведенных в табл. 2, моторное масло иа основе базового масла с кинематической вязкостью 7,0 сСт/с цри Ю0 С (образец масла А-2) по данному показателю не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к современгшм моторным маслам. Масла на основе менее вязкого базового масла (образцы к-А, к-5, к-6) с полимерной добавкой ОШИ-К по своим основным вязкостно-гемпе- [c.99]

    В странах СЭВ классификация моторных масел по вязкости и эксплуатационным свойствам часто проводится в соответствии с SAE или РС 2976—71. Зимние сорта масел маркируются буквой W , а всесезонные —двойным номером или дробью. Вначале ставят цифры 4 или 6 , характеризующие соответственно кинематическую или динамическую вязкость масла при —18 °С. Буквами А, В, С, D, Е отмечается принадлежность масла к определенной группе по эксплуатационным свойствам. Испытания моторных масел проводятся по методам, получивщим международное признание, или по национальным методам с использованием эталонных масел.[c.96]


Основные свойства масел

Плотность и удельный вес

    Плотность вещества — это соотношение его массы к объему (кг/м3), а удельный вес — соотношение массы определенного объема вещества к массе соответствующего объема воды при 20°С. Плотность и удельный вес зависят от температуры.

Вязкость

Вязкость — это одна из важнейших характеристик масел, которая характеризует внутреннее трение, определяет текучесть и способность обеспечить гидродинамический (жидкостной) режим смазывания. Вязкость зависит от температуры, в диапазоне рабочих температур (обычно от минус 30°С до 150°С) вязкость минеральных масел изменяется в тысячи раз.
    Различают кинематическую и динамическую (абсолютную) вязкость. Первая, характерная для простых масел при положительных температурах, определяется в капиллярных вискозиметрах, а вторая — для загущенных (всесезонных) масел и масел при отрицательных температурах, определяется в ротационных вискозиметрах, ее величина зависит не только от температуры, но и от градиента скорости сдвига.

  • Кинематическую вязкость в технической системе единиц измеряют в Стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт), а в системе СИ в м2/с или в мм2/с.
  • Динамическая вязкость представляет собой произведение кинематической вязкости на плотность жидкости, в технической системе ее измеряют в сантипуазах (сП), а в системе СИ — в миллиПаскаль-секундах (мПас), где 1 сП= 1 мПа-с.

Моторные масла, как и большинство смазочных материалов, изменяют вязкость в зависимости от своей температуры. Чем ниже температура, тем больше вязкость и наоборот.
Всесезонное масло работает в диапазоне температур от -35 (холодный пуск зимой) до 150-180ºС (работа двигателя летом под полной нагрузкой), что соответственно вызывает многократное изменение его вязкости.
Чтобы обеспечить холодный пуск двигателя (проворачивание коленвала стартером и прокачивание масла по системе смазки) при низких температурах, вязкость не должна быть очень большой.
При высоких температурах масло не должно иметь очень малую вязкость, чтобы создавать прочную масляную пленку между трущимися деталями и необходимое давление в системе.
Для обеспечения необходимой вязкости во всем диапазоне рабочих температур всесезонные моторные масла изготавливают из маловязкой основы и полимерных загущающих присадок (модификаторов вязкости). Основа, имеющая небольшую вязкость, обеспечивает нужные низкотемпературные характеристики. Молекулы загущающих присадок представляют собой «клубки» полимеров (веществ, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев), «набухающие» при нагревании, что сохраняет достаточную вязкость при высокой температуре.
Вязкость загущенного всесезонного масла зависит также и от скорости перемещения его слоев относительно друг друга. С ее увеличением вязкость временно снижается, поскольку «клубок» полимерной присадки «растягивается» и оказывает меньшее сопротивление перемещению слоев.
Способность снижать вязкость в зависимости от скорости уменьшает потери на внутреннее трение в масле и, соответственно, потери мощности двигателя. Например, при движении поршня от верхней или нижней мертвой точки его скорость возрастает и в определенный момент возникает гидродинамический режим смазки (масло полностью разделяет поверхности деталей). Полимерная загущающая присадка в это время понижает вязкость масла, тем самым снижая потери мощности, развиваемой двигателем.

Индекс вязкости

Индекс вязкости (сокращенно VI, от английского Viscosity Index) безрамерный показатель характеризует зависимость вязкости масла от изменения температуры. Чем больше индекс вязкости, тем меньше вязкость масла изменяется при колебании температуры. Он зависит от углеводородного состава масла, наличия вязкостных (загущающих) присадок, глубины очистки масляных фракций. Для минеральных масел без вязкостных присадок индекс вязкости составляет 85-100, масла с вязкостными присадками и синтетические масла-компоненты могут иметь индекс вязкости 120-150. У маловязких глубокоочищенных масел индекс вязкости может достигать 200.

Температура вспышки

При повышении температуры из масла выделяются пары, которые при поднесении открытого огня вспыхивают. Эта температура называется температурой вспышки, которую можно измерять либо в открытом (Cleveland), либо закрытом тигле (Pensky-Martens). Показатель характеризует наличие в масле легкокипящих фракций, он связан с испаряемостью масла в процессе эксплуатации.

Температура застывания

Температура застывания — это самая низкая температура, при которой масло еще полностью не потеряло текучесть при наклонении пробирки, в которой его охладили. Температура застывания характеризует момент резкого увеличения вязкости при снижении температуры, или кристаллизации парафина вместе с повышением вязкости в такой степени, что масло становится твердым.

Щелочное число (TBN) и кислотное число (TAN)

В процессе эксплуатации в смазочных маслах накапливаются кислые и/или щелочные продукты, которые образуются в результате окисления, разрушения молекул базового масла и присадок, загрязнения масел, в том числе, накопления в них продуктов неполного сгорания топлива, сажи. Общее щелочное число (TBN) и общее кислотное число (TAN) анализируются в лабораторных условиях. TBN выражается через количество гидроокиси калия в миллиграммах, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г). TAN выражается через количество гидроокиси калия в мг, необходимое для нейтрализации кислых продуктов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г).

Группа компаний «Современные технические решения»

Главная / Полезная информация / Классификация масел / Классификация SAE


Одними из основных свойств моторного масла являются его вязкость и зависимость от температуры в широком диапазоне (от температуры окружающего воздуха в момент холодного пуска зимой до максимальной температуры масла в двигателе при максимальной нагрузке летом). Наиболее полное описание соответствия вязкостно-температурных свойств масел требованиям двигателей содержится в общепринятой на международном уровне классификации SAE J300.

Классификация SAE J300 подразделяет моторные масла на 12 классов от 0W до 60: 6 зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) и 6 летних (10, 20, 30, 40, 50, 60) классов вязкости.

Буква W после цифры означает, что масло приспособлено к работе при низкой температуре (Winter — зима). Для этих масел кроме минимальной вязкости при 100 °C дополнительно дается температурный предел прокачиваемости масла в холодных условиях. Предельная температура прокачиваемости означает минимальную температуру, при которой насос двигателя в состоянии подавать масло в систему смазки. Это значение температуры можно рассматривать как минимальную температуру, при которой возможен безопасный пуск двигателя. Всесезонные масла обозначаются сдвоенным номером, первый из которых указывает максимальные значения динамической вязкости масла при отрицательных температурах и гарантирует пусковые свойства, а второй — определяет характерный для соответствующего класса вязкости летнего масла диапазон кинематической вязкости при 100°С и динамической вязкости при 150°С.

Методы испытаний, заложенные в оценку свойств масел по SAE J300, дают потребителю информацию о предельной температуре масла, при которой возможно проворачивание двигателя стартером и масляный насос прокачивает масло под давлением в процессе холодного пуска в режиме, не допускающем сухого трения в узлах трения. С помощью данного испытания измеряется стабильность вязкостной характеристики масла в экстремальных условиях, при очень высокой температуре. 
Большинство присутствующих сегодня на рынке моторных масел являются всесезонными, то есть удовлетворяют требованиям по вязкости как при низких, так и при высоких температурах.
Классификация моторных масел по вязкости SAE J300 (дек.1999, в действии с июня 2001)

Класс вязкости

Динамическая вязкость, сПз, не выше, при ºС

Кинематическая вязкость при 100ºС, мм2

Динамическая вязкость при 150ºС и 106с-1, сПз не ниже

 

Имитация холодного пуска (CCS)

Прокачиваемость

Не ниже

Не выше

 

0W

6200 при -35

60000 при -40

3,8

5W

6600 при -30

60000 при -35

3,8

10W

7000 при -25

60000 при -30

4,1

15W

7000 при -20

60000 при -25

5,6

20W

9500 при -15

60000 при -20

5,6

25W

13000 при -10

60000 при -15

9,3

20

5,6

<9,3

2,6

30

9,3

<12,5

2,9

40

12,5

<16,3

2,9*

40

12,5

<16,3

3,7**

50

16,3

<21,9

3,7

60

21,9

26,1

3,7

* для классов SAE 0W, 5W, 10W

** для классов SAE 15W, 20W, 25W сезонных

Классификация трансмиссионных масел по вязкости SAE J306 (июль 1998)

Класс вязкости

Максимальная температура, при которой динамическая вязкость не превышает 150 000 сПз, ºС

Кинематическая вязкость при 100ºС, мм2

 

 

Не ниже

Не выше

70W

-55

4,1

75W

-40

4,1

80W

-26

7,0

85W

-12

11,0

80

7,0

11,0

85

11,0

13,5

90

13,5

24,0

140

21,0

41,0

250

41,0

 

 

 

Адрес:

ООО «Технологический сервис»

662521, Красноярский край, Березовский р-н, 1-й км автодороги Красноярск-Железногорск, 3
тел. /факс: +7 (391) 228-70-10 (доб. 210, 215)

655004, Республика Хакасия, г. Абакан, ул. Игарская, 1, тел./факс: +7 (3902) 355-022

Любая информация на сайте не является публичной офертой.

Динамическая вязкость | Инженеры Edge

Связанные ресурсы: теплопередача

Динамическая вязкость

Проектирование и проектирование теплообмена

Динамическая вязкость

В исследованиях потока жидкости и теплопередачи часто встречается отношение динамической вязкости к плотности.

Динамическая вязкость — это константа пропорциональности µ, единица измерения которой — кг / м · с (или, что эквивалентно, Н · с / м. 2 , или Па · с, или пуаз = 0.1 Па · с).

Динамическая вязкость воздуха при 1 атм в зависимости от температуры

Динамическая вязкость воды при 1 атм в зависимости от температуры

Динамическая вязкость некоторых жидкостей
при 1 атм и 20 ° C
(если не указано иное)

Жидкость

Динамическая вязкость
µ, кг / м · с

Глицерин:


-20 ° С

134.0

0 ° С

12,1

20 ° С

1,49

40 ° С

0,27

Моторное масло

SAE 10W

0. 10

SAE 10W30

0,17

SAE 30

0,29

SAE 50

0,86

Меркурий

0.0015

Спирт этиловый

0,0012

Вода:

0 ° С

0,0018

20 ° С

0,0010

100 ° C (жидкость)

0.0003

100 ° C (пар)

0,000013

Кровь, 37 ° C

0,0004

Бензин

0,00029

Аммиак

0.00022

Воздух

0,000018

Водород, 0 ° C

0,000009

© Copyright 2000 — 2021, Engineers Edge, LLC www.engineersedge.com
Все права защищены
Отказ от ответственности | Обратная связь | Реклама | Контакты

Дата / Время:

Динамическая вязкость — обзор

Динамическая вязкость указывается в Н с м -2 или Па с.Во многих случаях динамическая вязкость выражается в пуазах (P), то есть в дин см -2 или в санти-пуазах (сП), где 1,0 дин = 10 -5 Н и 1,0 P = 10 -1 Па. с. Разделив динамическую вязкость на плотность раствора (кг · м −3 ), получим кинематическую вязкость:

, выраженную в м 2 с −1 или Стокса (см 2 с −1 , 1,0 Сток = 10 −4 м 2 с −1 ). В системах опреснения обычно применяется динамическая вязкость, которая для обычных операций может быть рассчитана с помощью следующих эмпирических уравнений для чистой воды и морской воды соответственно (Khan, 1986):

1.

Для чистой воды

(2.76) ln (ηpw) = — 3.79418 + 604.129139.18 + t68

где температура t 68 дана в ° C, а динамическая вязкость в сП. Уравнение имеет точность ± 1%.
2.

Для растворов морской воды Фабусс и Корози (1967) и Корози и Фабусс (1968)

Растворы морской воды (концентраты и разбавители) зависят от температуры и солености, таким образом, вязкость морской воды η sw , это:

(2.77) ηsw = ηr⋅ηpw

, где η r — относительная вязкость. Он представлен отношением вязкости солевого раствора к вязкости чистой воды η pw для той же температуры и рассчитывается по следующему эмпирическому уравнению (Isdale et al., 1972):

(2.78a) ηr = ηsw / ηpw = 1 + aSp + b⋅Sp2

, где параметры a и b являются функциями температуры раствора t 68 ° C. Они сформулированы с использованием вязкости чистой воды Fabuss и Korosi (1967) и Korosi and Fabuss (1968):

(2.78b) a = 0.001474 + 1.5 × 10−5⋅t68−0.003927 × 10−5⋅t682

(2.78c) b = 1.0734 × 10−5–8.5 × 10−8⋅t68 + 0.00223 × 10−7⋅t682

Используя нормализованные данные вязкости чистой воды (IAPWS-2008), параметры a и b уравнения. (2.78a) имеют следующие новые значения (Sharqawy et al., 2010):

(2.78d) a = 1.541 + 1.998 × 10−2⋅t − 9.52 × 10−5t2

(2.78e) b = 7.974 −7,561 × 10−2⋅t + 4,724 × 10−4⋅t2

, где нормализованная вязкость чистой воды определяется как:

(2,79) ηpw = 4,2844 × 10−5 + [0.157 (t + 64,993) 2−91,296] −1

Уравнение действительно для температур 0 ≤ t ≤ 180 ° C, точность составляет ± 0,05%. Данные в таблице 2. 16 основаны на значениях уравнений. (2.77) и (2.78d), (2.78e).

Таблица 2.16. Динамическая вязкость 10 3 кг м 1 с −1 , растворов морской воды при различной солености и температуре

1,714
Соленость (г кг −1 )
° C 0 a 10 30 50 70 90 110 120
0 1.791 1,820 1,887 2,925 2,055 2,156 2,268 2,328
10 1,306 1,330 1,382 1,443 1,511 1,548 1,548
20 1,002 1,021 1,065 1,114 1,168 1,227 1,259 1,326
30 0.797 0,814 0,851 0,891 0,936 0,984 1,037 1,064
40 0,653 0,667 0,699 0,734 0,771 0,812 0,855 0,771 0,812 0,855 0,878
50 0,547 0,560 0,587 0,617 0,649 0,684 0,721 0,740
60 0.466 0,478 0,502 0,528 0,556 0586 0,618 0,635
70 0,404 0,414 0,436 0,459 0,484 0,510 0,5 0,553
80 0,354 0,364 0,383 0,404 0,426 0,449 0,474 0,487
90 0315 0. 323 0,340 0,359 0,379 0,400 0,422 0,434
100 0,282 0,289 0,305 0,322 0,340 0,369 0,380 0,390
110 0,255 0,262 0,276 0,291 0,308 0,325 0,344 0,354
120 0.232 0,238 0,251 0,261 0,288 0,297 0,314 0,323

По данным Isdale, J.D., Spencer, C.M., Tudhope, J.S. 1972. Физические свойства растворов морской воды. Desalination 10, 319–328; Джеймисон, Д.Т. 1986. Экспериментальные методы определения свойств соленой воды. Опреснение 59, 219–240.

Для кинематической вязкости Chen et al. (1973) представляют следующее выражение, основанное на солености:

(2.80) v = vpw + aS1 / 2 + bS + cS2

, где v pw — кинематическая вязкость чистой воды, а соленость S выражается в% массы соли. Параметры a, b и c имеют следующие значения для диапазона температур от 10 до 150 ° C:

a = -1,464, b = 205,4, c = 153,0

Объяснение вязкости смазки — Блог AMSOIL

Вязкость смазочного материала и то, как она изменяется при различных температурах и условиях эксплуатации, является одним из наиболее важных свойств, определяющих рабочие характеристики и защиту смазочного материала.

Вязкость можно посмотреть двумя способами:

• Кинематическая вязкость
• Динамическая (или абсолютная) вязкость

Кинематическая вязкость определяется сопротивлением смазочного материала текучести и сдвигу под действием силы тяжести. Чтобы проиллюстрировать это, представьте, что вы наливаете два контейнера, один из которых наполнен водой, а другой — медом. Кинематическая вязкость каждой жидкости определяет скорость ее течения. Поскольку кинематическая вязкость воды ниже, она течет быстрее. Кинематическая вязкость, измеренная с использованием методологии ASTM D445, определяет класс вязкости масла SAE при высоких температурах («30» в 5W-30).

Динамическая вязкость, измеренная с помощью теста Cold Crank Simulator (CCS) (ASTM D5293), определяется как сопротивление смазочного материала течению, на которое указывает его измеренное сопротивление, которое лучше всего воспринимается как количество энергии, необходимое для перемещения объекта, такого как металлический стержень через жидкость. Для перемешивания воды требуется меньше энергии по сравнению с медом, потому что динамическая вязкость воды ниже. Динамическая вязкость определяет низкотемпературный класс масла («5W» в 5W-30).

Что это значит для автомобилистов? Вязкость смазочного материала при 40ºC и 100ºC используется для расчета его индекса вязкости (VI) — показателя того, насколько вязкость жидкости изменяется в зависимости от температуры.Как мы уже говорили, изменение вязкости из-за температуры и условий эксплуатации влияет на производительность. Смазка, которая претерпевает небольшое изменение вязкости, обычно работает лучше. Высокий индекс вязкости указывает на небольшое изменение вязкости жидкости из-за колебаний температуры, в то время как низкий индекс вязкости указывает на относительно большое изменение вязкости.

Синтетические жидкости обычно имеют гораздо более высокий индекс вязкости по сравнению с обычными жидкостями, что означает, что они обеспечивают улучшенную защиту критически важных компонентов в широком диапазоне температур.VI обычно указывается в технических характеристиках масла, например в этом.

Синтетические смазочные материалы

AMSOIL имеют высокий индекс вязкости, что означает, что они более стабильны, чем смазочные материалы конкурентов, поэтому вы можете рассчитывать на их превосходную защиту.

Вязкость масла — PetroWiki

Абсолютная вязкость является мерой внутреннего сопротивления жидкости потоку. Для жидкостей вязкость соответствует неформальному понятию «толщина». Например, мед имеет более высокую вязкость, чем вода.

Любой расчет, связанный с движением жидкостей, требует значения вязкости. Этот параметр необходим для условий от наземных систем сбора до коллектора. Можно ожидать, что корреляции для расчета вязкости позволят оценить вязкость в диапазоне температур от 35 до 300 ° F.

Ньютоновские жидкости

Жидкости, вязкость которых не зависит от скорости сдвига, описываются как ньютоновские жидкости. Корреляции вязкости, обсуждаемые на этой странице, применимы к ньютоновским жидкостям.

Факторы, влияющие на вязкость

Основными факторами, влияющими на вязкость, являются:

  • Состав масла
  • Температура
  • Растворенный газ
  • Давление

Состав масла

Обычно состав нефти описывается только плотностью в градусах API. Использование плотности в градусах API и характеристического фактора Ватсона обеспечивает более полное описание нефти. В Таблице 1 показан пример масла с плотностью 35 ° API, который указывает на взаимосвязь вязкости и химического состава, напоминая характеристический коэффициент, равный 12.5 отражает высокопарафиновые масла, а значение 11,0 указывает на нафтеновые масла. Очевидно, что химический состав, помимо плотности в градусах API, играет роль в поведении вязкости сырой нефти. На рис. 1 показано влияние характеристического фактора сырой нефти на вязкость мертвой нефти. В целом характеристики вязкости предсказуемы. Вязкость увеличивается с уменьшением удельного веса по API сырой нефти (при условии постоянного значения коэффициента Ватсона) и с понижением температуры.Воздействие растворенного газа заключается в снижении вязкости. Выше давления насыщения вязкость увеличивается почти линейно с давлением. На рис. 2 представлена ​​типичная форма вязкости пластовой нефти при постоянной температуре.

  • Рис. 1 — Вязкость мертвого масла в зависимости от плотности в градусах API и характеристического коэффициента Ватсона.

  • Рис. 2 — Типовая кривая вязкости масла.

Расчет вязкости

Для расчетов вязкости живых пластовых масел требуется многоступенчатый процесс, включающий отдельные корреляции для каждого этапа процесса.Вязкость мертвой или безгазовой нефти определяется как функция плотности сырой нефти по API и температуры. Вязкость насыщенной газом нефти определяется как функция вязкости мертвой нефти и газового фактора раствора (GOR). Вязкость ненасыщенной нефти определяется как функция вязкости газонасыщенной нефти и давления выше давления насыщения.

Фиг. 3 и 4 суммируют все корреляции вязкости мертвого масла, описанные в таблицах 2 и 3 . [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] ) [21] [22] [23] [24] [25] Результаты, предоставленные Рис.4 показывают, что метод, предложенный в Стандарте [23] , не подходит для сырой нефти с плотностью менее 28 ° API. Аль-Кафаджи и др. Метод [10] не подходит для нефти с плотностью менее 15 ° API, в то время как метод Беннисона [21] , разработанный в основном для нефти Северного моря с низкой плотностью API, не подходит для нефти с плотностью выше 30 ° API. .

  • Рис. 3 — Зависимость вязкости мертвого масла от температуры.

  • Фиг.4 — Вязкость мертвого масла в зависимости от плотности в градусах API

Сравнение различных методов

Рис. 5 предоставляет аннотированный список наиболее часто используемых методов корреляции для расчета вязкости. Результаты иллюстрируют тенденцию изменения вязкости и температуры мертвого масла. При понижении температуры вязкость увеличивается. При температурах ниже 75 ° F метод Беггса и Робинсона [5] значительно переоценивает вязкость, в то время как метод Стэндинга фактически показывает снижение вязкости.Эти тенденции делают эти методы непригодными для использования в температурном диапазоне, связанном с трубопроводами. Метод Била [3] [4] был разработан на основе наблюдений за вязкостью мертвого масла при 100 и 200 ° F и имеет тенденцию занижать вязкость при высокой температуре. Корреляции вязкости мертвой нефти несколько неточны, потому что они не учитывают химическую природу сырой нефти. Только методы, разработанные Стэндингом [23] и Фитцджеральдом [18] [19] [20] , учитывают химическую природу сырой нефти за счет использования характеристического фактора Ватсона.Метод Фитцджеральда был разработан для широкого диапазона условий, как подробно описано в таблицах 2 и 3 , и является наиболее универсальным методом, подходящим для общего использования корреляций, перечисленных в этой таблице. Глава 11 Справочника технических данных API — Нефтепереработка [19] включает график, показывающий область применимости метода Фитцджеральда.

  • Рис. 5 — Аннотированный список обычно используемых корреляций вязкости мертвого масла.

Метод Андраде [1] [2] основан на наблюдении, что логарифм вязкости в зависимости от обратной абсолютной температуры образует линейную зависимость от точки несколько выше нормальной точки кипения до точки, близкой к точке замерзания масла, как показано на рис. 6, , . Метод Андраде применяется путем использования измеренных точек вязкости мертвого масла, полученных при низком давлении и двух или более температурах. Данные должны быть получены при температурах в интересующем диапазоне.Этот метод рекомендуется при наличии данных о вязкости мертвого масла.

  • Рис. 6 — Вязкость мертвого масла в зависимости от обратной абсолютной температуры.

Методы определения вязкости масла до точки пузыря

Таблицы 4 и 5 [5] [7] [8] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] ) [29] предоставляют полное описание методов определения вязкости нефти до точки кипения.

Корреляции для вязкости масла при температуре кипения обычно принимают форму, предложенную Chew and Connally. [26] Этот метод формирует корреляцию с вязкостью мертвого масла и газовым фактором раствора, где A и B определяются как функции газового фактора раствора.

……………….. (1)

Фиг. 7 и 8 показаны корреляции для параметров A и B, разработанные разными авторами. Фиг.9 показывает влияние параметров корреляции A и B на прогноз вязкости. Этот график был разработан для вязкости мертвого масла 1,0 сП, чтобы можно было изучить влияние газового фактора раствора. Корреляции, предложенные Labedi, [7] [8] Khan et al. , [28] и Almehaideb [29] специально не используют вязкость мертвого масла и газовый фактор раствора и не были включены в этот график.

  • Фиг.7– Параметр корреляции вязкости при температуре пузыря A.

  • Рис. 8 — Параметр корреляции вязкости при температуре пузыря B.

  • Рис. 9 — Вязкость масла до точки пузыря в зависимости от газового фактора раствора.

Корреляция для недонасыщенного масла

Когда давление повышается выше точки кипения, масло становится недонасыщенным. В этой области вязкость масла увеличивается почти линейно с увеличением давления. Таблицы 6 и 7 [3] [4] [7] [8] [11] [12] [13] [14] [ 15] [16] [17] [19] [22] [25] [29] [30] [31] [32] [ 33] предоставляют корреляции для моделирования вязкости ненасыщенной нефти. На рис. 10 представлено визуальное сравнение методов.

  • Рис. 10 — Вязкость ненасыщенного масла в зависимости от давления.

Номенклатура

мкм об = Вязкость масла при температуре кипения, м / л, сП
мкм из = Вязкость мертвого масла, м / л, сП

Список литературы

  1. 1.0 1,1 Андраде, Э. да C. 1930. Вязкость жидкостей. Природа 125: 309–310. http://dx.doi.org/10.1038/125309b0
  2. 2,0 2,1 Рид Р.К., Праусниц Дж. М. и Шервуд Т. 1977. Свойства газов и жидкостей, третье издание, 435–439. Нью-Йорк: Высшее образование Макгроу-Хилла.
  3. 3,0 3,1 3,2 Бил, К. 1970. Вязкость воздуха, воды, природного газа, сырой нефти и ее попутных газов при температуре и давлении нефтяного месторождения, No.3, 114–127. Ричардсон, Техас: Серия репринтов (Оценка нефтегазовой собственности и оценка запасов), SPE. Ошибка цитирования: недопустимый тег ; имя «r3» определено несколько раз с разным содержанием Ошибка цитирования: Недействительный тег ; имя «r3» определено несколько раз с разным содержанием
  4. 4,0 4,1 4,2 Постоянный, M. B. 1981. Объемное и фазовое поведение углеводородных систем нефтяных месторождений, девятое издание. Ричардсон, Техас: Общество инженеров-нефтяников AIME
  5. 5.0 5,1 5,2 Beggs, H.D. и Робинсон, Дж. Р. 1975. Оценка вязкости нефтяных систем. J Pet Technol 27 (9): 1140-1141. SPE-5434-PA. http://dx.doi.org/10.2118/5434-PA
  6. ↑ Glasø, Ø. 1980. Обобщенные корреляции давления, объема и температуры. J Pet Technol 32 (5): 785-795. SPE-8016-PA. http://dx.doi.org/10.2118/8016-PA
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 Labedi, R.M. 1982. PVT-корреляция африканской сырой нефти.Кандидатская диссертация. 1982 г. Кандидатская диссертация, Колорадская горная школа, Ледвилл, Колорадо (май 1982 г.).
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 Лабеди, Р. 1992. Улучшенные корреляции для прогнозирования вязкости легкой нефти. J. Pet. Sci. Англ. 8 (3): 221-234. http://dx.doi.org/10.1016/0920-4105(92)-Y
  9. ↑ Нг, J.T.H. и Эгбогах, Э. 1983. Улучшенная корреляция вязкости и температуры для систем сырой нефти. Представлено на ежегодном техническом совещании, Банф, Канада, 10–13 мая.PETSOC-83-34-32. http://dx.doi.org/10.2118/83-34-32
  10. 10,0 10,1 10,2 Аль-Хафаджи, А.Х., Абдул-Маджид, Г.Х. и Хассун, С.Ф. 1987. Корреляция вязкости для мертвой, живой и ненасыщенной сырой нефти. J. Pet. Res. (Декабрь): 1–16.
  11. 11,0 11,1 11,2 Петроски Г. Jr. 1990. PVT-корреляции для сырой нефти Мексиканского залива. Магистерская диссертация. 1990 г. Диссертация на степень магистра, Университет Юго-Западной Луизианы, Лафайет, Луизиана.
  12. 12,0 12,1 12,2 Петроски Г. Младший и Фаршад, Ф.Ф. 1995. Корреляции вязкости для сырой нефти Мексиканского залива. Представлено на симпозиуме SPE по производственным операциям, Оклахома-Сити, Оклахома, США, 2-4 апреля. SPE-29468-MS. http://dx.doi.org/10.2118/29468-MS
  13. 13,0 13,1 13,2 Kartoatmodjo, R.S.T. 1990. Новые корреляции для оценки свойств жидких углеводородов. Диссертация на степень магистра, Университет Талсы, Талса, Оклахома.
  14. 14,0 14,1 14,2 Kartoatmodjo, T.R.S. и Шмидт, З. 1991. Новые корреляции физических свойств сырой нефти, Общество инженеров-нефтяников, незапрошенная статья 23556-MS.
  15. 15,0 15,1 15,2 Картоатмоджо, Т. и З., С. 1994. Большой банк данных улучшает грубые корреляции физических свойств. Oil Gas J. 92 (27): 51–55.
  16. 16,0 16,1 16,2 Де Гетто, Г.и Вилла, М. 1994. Анализ надежности на корреляции PVT. Представлено на Европейской нефтяной конференции, Лондон, Великобритания, 25-27 октября. SPE-28904-MS. http://dx.doi.org/10.2118/28904-MS
  17. 17,0 17,1 17,2 Де Гетто, Г., Паоне, Ф. и Вилла, М., 1995. Корреляция давления-объема-температуры для тяжелых и сверхтяжелых масел. Представлено на Международном симпозиуме по тяжелой нефти SPE, Калгари, 19-21 июня. SPE-30316-MS. http://dx.doi.org/10.2118/30316-MS
  18. 18,0 18,1 Фицджеральд, Д.Дж. 1994. Прогностический метод оценки вязкости неопределенных углеводородных жидких смесей. Докторская диссертация, Государственный университет Пенсильвании, Государственный колледж, Пенсильвания.
  19. 19,0 19,1 19,2 19,3 Daubert, T.E. и Даннер, Р.П. 1997. Книга технических данных API — Переработка нефти, 6-е издание, гл. 11. Вашингтон, округ Колумбия: Американский институт нефти (API).
  20. 20.0 20,1 Саттон, Р.П. и Фаршад, Ф. 1990. Оценка эмпирически полученных свойств PVT для сырой нефти Мексиканского залива. SPE Res Eng 5 (1): 79-86. SPE-13172-PA. http://dx. doi.org/10.2118/13172-PA
  21. 21,0 21,1 Беннисон Т. 1998. Прогноз вязкости тяжелой нефти. Представлено на конференции IBC по разработке месторождений тяжелой нефти, Лондон, 2–4 декабря.
  22. 22,0 22,1 22,2 Эльшаркави, А. и Алихан А.A. 1999. Модели для прогнозирования вязкости ближневосточной сырой нефти. Топливо 78 (8): 891–903. http://dx.doi.org/10.1016/S0016-2361(99)00019-8
  23. 23,0 23,1 23,2 23,3 Whitson, C.H. и Брюле, М.Р. 2000. Фазовое поведение, № 20, гл. 3. Ричардсон, Техас: Серия монографий Генри Л. Доэрти, Общество инженеров-нефтяников.
  24. 24,0 24,1 Бергман, Д.Ф. 2004. Не забывайте вязкость. Представлено на 2-м ежегодном симпозиуме по разработке месторождений Совета по передаче нефтяных технологий, Лафайет, Луизиана, 28 июля.
  25. 25,0 25,1 25,2 Диндорук Б. и Кристман П.Г. 2001. PVT-свойства и корреляции вязкости для нефтей Мексиканского залива. Представлено на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Новый Орлеан, 30 сентября — 3 октября. SPE-71633-MS. http://dx.doi.org/10.2118/71633-MS
  26. 26,0 26,1 Chew, J. and Connally, C.A. Jr. 1959. Корреляция вязкости для газонасыщенной сырой нефти. В трудах Американского института инженеров горной, металлургической и нефтяной промышленности, Vol.216, 23. Даллас, Техас: Общество инженеров-нефтяников AIME.
  27. ↑ Азиз, К., Говье, Г.В. 1972. Падение давления в скважинах, добывающих нефть и газ. J Can Pet Technol 11 (3): 38. PETSOC-72-03-04. http://dx.doi.org/10.2118/72-03-04
  28. 28,0 28,1 Хан, С.А., Аль-Мархун, М.А., Даффуа, С.О. и другие. 1987. Корреляции вязкости для сырой нефти Саудовской Аравии. Представлен на выставке Middle East Oil Show, Бахрейн, 7-10 марта. SPE-15720-MS. http://dx.doi.org/10.2118/15720-МС
  29. 29,0 29,1 29,2 Almehaideb, R. A. 1997. Улучшенная корреляция PVT для сырой нефти ОАЭ. Представлено на выставке и конференции Middle East Oil Show, Бахрейн, 15-18 марта. SPE-37691-MS. http://dx.doi.org/10.2118/37691-MS Ошибка цитирования: недопустимый тег ; имя «r29» определено несколько раз с разным содержанием Ошибка цитирования: Недействительный тег ; имя «r29» определено несколько раз с разным содержанием
  30. ↑ Кузел, Б.1965. Как давление влияет на вязкость жидкости. Hydrocarb. Процесс. (Март 1965 г.): 120.
  31. ↑ Васкес М.Э. 1976. Корреляции для предсказания физических свойств жидкости. Диссертация на степень магистра, Университет Талсы, Талса, Оклахома.
  32. ↑ Васкес, М. и Беггс, Х.Д. 1980. Корреляции для предсказания физических свойств жидкости. J Pet Technol 32 (6): 968-970. SPE-6719-PA. http://dx.doi.org/10.2118/6719-PA
  33. ↑ Абдул-Маджид, Г.Х., Кларк, К.К. и Салман, Н.Х. 1990. Новая корреляция для оценки вязкости ненасыщенной сырой нефти.J Can Pet Technol 29 (3): 80. PETSOC-90-03-10. http://dx.doi.org/10.2118/90-03-10

Интересные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые читатель, желающий узнать больше, обязательно должен прочитать

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

Вязкость газа

Трение жидкости

Плотность масла

Свойства нефтяной жидкости

PEH: Масло_Система_Взаимосвязи

Motor Oil Basics: Вязкость масла — Select Synthetics

С момента разработки двигателя вязкость (густота) моторного масла всегда считалась его наиболее важным свойством, позволяющим избежать катастрофических отказов.

Вязкость жидкости — это физическое измерение ее внутреннего сопротивления потоку . Иначе говоря, это мера внутренних адгезионных / когезионных фрикционных свойств жидкости .

Масло с высокой вязкостью описывается как «более густое» или «более тяжелое», в то время как масло с низкой вязкостью описывается как «тоньше» или «легче» — чем гуще масло, тем выше его вязкость. Намного легче сказать: «Мед на гуще на , чем вода», чем сказать: «Мед на вязкость выше, чем вода».»

Обратное (или обратное) значение вязкости равно , текучесть .

На вязкость масла влияют температурные изменения во время использования. При более высоких температурах оно становится тоньше (вязкость уменьшается) и обеспечивает меньшую защиту двигателя. При более низких температурах , он загустевает (увеличивается вязкость), и его становится труднее перекачивать вокруг двигателя, что приводит к снижению защиты при запуске и увеличению износа.

Вязкость должна быть достаточно высокой для сохранения смазочной пленки между движущимися частями, но низкой достаточно, чтобы смазка могла легко течь через масляный фильтр в галереи (проходы) и вокруг различных частей двигателя при любых условиях.

Еще одним фактором, влияющим на вязкость, является загрязнение моторного масла; когда масло загрязняется, его вязкость изменяется. Из-за сажи, грязи и шлама вязкость увеличивается; при разбавлении топлива он уменьшается. Оба направления изменения вязкости потенциально вредны для двигателя.

Динамическая вязкость

Динамическая вязкость — это измерение внутреннего трения жидкости или ее сопротивления постепенной деформации напряжения сдвига или напряжения растяжения.Обычно он выражается в единицах, называемых сантипуаз (сП) , что численно равно миллипаскаль-секунда (мПа · с) . Динамическую вязкость иногда называют абсолютной вязкостью .

Представьте, что смазочная жидкость сжимается между двумя большими плоскими пластинами, образуя пленку между пластинами; одна пластина неподвижна, другая движется горизонтально с постоянной скоростью. Когда верхняя пластина движется, каждый слой жидкости будет двигаться быстрее, чем слой непосредственно под ней, и трение между ними вызовет силу, препятствующую их относительному движению.В частности, жидкость будет прикладывать к верхней пластине силу в направлении, противоположном ее движению, и равную, но противоположную силу к нижней пластине. Следовательно, требуется внешняя сила, чтобы поддерживать движение верхней пластины с постоянной скоростью и преодолевать трение пленки жидкости. Чем больше трение, тем больше требуется силы.

Динамическая вязкость — это мера сопротивления жидкости деформации под действием силы сдвига.


The Dynamic (сдвиг) Вязкость жидкости изменяется с изменениями температуры; следовательно, его измерение не имеет смысла, если температура, при которой он определяется, не задана как .Обычным инструментом, используемым для измерения динамической вязкости, является ротационный вискозиметр , такой как «Вискозиметр Брукфилда» , в котором используется вращающийся шпиндель, который испытывает крутящий момент при вращении против трения жидкости.


Кинематическая вязкость

Более знакомое измерение вязкости — Кинематическая вязкость . Кинематическая вязкость учитывает плотность (удельный вес) жидкости как частное от ее динамической вязкости.Иначе говоря, кинематическая вязкость ( сСт, ) равна динамической вязкости жидкости ( сП, ), деленной на ее удельный вес ( SG ) (см. Ниже). Обычно указывается в сантистоксах (сСт) или мм 2 / с .


Кинематическая вязкость — это количество времени в сантистоксах ( мм 2 / с ), которое требуется для того, чтобы указанный объем жидкости протек под действием силы тяжести через фиксированный диаметр отверстия при заданной температуре .Поскольку кинематическая вязкость изменяется обратно пропорционально температуре, ее значение не имеет смысла, если только температура, при которой она определяется, не равна . Кинематическая вязкость определяется с помощью вискозиметра с капиллярной трубкой .


Индекс вязкости

Когда американские инженеры осознали, что при минусовых температурах нефть, полученная из ароматической черной сырой нефти из Техасского залива, была намного гуще, чем нефть, полученная из светло-янтарной нефти Пенсильвании, они начали для измерения этой разницы в поведении с помощью показателя отношения вязкости, называемого индексом вязкости .

Индекс вязкости (VI) был разработан Э. Дином и Дж. Дэвисом в 1929 году. Нефть Пенсильвании (парафиновая) была установлена ​​в качестве эталона на одном уровне, представляющем низкую изменчивость вязкости в зависимости от температуры. Другой крайностью оказалась нефть из Техасского залива (нафтеновая).

Если смазочный материал был подобен нефти Пенсильвании, ему был присвоен индекс вязкости 100. Если он был подобен нефти из Техасского залива, ему был присвоен индекс индексации 0. Посередине между ними был индекс вязкости 50 и так далее.Чем выше индекс вязкости, тем стабильнее вязкость в диапазоне температур (более желательно).

Индекс вязкости (VI) — это произвольная мера изменения вязкости масла из-за изменений температуры . Другими словами, индекс вязкости — , показатель , показывающий, насколько вязкость масла изменяется при изменении температуры . Чем выше индекс вязкости, тем меньше вязкость масла изменяется при изменении температуры.Индекс вязкости обозначается просто как — числовое значение, не имеющее единиц . Измерения проводятся при 40 ° C и 100 ° C.


Учитывая, что масла с более высоким индексом вязкости меньше разжижаются при более высоких температурах и не так сильно загустевают при более низких температурах, чем выше индекс вязкости, тем лучше моторные масла будут работать в экстремальных температурах. Поэтому желательны и предпочтительны масла с более высокими индексами вязкости.


AMSOIL Синтетические масла (например, наша линейка Signature Series ) имеют очень высокие индексы вязкости для собственных нужд .

Консистенция смазки

До сих пор обсуждаемыми продуктами были жидкости, но как насчет консистентных смазок ? В некоторых смазочных материалах невозможно использовать жидкую смазку. Для этих применений используются смазки.

Использование пластичной смазки дает преимущества по сравнению с использованием масла в определенных областях применения.

Смазка изолирует загрязнения, лучше подходит для нерастворимых твердых добавок, таких как дисульфид молибдена и графит , и обладает лучшими характеристиками остановки-запуска, поскольку не стекает, как масло.Трудно представить себе машину, работающую без смазки, поскольку большинство динамических операций машины выполняется на подшипниках, которым для смазки требуется смазка.

Простое описание Grease : — полутвердый смазочный материал, состоящий из базового масла, присадок и загустителя . Другими словами, смазки , — это моторные масла, усиленные загустителем , чтобы сделать их полутвердыми.

Загуститель в консистентной смазке, часто описываемый как «губка, удерживающая смазочный материал», в большинстве случаев добавляется для удержания смазки на месте в тех случаях, когда жидкая смазка может стекать.Загуститель составляет от 10 до 30 процентов от общего содержания.

Загуститель представляет собой простое или сложное мыло. Простое мыло состоит из длинных волокон и имеет гладкую маслянистую текстуру. Примерами простых мыл являются литий, полимочевина, кальций и диоксид кремния. Комплексное мыло состоит как из коротких, так и из длинных волокон и имеет более волокнистую текстуру. Некоторые примеры — алюминий, натрий и барий.

Самыми популярными пластичными смазками во всем мире являются пластичные смазки на литиевой основе с долей рынка более 75 процентов. Литиевая смазка, например, может использоваться как в шасси, так и в ступичных подшипниках. Благодаря совместимости с наиболее широко используемыми литиевыми пластичными смазками литиево-комплексные пластичные смазки и кальций-сульфонатные являются лучшими кандидатами в качестве высокоэффективных многоцелевых пластичных смазок.

Литий-комплексные смазки в целом обладают хорошей стабильностью, высокотемпературными характеристиками и водостойкостью. Другие требования к характеристикам, такие как противозадирные, противоизносные, ржавые и коррозионные, могут быть дополнительно улучшены путем добавления подходящих присадок.Тем не менее, тщательное сравнение смазок на основе литиевого комплекса и сульфоната кальция показывает, что смазки на основе сульфоната кальция обладают преимуществом.

Смазки на основе сульфоната кальция превосходят смазки на основе литиевого комплекса как по техническим характеристикам, так и в реальных условиях применения. Наиболее важное различие между этими двумя типами смазок заключается в том, что смазки на основе сульфоната кальция обычно не нуждаются в добавках для удовлетворения определенных требований к рабочим характеристикам, как это делают смазки на основе литиевого комплекса.

Смазки на основе сульфоната кальция обладают превосходной механической стабильностью и стабильностью к сдвигу по сравнению с пластичными смазками на основе литиевого комплекса, что указывает на меньшую утечку и биение во время работы, их можно использовать при более высоких температурах, они обладают присущими противозадирными и противоизносными свойствами, известны как естественные ингибиторы ржавчины и обладают отличными водостойкими свойствами.

Поскольку консистентные смазки не являются жидкостью, их сопротивление потоку обычно называют консистенцией , , а не вязкостью. (Примечание: вязкость может быть указана для базового масла, используемого для изготовления смазки, но не для готового продукта. )

Консистентные смазки продаются по классу консистенции .

Консистенция консистентной смазки измеряется с помощью теста на проникновение конуса . В этом тесте консистенция определяется проникновением конуса заданных размеров, массы и чистоты в стандартное количество смазки при 25 ° C.Проникновение — это измерение в десятых долях миллиметра того, насколько сила тяжести опускает конус на поверхность смазки за 5 секунд.



Коэффициент «давление – вязкость» углеводородного базового масла на основе моделирования молекулярной динамики

  • 1.

    Баир С., Лю, Й., Ван, К. Дж .: Коэффициент «давление – вязкость» для толщины пленки Ньютоновской ЭДЖ с общим пьезовязким откликом. J. Tribol. 128 (3), 624–631 (2006)

    Статья Google Scholar

  • 2.

    Баир, С., Куреши, Ф .: Точные измерения зависимости вязкости от давления в смазочных материалах. Трибол. Пер. 45 (3), 390–396 (2002)

    Статья Google Scholar

  • 3.

    Ситон, К .: Вязко-температурная корреляция для жидкостей. Трибол. Lett. 22 (1), 67–78 (2006)

    Статья Google Scholar

  • 4.

    Totten, G.E., Westbrook, S.Р., Шах, Р.Дж .: Справочник по топливу и смазочным материалам: технологии, свойства, характеристики и испытания, т. 37. ASTM International, Пенсильвания (2003)

    Google Scholar

  • 5.

    Vogel, H .: Das temperaturabhängigkeitsgesetz der viskosität von flüssigkeiten. Phys. Z 22 , 645–646 (1921)

    Google Scholar

  • 6.

    Фулчер Г.С. Анализ последних измерений вязкости стекол.Варенье. Ceram. Soc. 8 (6), 339–355 (1925)

    Артикул Google Scholar

  • 7.

    Tammann, G. , Hesse, W .: Die Abhängigkeit der Viscosität von der Temperatur bie unterkühlten Flüssigkeiten. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 156 (1), 245–257 (1926)

    Статья Google Scholar

  • 8.

    Stachowiak, G., Batchelor, A.W .: Инженерная трибология.Баттерворт-Хайнеманн, Оксфорд (2013)

    Google Scholar

  • 9.

    Schaschke, C.J .: Измерение вязкости при высоком давлении с помощью вискозиметров с падающим телом. Int. Rev. Chem. Англ. 2 (5), 564–576 (2010)

    Google Scholar

  • 10.

    Bair, S .: Обычный вискозиметр высокого давления для точных измерений до 1 ГПа. Трибол. Пер. 47 (3), 356–360 (2004)

    Статья Google Scholar

  • 11.

    Кук, Р.Л., Хербст, К.А., Кинг-младший, Х .: Вязкость стеклообразующих жидкостей при высоком давлении, измеренная с помощью вискозиметра с центробежной силой с алмазной наковальней. J. Phys. Chem. 97 (10), 2355–2361 (1993)

    Артикул Google Scholar

  • 12.

    Hamrock, B.J., Dowson, D .: Изотермическая эластогидродинамическая смазка точечных контактов: часть III — результаты полностью затоплены. J. Lubr. Technol. 99 (2), 264–275 (1977)

    Статья Google Scholar

  • 13.

    Hamrock, B.J., Dowson, D .: Изотермическая эластогидродинамическая смазка точечных контактов: Часть 1 — теоретическая формулировка. J. Lubr. Technol. 98 (2), 223–228 (1976)

    Статья Google Scholar

  • 14.

    Рамасами, США, Баир, С., Мартини, А .: Прогнозирование поведения вязкости и давления на основе вязкости и сжимаемости окружающей среды: проблемы и возможности. Трибол. Lett. 57 (2), 1–7 (2015)

    Google Scholar

  • 15.

    Ву, К., Клаус, Э., Дуда, Дж .: Разработка метода прогнозирования коэффициентов вязкости смазочных масел на основе теории свободного объема. J. Tribol. 111 (1), 121–128 (1989)

    Статья Google Scholar

  • 16.

    Монделло, М., Грест, Г.С.: Молекулярная динамика линейных и разветвленных алканов. J. Chem. Phys. 103 (16), 7156–7165 (1995)

    Артикул Google Scholar

  • 17.

    Нат, С.К., Эскобедо, Ф.А., де Пабло, Дж. Дж .: О моделировании парожидкостного равновесия для алканов. J. Chem. Phys. 108 , 9905 (1998)

    Артикул Google Scholar

  • 18.

    Мартин, М.Г., Зипманн, Дж. И.: Новый метод Монте-Карло с конфигурационным смещением для разветвленных молекул. Переносимые потенциалы для фазовых равновесий. 2. Единоатомное описание разветвленных алканов. J. Phys. Chem. B 103 (21), 4508–4517 (1999)

    Артикул Google Scholar

  • 19.

    Падилья, П., Токсверд, С .: Самодиффузия в моделях n -алкановой жидкости. J. Chem. Phys. 94 (8), 5650–5654 (1991)

    Артикул Google Scholar

  • 20.

    Чанг, Дж., Сандлер, С.И .: Межатомные потенциалы Леннарда-Джонса линейных и разветвленных алканов, откалиброванные с помощью ансамблевого моделирования Гиббса для парожидкостных равновесий. J. Chem. Phys. 121 (15), 7474–7483 (2004)

    Статья Google Scholar

  • 21.

    Эванс, Д., Моррис, Г .: Статистическая механика неравновесных жидкостей. Cambridge University Press, Кембридж (2008)

  • 22.

    Моррис, Г.П., Дайвис, П.Дж., Эванс, Д.Дж .: Реология н-алканов: декан и эйкозан. J. Chem. Phys. 94 (11), 7420–7433 (1991)

    Артикул Google Scholar

  • 23.

    Куи, С., Каммингс, П., Кокран, Х., Мур, Дж., Гупта, С .: Неравновесное молекулярно-динамическое моделирование реологии линейных и разветвленных алканов.Int. J. Thermophys. 19 (2), 449–459 (1998)

    Статья Google Scholar

  • 24.

    Куи, С., Гупта, С., Каммингс, П., Кокран, Х .: Моделирование молекулярной динамики реологии нормального декана, гексадекана и тетракозана. J. Chem. Phys. 105 (3), 1214–1220 (1996)

    Артикул Google Scholar

  • 25.

    Khare, R., de Pablo, J., Yethiraj, A.: Реологические, термодинамические и структурные исследования линейных и разветвленных алканов при сдвиге. J. Chem. Phys. 107 , 6956 (1997)

    Артикул Google Scholar

  • 26.

    Kioupis, L.I., Maginn, E.J .: Молекулярное моделирование поли-α-олефиновых синтетических смазочных материалов: влияние молекулярной архитектуры на рабочие характеристики. J. Phys. Chem. B 103 (49), 10781–10790 (1999)

    Артикул Google Scholar

  • 27.

    Мур, Дж., Цуй, С., Кокран, Х., Каммингс, П .: Реология базовых компонентов смазочных материалов: исследование молекулярной динамики изомеров C 30 . J. Chem. Phys. 113 (19), 8833–8840 (2000)

    Артикул Google Scholar

  • 28.

    Джаббарзаде, А., Аткинсон, Дж., Таннер, Р .: Влияние формы молекул на реологические свойства при моделировании молекулярной динамики звездчатых, H, гребенчатых и линейных полимерных расплавов. Макромолекулы 36 (13), 5020–5031 (2003)

    Артикул Google Scholar

  • 29.

    Мур, Дж., Цуй, С., Каммингс, П., Кокран, Х .: Определение характеристик смазочных материалов с помощью молекулярного моделирования. AIChE J. 43 (12), 3260–3263 (1997)

    Статья Google Scholar

  • 30.

    Манди, К.Дж., Кляйн, М.Л., Зипманн, Дж. И.: Определение коэффициента вязкости декана методом молекулярного моделирования. J. Phys. Chem. 100 (42), 16779–16781 (1996)

    Артикул Google Scholar

  • 31.

    Kioupis, L.I., Maginn, E.J .: Влияние молекулярной архитектуры на реологию углеводородных флюидов при высоком давлении. J. Phys. Chem. B 104 (32), 7774–7783 (2000)

    Артикул Google Scholar

  • 32.

    МакКейб, К., Цуй, С., Каммингс, П.Т., Гордон, П.А., Сэгер, Р.Б .: Исследование реологии 9-октилгептадекана до гигапаскалей. J. Chem. Phys. 114 , 1887 (2001)

    Артикул Google Scholar

  • 33.

    Баир, С., Куреши, Ф .: Обобщенная модель ньютоновской жидкости и толщина эластогидродинамической пленки. J. Tribol. 125 (1), 70–75 (2003)

    Статья Google Scholar

  • 34.

    Гордон П.А .: Развитие межмолекулярных потенциалов для прогнозирования транспортных свойств углеводородов. J. Chem. Phys. 125 , 014504 (2006)

    Артикул Google Scholar

  • 35.

    Гордон, П.А.: Характеристика транспортных свойств изопарафина с помощью соотношений Стокса-Эйнштейна. Ind. Eng. Chem. Res. 42 (26), 7025–7036 (2003)

    Артикул Google Scholar

  • 36.

    Пан, Г., МакКейб, Ч .: Прогноз вязкости молекулярных жидкостей при экспериментально доступных скоростях сдвига с использованием формализма временной корреляционной функции переходных процессов. J. Chem. Phys. 125 , 194527 (2006)

    Артикул Google Scholar

  • 37.

    Моррис, Г.П., Эванс, Д.Дж .: Применение переходных корреляционных функций к сдвиговому потоку вдали от равновесия. Phys. Ред. A 35 (2), 792 (1987)

    Артикул Google Scholar

  • 38.

    Эванс, Д.Дж., Моррисс, Г.П .: Переходно-временные корреляционные функции и реология жидкостей. Phys. Ред. A 38 (8), 4142 (1988)

    Артикул Google Scholar

  • 39.

    Баир, С., МакКейб, К., Каммингс, П.Т .: Сравнение неравновесной молекулярной динамики с экспериментальными измерениями в режиме нелинейного разжижения при сдвиге. Phys. Rev. Lett. 88 (5), 58302 (2002)

    Артикул Google Scholar

  • 40.

    Хансен, Ж.-П., Макдональд, И.Р .: Теория простых жидкостей. Эльзевир, Амстердам (1990)

    Google Scholar

  • 41.

    Уильямс, Г., Уоттс, округ Колумбия: Несимметричное поведение диэлектрической релаксации, возникающее из простой эмпирической функции распада. Пер. Faraday Soc. 66 , 80–85 (1970)

    Артикул Google Scholar

  • 42.

    Баир, С .: Реология под высоким давлением некоторых простых модельных углеводородов. Proc. Inst. Мех. Eng., J: J. Eng. Трибол. 216 (3), 139–149 (2002)

    Статья Google Scholar

  • 43.

    Зипманн, Дж. И., Караборни, С., Смит, Б .: Моделирование критического поведения сложных жидкостей. Природа 365 , 330–332 (1993)

    Артикул Google Scholar

  • 44.

    Монделло М., Грест Г.С.: Молекулярная динамика линейных и разветвленных алканов. J. Chem. Phys. 103 (16), 7156 (1995)

    Артикул Google Scholar

  • 45.

    Mundy, C.J., Siepmann, J.I., Klein, M.L .: Расчет сдвиговой вязкости декана с использованием обратимого алгоритма с несколькими временными шагами. J. Chem. Phys. 102 (8), 3376 (1995)

    Артикул Google Scholar

  • 46.

    Леннард-Джонс, Дж. Э .: Сплоченность. Proc. Phys. Soc. 43 (5), 461 (1931)

    Артикул Google Scholar

  • 47.

    Jorgensen, W.L., Madura, J.Д., Свенсон, К. Дж .: Оптимизированные межмолекулярные потенциальные функции для жидких углеводородов. Варенье. Chem. Soc. 106 (22), 6638–6646 (1984)

    Статья Google Scholar

  • 48.

    Такерман М.Е., Манди К.Дж., Баласубраманян С., Кляйн М.Л .: Модифицированная неравновесная молекулярная динамика для потоков жидкости с сохранением энергии. J. Chem. Phys. 106 (13), 5615–5621 (1997)

    Статья Google Scholar

  • 49.

    Плимптон, С .: Быстрые параллельные алгоритмы для ближней молекулярной динамики. J. Comput. Phys. 117 (1), 1–19 (1995)

    Статья Google Scholar

  • 50.

    Интернет-сайт LAMMPS. http://lammps.sandia.gov

  • 51.

    Паспорт безопасности материала для ПАО 4 сСт. http://www.cpchem.com/msds/100000010950_SDS_JP_EN.PDF

  • 52.

    Booser, E.Р .: Справочник CRC по смазке. Теория и практика трибологии: Том II: теория и дизайн. CRC Press Inc., Флорида (1984)

  • Вязкость — Гипертекст по физике

    Обсуждение

    определений

    Неформально вязкость — это величина, которая описывает сопротивление жидкости потоку. Жидкости сопротивляются относительному движению погруженных в них объектов через них, а также движению слоев с разными скоростями внутри них.

    Формально вязкость (обозначается символом η «eta») — это отношение напряжения сдвига ( F / A ) к градиенту скорости (∆ v x / ∆ z или dv x / dz ) в жидкости.

    или

    Более обычная форма этой связи, называемая уравнением Ньютона , утверждает, что результирующий сдвиг жидкости прямо пропорционален приложенной силе и обратно пропорционален ее вязкости. Сходство со вторым законом движения Ньютона ( F = ma ) должно быть очевидным.

    Или, если вы предпочитаете символы исчисления (а кто не любит)…

    Единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда [Па · с], которая не имеет специального названия.Несмотря на самопровозглашенное название международной системы, Международная система единиц мало повлияла на вязкость в международном масштабе. Сегодня паскаль-секунда редко используется в научно-технической литературе. Наиболее распространенной единицей вязкости является дин-секунда на квадратный сантиметр [дин-с / см 2 ], получившая название пуаз [P] в честь французского физиолога Жана Пуазейля (1799–1869). Десять пуаз равны одной паскаль-секунде [Па · с], что делает сантипуаз [сП] и миллипаскаль-секунду [мПа · с] идентичными.

    1 Па · с = 10-пол.
    1000 мПа · с = 10-пол.
    1 мПа · с = 0,01-пол.
    1 мПа · с = 1 сП

    На самом деле есть две величины, которые называются вязкостью. Величина, определенная выше, иногда называется динамической вязкостью , абсолютной вязкостью или простой вязкостью , чтобы отличить ее от других величин, но обычно это просто вязкость.Другая величина, называемая кинематической вязкостью (обозначается греческой буквой ν «ню»), представляет собой отношение вязкости жидкости к ее плотности.

    Кинематическая вязкость — это мера сопротивления потока жидкости под действием силы тяжести. Его часто измеряют с помощью устройства, называемого капиллярным вискозиметром — в основном это градуированная банка с узкой трубкой на дне. Когда две жидкости равного объема помещаются в одинаковые капиллярные вискозиметры и позволяют течь под действием силы тяжести, более вязкой жидкости требуется больше времени, чем менее вязкой жидкости, чтобы течь через трубку.Более подробно капиллярные вискозиметры будут рассмотрены позже в этом разделе.

    Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ — квадратных метра в секунду 2 / с], не имеющая специального названия. Этот агрегат настолько велик, что используется редко. Более распространенной единицей кинематической вязкости является квадратных сантиметра в секунду [см 2 / с], которому дали название Stokes [St] в честь ирландского математика и физика Джорджа Стокса (1819–1903).Один квадратный метр в секунду равен десяти тысячам стоек.

    1 см 2 / с = 1-я улица
    1 м 2 / с = 10,000 см 2 / с
    1 м 2 / с = 10,000 St

    Даже эта единица измерения слишком велика, поэтому наиболее распространенной единицей измерения является, вероятно, квадратных миллиметра в секунду [мм 2 / с] или сантистоксов [сСт].Один квадратный метр в секунду равен одному миллиону сантистоксов.

    1 мм 2 / с = 1 сСт
    1 м 2 / с = 1000000 мм 2 / с
    1 м 2 / с = 1000000 сСт

    Stokes — редкий пример слова в английском языке, в котором формы единственного и множественного числа идентичны. Рыба — самый непосредственный пример такого слова.1 рыба, 2 рыбы, красная рыба, синяя рыба; 1 сток, 2 стокса, несколько стоксов, несколько стоксов.

    факторов, влияющих на вязкость

    Вязкость в первую очередь зависит от материала. Вязкость воды при 20 ° C составляет 1,0020 миллипаскаль секунды (что удобно близко к единице только по совпадению). Большинство обычных жидкостей имеют вязкость порядка от 1 до 1000 мПа с, в то время как газы имеют вязкость от 1 до 10 мкПа с. Пасты, гели, эмульсии и другие сложные жидкости сложнее обобщить.Некоторые жиры, такие как масло или маргарин, настолько вязкие, что кажутся больше похожими на мягкие твердые вещества, чем на текущие жидкости. Расплавленное стекло чрезвычайно вязкое и по мере затвердевания приближается к бесконечной вязкости. Поскольку этот процесс не так хорошо определен, как истинное замораживание, некоторые считают (ошибочно), что стекло все еще может течь даже после полного охлаждения, но это не так. При обычных температурах стекла такие же твердые, как и настоящие твердые тела.

    Из повседневного опыта должно быть известно, что вязкость зависит от температуры.Мед и сиропы могут течь легче при нагревании. Моторное масло и гидравлические жидкости значительно загустевают в холодные дни и существенно влияют на работу автомобилей и другой техники в зимние месяцы. Обычно вязкость простой жидкости уменьшается с повышением температуры. С повышением температуры средняя скорость молекул в жидкости увеличивается, а время, которое они проводят «в контакте» со своими ближайшими соседями, уменьшается. Таким образом, с повышением температуры средние межмолекулярные силы уменьшаются.Фактический способ изменения этих двух величин является нелинейным и резко меняется, когда жидкость меняет фазу.

    Вязкость обычно не зависит от давления, но жидкости под экстремальным давлением часто имеют повышенную вязкость. Поскольку жидкости обычно несжимаемы, увеличение давления на самом деле не приводит к значительному сближению молекул. Простые модели молекулярных взаимодействий не могут объяснить такое поведение, и, насколько мне известно, не существует общепринятой более сложной модели, которая могла бы это сделать.Жидкая фаза, вероятно, наименее изучена из всех фаз вещества.

    В то время как жидкости становятся более текучими по мере того, как они нагреваются, газы становятся более густыми. (Если представить себе «густой» газ.) Вязкость газов увеличивается с увеличением температуры и приблизительно пропорциональна квадратному корню из температуры. Это связано с увеличением частоты межмолекулярных столкновений при более высоких температурах. Поскольку большую часть времени молекулы в газе свободно летают через пустоту, все, что увеличивает количество раз, когда одна молекула контактирует с другой, снижает способность молекул в целом участвовать в скоординированном движении.Чем больше эти молекулы сталкиваются друг с другом, тем более беспорядочным становится их движение. Физические модели, выходящие за рамки этой книги, существуют уже почти столетие, которые адекватно объясняют температурную зависимость вязкости в газах. Новые модели работают лучше, чем старые. Они также согласны с наблюдением, что вязкость газов примерно не зависит от давления и плотности. Газовая фаза, вероятно, является наиболее изученной из всех фаз материи.

    Поскольку вязкость настолько зависит от температуры, без нее нельзя указывать ее.

    Вязкость выбранных материалов (обратите внимание на различные префиксы единиц измерения)
    простые жидкости T (° C) η (мПа с) газы T (° C) η (мкПа · с)
    спирт этиловый (зерновой) 20 1,1 воздух 15 17.9
    спирт изопропиловый 20 2,4 водород 0 8,42
    спирт метиловый (дерево) 20 0,59 гелий (газ) 0 18,6
    кровь 37 3–4 азот 0 16.7
    этиленгликоль 25 16,1 кислород 0 18,1
    этиленгликоль 100 1,98 сложные материалы T (° C) η (Па · с)
    фреон 11 (пропеллент) −25 0,74 герметик 20 1000
    фреон 11 (пропеллент) 0 0.54 стекло 20 10 18 –10 21
    фреон 11 (пропеллент) +25 0,42 стекло, деформация pt. 504 10 15,2
    фреон 12 (хладагент) -15? стекло, отжиг пт. 546 10 12.5
    фреон 12 (хладагент) 0? стекло, смягчающее пт. 724 10 6,6
    фреон 12 (хладагент) +15 0,20 стекло, рабочее пт. 10 3
    глицерин 20 1420 стекло, плавка пт. 10 1
    глицерин 40 280 мед 20 10
    гелий (жидкий) 4 К 0,00333 кетчуп 20 50
    ртуть 15 1,55 сало 20 1000
    молоко 25 3 меласса 20 5
    масло растительное рапсовое 25 57 горчичный 25 70
    масло растительное рапсовое 40 33 арахисовое масло 20 150–250
    масло растительное кукурузное 20 65 сметана 25 100
    масло растительное кукурузное 40 31 сироп шоколадный 20 10–25
    масло растительное оливковое 20 84 сироп кукурузный 25 2–3
    масло растительное оливковое 40? сироп, клен 20 2–3
    масло растительное соевое 20 69 деготь 20 30 000
    масло растительное соевое 40 26 Шортенинг овощной 20 1200
    масло машинное светлое 20 102
    масло машинное тяжелое 20 233
    масло моторное, SAE 20 20 125
    масло моторное, SAE 30 20 200
    масло моторное, SAE 40 20 319
    пропиленгликоль 25 40.4
    пропиленгликоль 100 2,75
    вода 0 1,79
    вода 20 1,00
    вода 40 0.65
    вода 100 0,28

    моторное масло

    Моторное масло похоже на любую другую жидкость тем, что его вязкость зависит от температуры и давления. Поскольку можно предвидеть условия, в которых будет эксплуатироваться большинство автомобилей, поведение моторного масла можно определить заранее.В США организацией, которая устанавливает стандарты характеристик моторных масел, является Общество автомобильных инженеров (SAE). Схема нумерации SAE описывает поведение моторных масел в условиях низких и высоких температур — условий, которые соответствуют температуре запуска и эксплуатации. Первое число, за которым всегда следует буква W для зимы, описывает низкотемпературное поведение масла при запуске, а второе число описывает высокотемпературное поведение масла после того, как двигатель проработал некоторое время.Более низкие значения SAE относятся к маслам, которые предназначены для использования при более низких температурах. Масла с низкими числами SAE обычно более текучие (менее вязкие), чем масла с высокими числами SAE, которые имеют тенденцию быть более густыми (более вязкими).

    Например, масло 10W-40 будет иметь вязкость не более 7000 мПа с в картере холодного двигателя, даже если его температура упадет до -25 ° C холодной зимней ночью и вязкость не менее 2,9 мПа с в детали двигателя под высоким давлением вблизи точки перегрева (150 ° C).

    Вязкостные характеристики моторных масел марок Источник: Общество автомобильных инженеров (SAE)
    * 0W-40, 5W-40, 10W-40 15W-40, 20W-40, 25W-40
    характеристики низких температур
    sae
    префикс
    динамическая вязкость
    прокрутка максимальная
    динамическая вязкость
    накачка максимальная
    00 Вт 06 200 мПа с (-35 ° С) 60 000 мПа с (-40 ° С)
    05 Вт 06 600 мПа с (-30 ° С) 60 000 мПа с (-35 ° С)
    10 Вт 07,000 мПа · с (-25 ° С) 60 000 мПа с (-30 ° С)
    15 Вт 07,000 мПа · с (-20 ° С) 60 000 мПа с (-25 ° С)
    20 Вт 09 500 мПа с (-15 ° С) 60 000 мПа с (-20 ° С)
    25 Вт 13000 мПа с (-10 ° С) 60 000 мПа с (-15 ° С)
    высокотемпературные характеристики
    sae
    суффикс
    кинематическая вязкость
    низкая скорость сдвига
    динамическая вязкость
    высокая скорость сдвига
    08 04.0–6,10 мм 2 / с (100 ° С)> 1,7 мПа с (150 ° С)
    12 05,0–7,10 мм 2 / с (100 ° С)> 2,0 мПа с (150 ° С)
    16 06,1–8,20 мм 2 / с (100 ° С)> 2,3 мПа с (150 ° С)
    20 05.6–9,30 мм 2 / с (100 ° С)> 2,6 мПа с (150 ° С)
    30 09,3–12,5 мм 2 / с (100 ° С)> 2,9 мПа с (150 ° С)
    * 40 * 12,5–16,3 мм 2 / с (100 ° С)> 2,9 мПа с (150 ° С)
    40 12.5–16,3 мм 2 / с (100 ° С)> 3,7 мПа с (150 ° С)
    50 16,3–21,9 мм 2 / с (100 ° С)> 3,7 мПа с (150 ° С)
    60 21,9–26,1 мм 2 / с (100 ° С)> 3,7 мПа с (150 ° С)

    вискозиметр капиллярный

    Математическое выражение, описывающее течение жидкости в круглых трубках, было определено французским врачом и физиологом Жаном Пуазейлем (1799–1869).Поскольку оно было также независимо открыто немецким инженером-гидротехником Готтильфом Хагеном (1797–1884), оно должно называться уравнением Хагена-Пуазейля , но обычно его называют просто уравнением Пуазейля . Я не буду выводить это здесь. (Пожалуйста, не просите меня об этом.) Для нетурбулентного, непульсирующего потока жидкости через однородную прямую трубу объемный расход ( q м ) составляет…

    • прямо пропорциональна разнице давлений (∆ P ) между концами трубки
    • обратно пропорционально длине (ℓ) трубки
    • обратно пропорционально вязкости (η) жидкости
    • пропорционально четвертой степени радиуса ( r 4 ) трубки

    Решите для вязкости, если это то, что вы хотите знать.

    капиллярный вискозиметр… продолжайте писать…

    падающая сфера

    Математическое выражение, описывающее силу вязкого сопротивления на сфере, было определено британским физиком XIX века Джорджем Стоуксом. Я не буду выводить это здесь. (Еще раз, не спрашивайте.)

    R = 6πη rv

    Формула подъемной силы, действующей на сферу, была утверждена древнегреческим инженером Архимедом из Сиракуз, но уравнения тогда еще не были изобретены.

    B = ρ жидкость гВ смещенный

    Формулу веса должен был кто-то изобрести, но я не знаю кто.

    W = мг = ρ объект gV объект

    Давайте объединим все это вместе для сферы, падающей в жидкость. Вес падает, плавучесть увеличивается, сопротивление увеличивается. Через некоторое время сфера упадет с постоянной скоростью. Когда это произойдет, все эти силы аннулируются.Когда сфера падает сквозь жидкость, она полностью погружается в воду, поэтому можно говорить только об одном объеме — объеме сферы. Давайте поработаем над этим.

    В + R = Вт
    ρ жидкость гВ + 6πη rv = ρ объект гВ
    6πη rv = объект — ρ жидкость ) гВ
    6πη rv = ∆ρ г 4 3 π r 3

    И вот мы.

    Бросьте шар в жидкость. Если вы знаете размер и плотность шара, а также плотность жидкости, вы можете определить вязкость жидкости. Если вы не знаете плотность жидкости, вы все равно можете определить кинематическую вязкость. Если вы не знаете плотность сферы, но знаете ее массу и радиус, тогда вы знаете ее плотность. Почему ты со мной разговариваешь? Вернитесь на несколько глав назад и получите образование.

    Стоит ли писать еще?

    неньютоновские жидкости

    Уравнение Ньютона связывает напряжение сдвига и градиент скорости с помощью величины, называемой вязкостью.Ньютоновская жидкость — это жидкость, в которой вязкость — это просто число. Неньютоновская жидкость — это жидкость, в которой вязкость является функцией некоторой механической переменной, такой как напряжение сдвига или время. (Говорят, что неньютоновские жидкости, которые изменяются со временем, имеют память .)

    Некоторые гели и пасты ведут себя как жидкость при работе или взбалтывании, а затем переходят в почти твердое состояние в состоянии покоя. Такие материалы являются примерами жидкостей для разжижения сдвига. Краска для дома — это жидкость, разжижающая сдвиг, и это тоже хорошо.Чистка щеткой, прокатка или распыление — это средства временного приложения напряжения сдвига. Это снижает вязкость краски до точки, при которой она может вытекать из аппликатора на стену или потолок. После снятия напряжения сдвига краска возвращается к своей остаточной вязкости, которая настолько велика, что соответствующий тонкий слой ведет себя больше как твердое тело, чем жидкость, и краска не растекается и не капает. Подумайте, каково было бы рисовать водой или медом для сравнения. Первый всегда слишком жидкий, а второй — слишком липкий.

    Зубная паста — еще один пример материала, вязкость которого снижается под действием нагрузки. Зубная паста, находящаяся внутри тюбика, ведет себя как твердое вещество. Он не будет вытекать самопроизвольно, когда колпачок снят, но он потечет, когда вы надавите на него. Теперь он перестает вести себя как твердое тело и начинает действовать как густая жидкость. когда она попадает на вашу зубную щетку, напряжение снимается, и зубная паста возвращается в почти твердое состояние. Вам не нужно беспокоиться о том, что он стекает с кисти, когда вы подносите ее ко рту.

    Жидкости для разжижения при сдвиге можно разделить на одну из трех основных групп. Материал, вязкость которого снижается под действием напряжения сдвига, но остается постоянной во времени, называется псевдопластичным . Материал, вязкость которого снижается под действием напряжения сдвига, а затем продолжает уменьшаться со временем, называется тиксотропным . Если переход от высокой вязкости (почти полутвердой) к низкой (по существу жидкой) происходит только после того, как напряжение сдвига превышает некоторое минимальное значение, то говорят, что материал представляет собой пластик bingham .

    Материалы, загустевающие при работе или перемешивании, называются загущающими жидкостями . Пример, который часто демонстрируют в классах естественных наук, — это паста из кукурузного крахмала и воды (смешанная в правильных пропорциях). Получающаяся в результате странная слизь ведет себя как жидкость при медленном сжатии и как эластичное твердое вещество при быстром сжатии. Честолюбивые демонстранты науки наполнили резервуары этим веществом, а затем наткнулись на него. Пока они движутся быстро, поверхность действует как кусок твердой резины, но в тот момент, когда они перестают двигаться, паста ведет себя как жидкость, и демонстратор принимает ванну с кукурузным крахмалом.Из-за утолщения при сдвиге из ванны трудно выбраться. Чем усерднее вы работаете, чтобы выбраться, тем сильнее материал втягивает вас обратно. Единственный способ избежать этого — двигаться медленно.

    Материалы, которые под воздействием стресса становятся почти твердыми, — это больше, чем просто любопытство. Они идеальные кандидаты для бронежилетов и защитной спортивной набивки. Пуленепробиваемый жилет или наколенник, сделанный из материала, утолщающего сдвиг, будет гибким и податливым для легких нагрузок, возникающих при обычных движениях тела, но станет твердым как камень в ответ на травматическое напряжение, вызванное оружием или падением на землю.

    Загустители при сдвиге также делятся на две группы: жидкости с зависящей от времени вязкостью (материалы с памятью) и жидкости с вязкостью, не зависящей от времени (материалы без памяти). Если увеличение вязкости со временем увеличивается, говорят, что материал реопектик . Если увеличение примерно прямо пропорционально напряжению сдвига и не меняется с течением времени, говорят, что материал представляет собой дилатант .

    Классы нелинейных жидкостей с примерами и приложениями
    для истончения сдвига утолщение под сдвиг
    зависящие от времени
    (материалы памяти)
    тиксотропные
    кетчуп, мед, зыбучие пески, змеиный яд, полимерные толстопленочные краски
    реопектик
    сливки взбитые
    не зависящие от времени
    (материалы без памяти)
    псевдопластик
    краска, гель для укладки, взбитые сливки, тесто для торта, яблочное пюре, чернила шариковой ручки, металлокерамические чернила
    дилатант
    крахмальные пасты, глупая замазка, синовиальная жидкость, шоколадный сироп, вязкие связующие жидкости, жидкая броня
    с пределом текучести bingham plastic
    зубная паста, буровой раствор, кровь, масло какао, майонез, йогурт, томатное пюре, лак для ногтей, отстой сточных вод
    нет данных

    С небольшой корректировкой уравнение Ньютона может быть записано как степенной закон , который обрабатывает псевдопластики и дилантанты — уравнение Оствальда-де Ваэля

    Ф. = к

    дв x n

    А дз

    , где η вязкость заменяется на k , индекс консистенции потока [Па · с n ], а градиент скорости повышается до некоторой степени n , называемый индексом поведения потока [безразмерный].Последнее число зависит от класса жидкости.

    n <1 n = 1 n > 1
    псевдопластика ньютон дилатант

    Для работы с пластиками Бингема необходима другая модификация уравнения Ньютона — уравнение Бингема

    Ф. = σ y + η pl дв x
    А дз

    , где σ y — это предел текучести [Па], а η пл — пластическая вязкость [Па · с].Первое число отделяет пластик Бингема от ньютоновских жидкостей.

    σ y <0 σ y = 0 σ y > 0
    невозможно ньютон бингхэм пластик

    Объединение степенного закона Оствальда-де Ваэля с пределом текучести Бингема дает нам более общее уравнение Гершеля-Балкли

    Ф. = σ y + k

    дв x n

    А дз

    , где снова σ y — это предел текучести [Па], k — это индекс консистенции потока , [Па с n ], и n — индекс поведения потока [безразмерный].

    вязкоупругость

    Когда к объекту прикладывается сила ( F ), может произойти одно из четырех событий.

    1. Он может разогнать в целом, и в этом случае будет применяться второй закон движения Ньютона …

      F = ma

      Этот термин нам сейчас не интересен. Мы уже обсуждали такое поведение в предыдущих главах. Масса ( м, ) — это сопротивление ускорению ( a ), которое является второй производной от положения ( x ).Перейдем к чему-то новому.

    2. Он мог бы течь как жидкость, что можно было бы описать этим соотношением …

      F = — bv

      Это упрощенная модель, в которой сопротивление прямо пропорционально скорости ( v ), первой производной от положения ( x ). Мы использовали это в задачах о предельных скоростях только потому, что они давали легко решаемые дифференциальные уравнения. Мы также использовали его в затухающем гармоническом осцилляторе, опять же потому, что он давал дифференциальные уравнения, которые было легко решить (во всяком случае, относительно легко).Константу пропорциональности ( b ) часто называют коэффициентом демпфирования.

    3. Он может деформировать , как твердое тело, согласно закону Гука …

      F = — kx

      Константа пропорциональности ( k ) — это жесткость пружины. Позиция ( x ) не является частью какой-либо производной и не возводится в какую-либо степень.

    4. Может застрять

      F = — F

      Этот символ f делает вид, будто мы обсуждаем статическое трение.В жидкостях (а точнее, неньютоновских жидкостях) такой термин связан с пределом текучести. Позиция ( x ) никак не задействована.

    Сложите все вместе и укажите ускорение и скорость как производные от положения.

    F = м d 2 x б dx kx f
    дт 2 дт

    Это дифференциальное уравнение суммирует возможное поведение объекта.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *