Зависимость вязкости масла от температуры таблица: Страница не найдена — Ресторан

Исследование зависимости вязкости моторного масла от температуры

Томск — это город, в котором зима бывает очень суровой. И ежегодно среди автомобилистов возникает проблема сложного, а порой и невозможного, запуска двигателя автомобиля в зимних условиях. Эта проблема может возникнуть по ряду причин. Когда двигатель холодный, наоборот, масло обладает тенденцией сгущаться.  И, как следствие,  невозможность прокрутки вала двигателя. Моторное масло играет важнейшую роль в эксплуатации двигателя автомобиля. Его основная задача — это смазка. Моторное масло разных видов и сортов отличается по характеристикам, определяющим сферу их применения. В зависимости от характеристик, масло рекомендуется для использования в разных типах двигателей, работающих в различных условиях и температурных режимах. Для покупателей наибольшую важность представляют два показателя: вязкость (позволяет определить, подойдет ли масло для определенного сезона и климата) и допуск (подходит ли масло для данного автомобиля).

Причем даже для одного и того же типа масла, но разных марок показатель вязкости может отличаться в зависимости от температурных условий. Исходя из этого, нами была поставлена следующая цель: исследование зависимости вязкости моторных масел различных марок от температуры.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить классификацию моторных масел;
2. Изучить характеристики моторных масел;
3. Определить вязкость моторных масел при различных (низких) температурах;
4. Сформулировать рекомендации автомобилистам по применению различных масел при низких температурах.

Объект исследования: моторное масло.

Предмет исследования: вязкость.

Методы исследования.

Теоретические: анализ информации по темам “Моторные масла”, “Характеристики моторных масел”, “Вязкость и способы ее измерения”.

Практические: эксперимент по определению вязкости (кинематической и динамической) моторных масел при различных температурах.

В ходе исследования были получены следующие результаты.

Моторное масло — это смазочный материал, который используется с целью уменьшения трения в движущихся частях двигателей внутреннего сгорания.

Первое в мире моторное масло было запатентовано в 1873 году американским доктором Джоном Эллисом. В 1866 году Эллис изучал свойства сырой нефти в медицинских целях, но обнаружил, что сырая нефть обладает хорошими смазочными свойствами. Джон Эллис зарегистрировал Valvoline — первый в мире бренд моторного масла.

Моторное масло разделяется на три типа: минеральное, синтетическое и полусинтетическое.

Существует классификация масел по вязкостно-температурным свойствам и классификация масел по эксплуатационным свойствам (назначению и качеству). В настоящее время единственной признанной во всем мире системой классификации транспортных масел по вязкости является спецификация SAE (Американская ассоциация автомобильных инженеров).

Норма SAE J 300 определяет степень вязкости для каждого смазочного материала.

SAE J-300 содержит 6 зимних классов и 5 летних классов моторных масел.

Классы вязкости SAE OW, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W относятся к зимним, а SAE 20, 30, 40, 50, 60 — к летним.

Надежность работы двигателя во многом определяется выбором масла с оптимальной вязкостью.

Вязкость — это одна из важнейших характеристик масел, которая характеризует внутреннее трение, определяет текучесть и способность обеспечить жидкостной режим смазывания. Различают кинематическую и динамическую вязкость.

Кинематическая вязкость, характерная для простых масел при положительных температурах, определяется в капиллярных вискозиметрах, а динамическая — 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. 

Динамическую вязкость представляет собой произведение кинематической вязкости на плотность жидкости, в технической системе ее измеряют в сантипуазах (сП), а в системе СИ — в миллиПаскаль-секундах (мПа-с), где 1 сП= 1 мПа-с. Это сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении            двух ее слоев поверхностью 1 м², находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся под действием внешней силы в 1 Н со скоростью 1 м/с.

Кинематическую вязкость в технической системе единиц измеряют в Стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт), а в системе СИ в м²/с или в мм²/с. Кинематической вязкостью [ν] называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости [

μ] к ее плотности [ρ] при той же температуре: ν = μ/ρ.

В ходе эксперимента была измерена динамическая (методом Стокса) и кинематическая (вискозиметром ВПЖ-2, d=1,77 мм) вязкость при различных температурах для следующих марок масла:

1. ZIC XQ 5w40
2. Helix HX7 5w40
3. Castrol Magnatec 5w40

Кинематическая вязкость определялась по следующей формуле:

 

K — постоянная вискозиметра (1,022 )

T — время истечения жидкости, с

ν — кинематическая вязкость жидкости, мм²/с

g — ускорение свободного падения (м/с²)

Результаты измерений показаны в таблице 1.

 

Таблица 1. Кинематическая вязкость (вискозиметр)

Масло	t = +210С		t = -70С		t = -140C		t = -180C		t = -210C
	Тср, с	ν, мм2/с	Тср, с	ν, мм2/с	Тср, с	ν, мм2/с	Тср, с	ν, мм 2/с	Тср, с	ν, мм2/с
ZIC XQ 5w40	143	146,04	153	156,25	192	196,08	198	202,21	241	246,13
Helix HX7 5w40	139	141,957	188	191,99	199	203,23	224	228,76	246	251,24
Castrol Magnatec 5w40	128	130,723	176	179,74	230	234,89	236	241,02	239	244,08

Таким образом, можно сделать следующие выводы: 1) вязкость масла увеличивается с понижением температуры; 2) Из всех марок масел меньше всего увеличилась вязкость  Castrol Magnatec.

Динамическая вязкость (Па*с) определялась по следующей формуле:

 

t – время падения, с

r – радиус шарика, м

R₀– радиус сосуда, м

l – высота падения, м

ρ – плотность шарика, кг/м³

ρ₀ – плотность жидкости, кг/м³

Для измерения вязкости использовалась следующая установка (рис. 1).

Значения динамической вязкости представлены в таблице 2.

ρ = 8900 кг/м³

l = 0,14 м

r = 2 мм

R₀ = 0,015 м

Значения плотности масел:

Плотность масла ZIC XQ (при всех температурах): 1660 кг/м³.

Плотность масел Helix HX7 и Castrol Magnatec (при всех температурах): 1760 кг/м³.

Таблица 2. Динамическая вязкость (метод Стокса)

Масло	t = +210С		t = -70С		t = -140C		t = -180C		t = -210C
	, cм/с	μ, Па·с	, cм/с	μ, Па·с	, cм/с	μ, Па·с	, см/с	μ, Па·с	, см/с	μ, Па·с
ZIC XQ 5w40	4,59	0,503	9,59	0,838	11,13	1,07	15,01	1,109	17,65	1,305
Helix HX7 5w40	1,73	0,34	4,83	0,81	7,53	0,996	10,35	1,505	13,12	2,103
Castrol Magnatec 5w40	2,56	0,34	6,36	0,76	9,48	0,859	12,15	1,370	15,95	2,59

 

Таким образом, можно сделать вывод, что при понижении температуры динамическая вязкость увеличивается. Причем у масла Castrol Magnatec интенсивнее, чем у ZIC и Helix.

Динамическая вязкость важна при определении низкотемпературных свойств смазок, но её редко применяют при анализе масла или для определения  класса вязкости. По многим разным причинам, исследователя масла интересует кинематическая вязкость. А по этому показателю лучшие свойства показало масло Castrol Magnatec. Но сказать, что остальные масла более худшего качества нельзя. Их показатели вязкости незначительно отличаются от Castrol Magnatec и все значения укладываются в рамки допустимых производителем.

Следует отметить, что эффективность работы мотора зависит не от абсолютного значения вязкости при определенных температурах, а от динамики ее изменений при работе в определенных диапазонах рабочих температур, а также соответствие этой динамики конструкции данного двигателя. Если двигатель рассчитан на параметры авто-масла 5w30, тогда моторное масло с маркировкой 0w20 не подходит и его заливать нельзя, а с маркировкой 5w40 не рекомендуется. Значит, использовать то авто-масло, которое подходит согласно требованиям производителя двигателя, но ни в коем случае не рекомендациям изготовителя авто-масла.

В целом по маслам можно дать следующие рекомендации:

−          перечень марок масел, допущенных к применению, постоянно изменяется, получают допуск новые марки, некоторые его теряют;

−          температурный диапазон применения, указанный на упаковке масла, носит лишь рекомендательный характер;

−          не стоит оценивать масла по цвету, большинство вводимых в него присадок делают его более темным;

−          замену масла при тяжелых условиях эксплуатации необходимо производить в 1,5—2 раза чаще, тоже рекомендуется делать для автомобилей со значительным пробегом, так как условия его работы в изношенных двигателях более жесткие, в частности из-за окисляющего действия сгоревших газов, попадающих в масляный катер;

−          быстрое (через 1—2 тыс. км пробега) почернение масла не обязательно указывает на потерю его эксплуатационных свойств;

−          доливать следует тот же сорт масла, который залит в двигатель, так как масла разных производителей содержат различные пакеты присадок и смешивание может ухудшить их свойства;

−          нежелательно смешивать минеральные и синтетические масла, а также доливать минеральное в полусинтетическое из-за разной растворимости присадок в минеральной и синтетической основах;

−          если неизвестно, что использовал прежний владелец автомобиля, перед заменой желательно промыть систему смазки;

−          добавление в моторное масло различных препаратов может улучшить одни его свойства и резко ухудшить другие.

Вязкость моторного масла — что это такое, расшифровка по SAE

Большинство автолюбителей знает, что при выборе смазочных материалов наиболее важным параметром является вязкость масла.

Однако, не все понимают значение цифр, которые имеются на канистрах.

Моторная смазка подвергается воздействию довольно высокой температуре как внутри самого двигателя, так и извне.

Вязкость как один из важнейших параметров моторного масла

Всю необходимую информацию производители указывают на этикетке, поэтому необходимо уметь ее читать и анализировать.

Кроме всего прочего, следует различать саму вязкость, которая бывает как кинематической, так и динамической. Типы вязкости имеют определенные различия. Они заключаются в плотности, отличающихся методах измерения и предназначены для определения показателей различных классов смазки.

Кинематическая вязкость моторного масла определяет его текучесть при нормальной (стандартной) рабочей температуре, а также максимальной. За основу проведения испытаний берут 40 и 100 градусов по Цельсию, а измерения проводятся в сантистоксах.

По полученным результатам осуществляются расчеты индекса вязкости, поэтому, если вы хотите приобрести действительно хорошее масло — выбирайте, чтобы индекс превышал значение 200. Чаще всего наиболее подходящий индекс имеют всесезонные масла.

Что касается динамической вязкости — то она отображает силу сопротивления в ходе перемещения жидкостей, которая от плотности никак не зависит. Единицей измерения динамической вязкости является сантипуаз.

Ниже приведена таблица вязкости моторного масла для работы двигателя в холодных условиях.

Основные параметры вязкости

Одним из основных параметров являются низкотемпературные показатели.

К данным показателям относятся следующие:

• проворачиваемость;
• прокачиваемость.

Первый определяет диапазон текучести при низких температурах и указывает на то, какой должна быть максимально допустимая динамическая вязкость. Последняя позволяет коленчатому валу вращаться с такой скоростью, которая обеспечивает хороший запуск двигателя.

Прокачиваемость всегда имеет значение, которое на 5˚С ниже необходимой. Это нужно для того, чтобы масляный насос не начал закачивать воздух вследствие чрезмерного загустевания смазочной жидкости. Параметры прокачиваемости не должны превышать значения в 60000 мПа*с.

Если вы хотите разобраться в том, как определить вязкость моторного масла — следует познакомиться с таким понятием, как спецификация SAE. Это принятый в большинстве стран стандарт, определяющий необходимый уровень вязкости смазки при том или ином температурном режиме.

Вот таблица, где показано, какая классификация соответствует определенной температуре воздуха.

Международный стандарт вязкости масел

О важности такого свойства, как вязкость масла, стало известно еще с тех времен, как был выпущен первый автомобиль. С тех самых времен инженеры пытались произвести классификацию смазочных материалов. Основываясь на определенных качествах, все имевшиеся масла были разделены на следующие типы:

• маловязкие смазки
• средневязкие
• тяжелые

После того, как были изобретены подходящие для определения вязкости приборы — американским обществом автомобильных инженеров (SAE) была разработана наиболее точная классификация — SAE J300.

Данная классификация моторных масел в процессе своего развития претерпевала определенные изменения и сегодня представляет 11 классов вязкости.

Их полный список выглядит следующим образом:

1. SAE 0W;
2. SAE 5W;
3. SAE 10W;
4. SAE 15W;
5. SAE 20W;
6. SAE 25W;
7. SAE 20;
8. SAE 30;
9. SAE 40;
10. SAE 50;
11. SAE 60.

В связи с этим, классы вязкости моторных масел стали в спецификации SAE по степени вязкости, которая определяется условиями, близкими к реально существующим. Вследствие этого и произошло разделение масел на летние и зимние виды.

Летние смазки не имеют буквенного обозначения и обладают более высокой вязкостью, вследствие чего обеспечивают качественную смазку всех деталей двигателя при высокой температуре окружающей среды.

Однако, при низких температурах такие масла становятся чересчур плотными и создают серьезную проблему при запуске холодного двигателя.

Зимнее масло является менее вязким, благодаря чему проблем при холодном пуске двигателя не возникает. Зато в жаркое время года оно становится слишком текучим, поэтому не в состоянии обеспечить детали силового агрегата должной защитой.

Благодаря изобретению всевозможных присадок, появилась новая категория масел, объединивших в себе хорошее соотношение зимних и летних характеристик. Такие смазывающие материалы получили название всесезонных.

Виды масел в зависимости от температурного режима

Вязкость определяется по международному стандарту SAE J300 и подразделяет все смазочные материалы на три основных вида — летние, зимние и всесезонные.

К летним относятся масла, имеющие следующий показатель SAE:

Зимние смазки имеют свои преимущества:

• невысокая стоимость;
• невысокая вязкость, благодаря которой запуск холодного двигателя при минусовой температуре происходит лучше, чем с применением всесезонных жидкостей;
• высокая стойкость к деструкции.
• К ним относятся следующие виды:
• SAE 0W;
• SAE 5W;
• SAE 10W;
• SAE 15W;
• SAE 20W.

Самыми распространенными являются всесезонные жидкости. Они также имеет свои достоинства, а наиболее главным следует считать его использование в любое время года. Благодаря имеющимся в составе полимерным присадкам, оно способно изменять степень вязкости относительно окружающей температуры. Кроме того, оно имеет хорошие энергосберегающие свойства, благодаря которым силовой агрегат работает в жаркую погоду более экономичней, чем при использовании летнего типа масел.

Всесезонные:

• SAE 0W-30;
• SAE 0W-40;
• SAE 5W-30;
• SAE 5W-40;
• SAE 10W-30;
• SAE 10W-40;
• SAE 15W-40;
• SAE 20W-40.

Благодаря прекрасно сбалансированным показателям, всесезонки показывают хорошие результаты в работе с критическими температурами.

Для того, чтобы подобрать для двигателя своего автомобиля наиболее подходящее по вязкости масло — следует опираться на два основных показателя:

• в каких климатических условиях эксплуатируется автомобиль;
• сколько лет эксплуатируется двигатель.

Опираясь на первый показатель, для регионов с высокой температурой воздуха следует выбирать жидкости с более высоким показателем вязкости. Данный параметр представлен цифрой, находящейся перед буквой «W».

Так, к примеру, при эксплуатации транспортного средства при температуре воздуха от -10 и до +45 следует выбирать SAE 20W-40.

Второй параметр: в этом случае следует выбирать смазку согласно выработанному ресурсу двигателя. Так для нового двигателя следует подбирать меньшую вязкость, а для мотора постарше — более вязкое масло. Это необходимо для того, чтобы более выработанные детали, имеющие между собой значительно увеличенные зазоры, могли более или менее нормально функционировать.

Помните, что любая смазка содержит показатели вязкости как при низких, так и при высоких температурах, поэтому при выборе это следует обязательно учитывать. Чем выше первая цифра (стоящая перед буквой W), тем рабочий диапазон на низких температурах будет меньше. Чтобы произвести расчеты — необходимо от цифры 40 отнять первый показатель смазки.

К примеру, жидкость со значением 5W20 имеет температурный диапазон -35˚ С и -30˚ С.

Второе число, расположенное после буквы «W», дает понятие высокотемпературной вязкости. Если не вдаваться в технические тонкости, то можно сказать так — чем больше второе значение — тем выше будет вязкость масла при высоких температурах.

Диапазоны рабочих температур для разных масел по SAE

Основываясь на спецификацию SAE, все смазывающие жидкости можно расшифровать по температурному режиму и определить для себя диапазон их использования.

По классу вязкости и температурному режиму жидкости имеют следующий диапазон:

• 5 W-30 — предназначена для работы при температуре от -25˚ С и до +20˚ С;
• 5 W-40 — предназначена для работы от -25˚ С и до +35˚ С;
• 10 W-30 — предназначена для работы от -20˚ С и до +30˚ С;
• 10 W-40 — предназначена для работы от -20˚ С и до +35˚ С;
• 15 W-30 — подходит для работы при температуре воздуха от -15˚ С и до +35˚ С;
• 15 W-40 — подходит для работы при температуре воздуха от -15˚ С и до +45˚ С;
• 20 W-40 — подходит для работы при температуре воздуха от -10˚ С и до +45˚ С;
• 20 W-50 — подходит для работы при температуре воздуха от -10˚ С до +45˚ С и более.

Однако, в подборе наиболее подходящего масла для своего транспортного средства, в первую очередь необходимо руководствоваться информацией, которую предоставляет завод изготовитель.

Выбор моторного масла по его вязкости

Подбор необходимого масла строго индивидуален и направлен на определенный двигатель. Поэтому в первую очередь следует ориентироваться на те указания и рекомендации, которые сделал производитель в технической документации к тому или иному автомобилю.

Помните, что только оригинальное масло либо его качественный аналог способны обеспечить двигатель хорошей работой и максимальным износом деталей.

В том случае, если данного рода документация отсутствует — ориентироваться следует на указанные допуски масла в отношении определенных двигателей, которые, чаще всего, имеются на этикетке производителя.

Видео по теме:

Вязкость масла, определение ее значений

Вязкость — это одна из наиболее важных характеристик моторной смазки. Основной задачей данного материалаявляется недопущение трения «сухих» рабочих элементов при сохранении герметичности двигателя.

Описание понятия «вязкость масла»

Вязкость моторного масла — наиболее важный его параметр. Физический смысл данного свойства состоит в способности оставаться в виде защитной пленки на поверхностях элементов движка и в то же время обладать текучестью.

В связи с тем, что в рабочем моторе температура смазки непостоянна, колеблется в широких диапазонах, сложно обеспечить стабильность ее характеристик. При равномерной температуре тосола или антифриза, которую отражает шкала прибора, нагрев смазки в прогретом движке может доходить до 140 °C и выше, все зависит от нагрузок, получаемых силовым агрегатом.

При изготовлении смазочного материала задается конкретная вязкость автомобильного масла, обеспечивающая лучший коэффициент полезного действия для каждого вида мотора, с учетом допустимых эксплуатационных условий.

Зависимость густоты материала от температуры

Вязкость моторного масла является величиной непостоянной, имеющей переменные показания при разной температуре внутри движка.В процессе эксплуатации силовых моторов возникла необходимость определять зависимость вязкости масла от температуры.

В ассоциации инженеров SAE проводится классификация масел по вязкости в зависимости от различных температур. Разработанная таблица вязкости позволяет определить границы возможных значений температуры, в которых эксплуатация данного силового агрегата не представляется опасной при использовании смазочного материала, имеющего определенные параметры.

Классификация моторных масел по вязкости помогает произвести правильный выбор при покупке смазочного вещества. В зависимости от интервалов температур в специальный документ занесена вязкость моторного масла, таблица является вспомогательным инструментом для получения необходимой информации.

Индекс вязкости моторного масла по SAE должен обозначаться в зависимости от ее величин при 100°C и 150°C в соответствии с таблицей. Определение вязкости масла при помощи данных, размещенных в таблице, не представляет сложностей.

Обозначения в маркировке смазочных веществ

Маркировка моторной жидкости содержит аббревиатуру SAE, затем идут числовые и буквенные обозначения. Например, наиболее часто используется обозначение марки всесезонного средства SAE 5W — 40. Что означают цифры в данной надписи? Чтобы расшифровать надпись, нужно отнять 40 от 5, получится минус 35°C — при таком значении температуры можно запускать холодный двигатель. Латинская буква W означает зимний вид, первая буква слова Winter.

Цифры, стоящие после буквы W, указывают на густоту смазочного материала при повышении температуры. Чем это число больше, тем более высокой вязкостью будет обладать смазывающая жидкость в работающем двигателе при возрастании температуры. Для определения, подходит ли данное средство для конкретного мотора, необходимо воспользоваться информацией, содержащейся в документации на автомобиль.

Степень вязкости моторного масла указана на этикетке, размещенной на канистре.

Выбор подходящей густоты смазки

Автовладельцы часто задаются вопросом, какую вязкость масла выбрать. Существует общее мнение о том, что чем выше вязкость моторного масла при повышенных температурах, тем лучше работает двигатель. Такое утверждение справедливо для езды на автомобилях спортивных моделей. Но для деталей моторов обычных машин густой вид смазки может стать губительным.

Чтобы не ошибиться при покупке смазочного средства, выбрать вязкость, являющуюся оптимальной, необходимо изучить рекомендации производителей, размещенные в сервисной книжке. Использовать моторные масла, имеющие непредусмотренную вязкость для данного вида автомобиля и его мотора, крайне нежелательно.

При производстве автомобиля учитываются допустимые режимы эксплуатации двигателя. Исходя из этого даются рекомендации по параметрам густоты смазочных материалов, оптимальным для данного силового агрегата. Только при применении правильной смазки двигатель будет стабильно работать.

На правильность выбора моторного средства не должны оказывать влияния следующие данные:

1. Дата выпуска автомобиля.
2. Количество пройденных километров.
3. Стиль вождения.
4. Материальные возможности автовладельца.
5. Некомпетентность обслуживающего персонала СТО.

Параметры заливаемой смазочной жидкости должны соответствовать требованиям, выдвинутым разработчиками данного силового агрегата.

Динамика изменения густоты смазки, кинематическая вязкость

Работа двигателя находится в прямой зависимости не только от абсолютной густоты смазочных материалов, но и от такого показателя, как динамическая вязкость масла, изменяющаяся при определенных скачках рабочей температуры, присущих данному мотору.

Выбирая нужную смазку, необходимо помнить, что динамика должна подходить к конструктивным особенностям данного движка.

Повышенная вязкость моторного масла приводит к таким негативным последствиям:

• рост рабочей температуры двигателя;
• ускоренный износ деталей;
• быстрое окисление и выход из строя смазки, приводящее к частой замене.

Снижение высокотемпературной густоты автомасел ниже рекомендуемого уровня более опасно для силового агрегата, чем ее завышение. При схожем индексе по SAE такие виды смазки имеют классы качества ACEAA1/B1, ACEAA5/B5. Данные смазочные материалы используются только в специальных моторах.

Обычные двигатели не рассчитаны на низкий класс вязкости моторных масел. Высокие температуры и обороты мотора приводят к интенсивному истончению созданной защитной пленки на трущихся поверхностях. Смазка становится неэффективной, расход смазочной жидкости увеличивается в результате ускоренного выгорания. В таких условиях высока опасность заклинивания мотора.

Если сервисная книжка или инструкция по эксплуатации автомобиля не содержат рекомендаций по применению моторных масел, относящихся к классам ACEAA1/B1, ACEAA5/B5, то применять их для своего авто нежелательно.

Кинематическая вязкость масла — это показатель, характеризующий те свойства масла, что присущи ему при нормальной и повышенной температуре, 40°C и 100°C соответственно. Данный параметр измеряется в сантистоксах.

Масла низкой вязкости

Кроме привычной классификации вязкости масел по SAE, автомеханиками используется современный индекс HTHS, учитывающий высокотемпературную вязкость при высокой скорости сдвига. С помощью данного показателя определяется толщина защитной пленки при высоких температурах смазки.

Исходя из данной классификации, моторные масла делятся на маловязкие и полновязкие. Числовое значение коэффициента HTHS указывает на степень защитных и энергосберегающих качеств смазки.

В связи с жесткими требованиями экологов в странах Европы и Японии к количеству вредных выбросов автопроизводители вынуждены использовать маловязкие сорта моторных смазочных материалов. Применение энергосберегающих масел приводит к снижению трения в двигателях, что способствует уменьшению потребления горючего и выделения в атмосферу углекислого газа.

Знакомство со стабилизаторами густоты масла

В процессе эксплуатации моторная смазка претерпевает изменение, теряет необходимую вязкость. Стабилизатор вязкости масла, предназначен для восстановления утраченных полезных свойств и доведения густоты до необходимых величин. Использование стабилизаторов показано для силовых агрегатов любого вида, имеющих среднюю либо высокую степень износа.

При использовании данного средства улучшаются такие показатели:

• увеличивается вязкость масла;
• снижается давление в системе смазки;
• исчезают шумовые эффекты работающего мотора;
• резкое уменьшение количества вредных выхлопных газов;
• приостанавливается разжижение и окисление смазочного материала;
• трущиеся поверхности покрываются защитной пленкой;
• снижается образование нагаров в цилиндрах.

Благодаря простоте использования и получаемому эффекту стабилизаторы вязкости смазочных материалов нашли широкое применение среди автолюбителей.

Особенности масловязких гидравлических масел

Низко застывающие масловязкие жидкости типа гидравлического либо турбинного масла, используются для смазки трущихся деталей в северных широтах при сверхнизких температурах.

Минимальная вязкость гидравлического масла увеличивает надежность системы смазки. Если правильно подобрать марку вещества, масляный насос стабильно получает смазку, создается оптимальное гидравлическое сопротивление, что способствует выравниванию мощности и замедлению износа элементов мотора.

Масловязкие моторные жидкости обладают неоспоримыми преимуществами. К плюсам жидкостей 5W-20, OW-40 относятся следующие факторы:

1. Уменьшение выбросов углекислого газа в атмосферу.
2. Существенная экономия топлива.
3. Высокая эффективность охлаждения двигателя за счет быстрой циркуляции жидкости.

Вязкость растительных масел

В производственных целях в качестве смазочных веществ используются также смазки растительного происхождения:

1. Подсолнечное
2. Касторовое

Как определить вязкость растительных масел? Коэффициент вязкости касторового масла, подсолнечного и другого растительного масла определяется при помощи специальных установок в лабораторных условиях.

Использование машинных смазок в производстве

Веретенный машинный вид смазки имеет низкую вязкость, применяется в слабонагруженных механизмах, работающих на высоких скоростях (текстильное производство).

Турбинная жидкость используется для смазки и охлаждения подшипников в механизмах турбинного типа:

• газовая либо паровая турбина;
• гидравлическая турбина;
• турбокомпрессорный привод.

Определяющий фактор турбинной смазки — это ее устойчивость против окисления, способствующая стойкой защите металлических элементов, входящих в действующий механизм. Благодаря уникальным свойствам турбинной смазки продлевается срок эксплуатации механизмов.

Широкую популярность приобретает ВМГЗ, обозначение должно расшифровываться как всесезонное масло гидравлическое загущенное. Данное средство используется в технических устройствах, оснащенных гидравлическими приводами, работающих в северных районах. Уникальный продукт ВМГЗ, определяемый как вещество, обладающее минимальной динамической вязкостью, обеспечивает стабильную работу техники.

Ойлрайт — это графитная смазка, имеющая водостойкую консистенцию, используемая для обработки и консервации деталей. Данный продукт сохраняет свои свойства при температуре от минус 20°С до плюс 70°С.

OILRIGHT применяется для покрытия ответственных узлов автомобилей и механизмов, деталей из нержавеющей стали, сохраняет прокат, годится для борьбы со скрипами и для защиты металлических поверхностей от коррозии. Под воздействием данного средства пластмассовые и резиновые части механизмов не должны становиться разбухшими и пористыми.

Проверка чистоты моторной жидкости

Измерение степени загрязненности моторных масел посторонними включениями производят под действием ультразвука при помощи специальных устройств. Основным недостатком проверок данного вида является невозможность проведения оперативного анализа моторной жидкости непосредственно в силовом агрегате. Ультразвуковой метод диагностики смазочного материала возможен только в условиях лаборатории.

Вязкость моторного масла по SAE / Блог АвтоТО — Обслуживание автомобиля

Запись опубликована 21.01.2008 автором admin.

Одними из основных свойств моторного масла являются его вязкость и ее 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.

Эта классификация подразделяет моторные масла 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 перед цифрой 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, который не допускает сухого трения в узлах трения.

Аббревиатура HTHS расшифровывается как High Temperature High Shear Rate, т.е. «высокая температура — высокая прочность на сдвиг». 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, т. е. удовлетворяют требованиям по вязкости как при низких, так и при высоких температурах.

Таблица вязкости масла по SAE

Класс по SAE	Вязкость низкотемпературная		Вязкость высокотемпературная
	Проворачивание	Прокачиваемость	Вязкость, мм2/с при t = 100 °C		Min вязкость, мПа·с при t = 150 °C и скорости сдвига 106 с-1
	Max вязкость, мПа·с, при температуре, °С		Min	Max
0 W	6200 при — 35 °С	60000 при — 40 °C	3,8	—	—
5 W	6600 при — 30 °С	60000 при — 35 °С	3,8	—	—
10 W	7000 при — 25 °С	60000 при — 30 °С	4,1	—	—
15 W	7000 при — 20 °С	60000 при — 25 °С	5,6	—	—
20 W	9500 при — 15 °С	60000 при — 20 °С	5,6	—	—
25 W	13000 при — 10 °С	60000 при — 15 °С	9,3	—	—
20	—	—	5,6	< 9,3	2,6
30	—	—	9,3	< 12,6	2,9
40	—	—	12,6	< 16,3	2,9 (0W-40; 5w-40;10w-40)
40	—	—	12,6	< 16,3	3,7 (15W-40; 20W-40; 25W-40)
50	—	—	16,3	< 21,9	3,7
60	—	—	21,9	26,1	3,7

Необходимо обратить внимание на то, что для двигателей различной конструкции температурные диапазоны работоспособности масла данного класса по SAE существенно отличаются. Они зависят от мощности стартера, минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала, требуемой для пуска двигателя, от производительности масляного насоса, от гидравлического сопротивления маслоприемного тракта и многих других конструкционных, технологических и эксплуатационных факторов (техническое состояние автомобиля, качество бензина или дизтоплива, квалификации водителя и др.).

Предварительные рекомендации по подбору масел по вязкости:

• при пробеге автомобиля менее 25% от планового ресурса двигателя (или новый двигатель) необходимо применять масла классов SAE 5W-30 или 10W-30 всесезонно;
• при пробеге автомобиля 25-75% от планового ресурса двигателя (технически исправный двигатель) целесообразно применять летом масла классов SAE 10W-40, 15W-40, а зимой — SAE 5W-30 и 10W-30, всесезонно — SAE 5W-40;

Редакция SAE J-300APR97 от 1 августа 2001 г. включает в себя 6 зимних и 5 летних классов моторных масел.
Зимние содержат в обозначении букву «W» (от англ. «Winter» — зима): OW, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W.
Летние обозначаются — 20, 30, 40, 50, 60 (чем больше число, тем выше вязкость масла).
Всесезонные масла имеют двойное обозначение, например SAE 15W-40.

Ориентировочные диапазоны температур окружающего воздуха, при которых обеспечивается холодный пуск и надежное смазывание двигателя моторными маслами некоторых классов вязкости по SAE приведены в таблице:

Для разных моделей двигателей температурные диапазоны могут несколько отличаться…

Интересно. SHELL Helix Ultra Extra — современное моторное масло.

 

Вязкость моторного масла | Таблица вязкости масла

24.03.2017

Любое транспортное средство не сможет правильно функционировать без использования смазочных материалов, например, масла. Данный вид жидкости должен меняться в зависимости от рекомендаций производителя вашего авто и подбираться исходя из многих факторов. Поэтому чтобы выбрать оптимально подходящий продукт следует немного разобраться в этом вопросе.

Что такое вязкость масла?

Вязкость моторного масла – это важнейший показатель такого продукта, который характеризует его текучесть, а также способность оставаться на внутренних рабочих элементах мотора. При этом нужно помнить о том, что показатель вязкость является переменной величиной и будет меняться в зависимости от многих факторов, например, температуры окружающей среды или температуры внутри двигателя при наивысшей нагрузке. Для того чтобы не запутаться в выборе такого продукта была специально разработана так называемая таблица вязкости масла.

Что представляет собой таблица вязкости масла?

Основанным в 1905 году Сообществом Автомобильных Инженеров была разработана классификация вязкости моторных масел J300, которая впоследствии была принята на международном уровне. Считается, что она наиболее полно описывает соответствие между температурными и другими показателями такого продукта. Согласно данной таблице все моторные масла делятся на различные классы вязкости. При этом часть из них предназначена для использования в холодное время года, некоторые — в теплое и основная масса более универсальна, и может использоваться как в теплое так и холодное время.

В чем измеряют вязкость моторных масел?

Если вспомнить школьные уроки физики, то можно припомнить, что вязкостью принято называть величину, с помощью которой можно охарактеризовать текучесть жидкости. При этом такая величина может быть двух видов, а именно кинетическая и динамическая. В первом случае ее измерение происходит в Стоксах, если речь идет о технической системе измерений. Когда же нужно измерить кинетическую вязкость в системе СИ, то используют значение м2/с.

Показатель динамической вязкости моторного масла получают путем умножения кинематической вязкости на плотность продукта в температуре измерения. В технической системе единицей измерения такой вязкости считается Пуаз, а вот в системе СИ используются Паскаль-секунды.

Для чего нужны показатели вязкости моторного масла?

Для большинства автомобилистов сложные физические термины единицы измерения вроде м2/с не говорят ни о чем. Поэтому для того чтобы можно было без проблем подобрать данный смазочный материал для своего «железного коня» используется простая и понятная система показателей. Она базируется на применении простых чисел, расположенных по обе стороны от английской буквы «W» и дефиса. 

Итак, вот что нужно знать:

• Первое число — перед буквой «W» является показателем низкотемпературной вязкости продукта. От него нужно отнять цифру 40 для того чтобы понять, при какой температуре окружающей среды вокруг можно использовать моторное масло.
• Второе число — после буквы «W» называется высокотемпературной вязкостью. Нужно помнить, что чем выше будет данный показатель, тем лучше становится вязкость моторного масла при высоких температурах. Хорошо это или плохо для вашей машины зависит от того, какой именно двигатель в нее установлен. Поэтому это значение подбирают, исключительно опираясь на рекомендации марки-производителя каждого конкретного транспортного средства.

Что такое SAE?

Аббревиатура SAE – это сокращенное название Сообщества Автомобильных Инженеров (на английском языке Society of Automotive Engineers). Именно этой организацией впервые была создана классификация моторных масел для авто в зависимости от показателя их вязкости. Сообщество было основано еще в самом начале двадцатого века и первое время насчитывало всего двадцать человек. В наши дни членами данного сообщества является более 120 тысяч человек по всему миру. Это инженеры, директора автомобильных брендов, преподаватели и студенты.

Что такое индекс вязкости масла?

Индексом вязкости принято называть относительную величину, которая показывает, насколько меняется вязкость масла исходя из температурного показателя (измеряемого в градусах по Цельсию). Кроме того, именно эта величина определяет зависимость кинематической вязкости от температуры.

Так же следует заметить, что не взирая на показатели вязкости указанные на канистрах (5W-30, 5W-40, 10W-40 и т.п.), необходимо всегда отталкиваться от характеристик того либо иного продукта, и рекомендаций производителя Вашего транспортного средства.

что означают цифры, таблица вязкости по температуре, кинематическая вязкость

Выбор моторного масла – серьезная задача для каждого автолюбителя. И главный параметр, по которому должен осуществляться подбор — это вязкость масла. Вязкость масла характеризует степень густоты моторной жидкости и ее способность сохранять свои свойства при температурных перепадах.

Попробуем разобраться, в каких единицах должна измеряться вязкость, какие функции она выполняет и почему она играет огромную роль в работе всей двигательной системы.

Для чего используется масло?

Работа двигателя внутреннего сгорания предполагает непрерывное взаимодействие его конструктивных элементов. Представим на секунду, что мотор работает «на сухую». Что с ним произойдет? Во-первых, сила трения повысит температуру внутри устройства. Во-вторых, произойдет деформация и износ деталей. И, наконец, все это приведет к полной остановке ДВС и невозможности его дальнейшего использования.  Правильно подобранное моторное масло выполняет следующие функции:

Работа моторного масла

• защищает мотор от перегрева,
• предотвращает быстрый износ механизмов,
• препятствует образованию коррозии,
• выводит нагар, сажу и продукты сгорания топлива за пределы двигательной системы,
• способствует увеличению ресурса силового агрегата.

Таким образом, нормальное функционирование моторного отдела без смазывающей жидкости невозможно.

Важно! Заливать в мотор транспортного средства нужно только то масло, вязкость которого соответствует требованиям автопроизводителей. В этом случае коэффициент полезного действия будет максимальным, а износ рабочих узлов – минимальным. Доверять мнениям продавцов-консультантов, друзей и специалистов автосервисов, если они расходятся с инструкцией к автомобилю, не стоит. Ведь только производитель может знать наверняка, чем стоит заправлять мотор.

Индекс вязкости масла

Понятие вязкости масел подразумевает способность жидкости к тягучести. Определяется она с помощью индекса вязкости. Индекс вязкости масла – это величина, показывающая степень тягучести масляной жидкости при температурных изменениях. Смазки, имеющих высокую степень вязкости, обладают следующими свойствами:

Вязкость масла

• при холодном запуске двигателя защитная пленка имеет сильную текучесть, что обеспечивает быстрое и равномерное распределение смазки по всей рабочей поверхности;
• нагрев двигателя вызывает увеличение вязкости пленки. Такое свойство позволяет удерживать защитную пленку на поверхностях движущихся деталей.

Т.е. масла с высоким значением индекса вязкости легко адаптируются под температурные перегрузки, в то время как низкий индекс вязкости моторного масла свидетельствует о меньших способностях. Такие вещества имеют более жидкое состояние и образуют на деталях тонкую защитную пленку. В условиях отрицательных температур моторная жидкость с низким индексом вязкости затруднит пуск силового агрегата, а при высокотемпературных режимах не сможет предотвратить большую силу трения.

Расчет индекса вязкости осуществляется по ГОСТу 25371-82. Рассчитать его можно с помощью онлайн-сервисов сети Интернет.

Кинематическая и динамическая вязкости

Степень тягучести моторного материала определяется двумя показателями — кинематической и динамической вязкостями.

Моторное масло

Кинематическая вязкость масла — показатель, отображающий его текучесть при нормальных (+40 градусов Цельсия) и высоких (+100 градусов Цельсия) температурах. Методика измерения данной величины основывается на использовании капиллярного вискозиметра. При помощи прибора измеряется время, требуемое для истечения масляной жидкостипри заданных температурах. Измеряется кинематическая вязкость в мм²/с.

Динамическая вязкость масла также вычисляется опытным путем. Она показывает силу сопротивления масляной жидкости, возникающий во время движения двух слоев масла, удаленных друг от друга на расстоянии 1 сантиметра и движущихся со скоростью 1 см/с. Единицы измерения данной величины — Паскаль-секунды.

Определение вязкости масла должно проходить в разных температурных условиях, т.к. жидкость не стабильна и изменяет свои свойства при низких и высоких температурах.

Таблица вязкости моторных масел по температуре представлена ниже.

Таблица вязкости моторных масел по температуре

Расшифровка обозначения моторного масла

Как отмечалось ранее, вязкость — это основной параметр защитной жидкости, характеризующий ее способность обеспечивать работоспособность автомобиля в различных климатических условиях.

Согласно международной системе классификации SAE, моторные смазки могут быть трех видов: зимние, летние и всесезонные.

Схема изучения этикетки автомасла

Масло, предназначенное для зимнего использования, маркируется цифрой и буквой W, например, 5W, 10W, 15W. Первый символ маркировки указывает на диапазон отрицательных рабочих температур. Буква W — от английского слова «Winter» — зима — информирует покупателя о возможности использования смазки в суровых низкотемпературных условиях. Она имеет большую текучесть, чем летний аналог, для того, чтобы обеспечить легкий запуск при низких температурах. Жидкая пленка мгновенно обволакивает холодные элементы и облегчает их прокрутку.

Предел отрицательных температур, при которых масло сохраняет работоспособность следующий: для 0W — (-40) градусов Цельсия, для 5W — (-35) градусов, для 10W — (-25) градусов, для 15W — (-35) градусов.

Летняя жидкость имеет высокую вязкость, позволяющую пленке крепче «держаться» на рабочих элементах. В условиях слишком высоких температур такое масло равномерно растекается по рабочей поверхности деталей и защищает их от сильного износа. Обозначается такое масло цифрами, например, 20,30,40 и т.д. Данная цифра характеризует высокотемпературный предел, в котором жидкость сохраняет свои свойства.

Важно! Что означают цифры? Цифры летнего параметра ни в коем случае не означают максимальную температуру, при которой возможна работа автомобиля. Они  — условные, и к градусной шкале отношения не имеют.

Масло с вязкостью 30 нормально функционирует при температуре окружающей среды до +30 градусов по Цельсию, 40 — до +45 градусов, 50 — до +50 градусов.

Распознать универсальное масло просто: его маркировка включает две цифры и букву W между ними, например, 5w30. Его использование подразумевает любые климатические условиях, будь то суровая зима или жаркое лето. В обоих случаях, масло будет подстраиваться под изменения и сохранять работоспособность всей двигательной системы.

Кстати, климатический диапазон универсального масла определяется просто. Например, для 5W30 он варьируются в пределах от минус 35 до +30 градусов Цельсия.

Всесезонные масла удобны в использовании, поэтому на прилавках автомагазинов они встречаются чаще летних и зимних вариантов.

Для того чтобы иметь более полное представление о том, какая вязкость моторного масла уместна в вашем регионе, ниже представлена таблица, показывающая диапазон рабочих температур для каждого типа смазывающей жидкости.

Усредненные диапазоны работоспособности масел

Стандарт API

Разобравшись, что означают цифры в вязкости масла перейдем к следующему стандарту. Классификация моторного масла по вязкости затрагивает также стандарт API. В зависимости от типа двигателя, обозначение API начинается с буквы S или C. S подразумевает бензиновые моторы, С — дизельные. Вторая буква классификации указывает на класс качества моторного масла. И чем дальше эта буква находится от начала алфавита, тем лучше качество защитной жидкости.

Для бензиновых двигательных систем существую следующие обозначения:

Стандарт API

• SC –год выпуска до 1964 г.
• SD –год выпуска с 1964 по 1968 гг.
• SE –год выпуска с 1969 по 1972 гг.
• SF –год выпуска с 1973 по 1988 гг.
• SG –год выпуска с 1989 по 1994 гг.
• SH –год выпуска с 1995 по 1996 гг.
• SJ –год выпуска с 1997 по 2000 гг.
• SL –год выпуска с 2001 по 2003 г.
• SM –год выпуска после 2004 г.
• SN –авто, оборудованные современной системой нейтрализации выхлопных газов.

Для дизельных:

• CB –год выпуска до 1961 г.
• CC –год выпускадо 1983 г.
• CD –год выпускадо 1990 г.
• CE –год выпускадо 1990 г., (турбированный мотор).
• CF –год выпускас 1990 г., (турбированный мотор).
• CG-4 –год выпускас 1994 г., (турбированный мотор).
• CH-4 –год выпускас 1998 г.
• CI-4 – современные авто (турбированный мотор).
• CI-4 plus – значительно выше класс.

Что одному двигателю хорошо, то другому грозит ремонтом

Моторное масло

Многие автовладельцы уверены, что выбирать стоит более вязкие масла, ведь они — залог долговечной работы двигателя. Это серьезное заблуждение. Да, специалисты заливают под капоты гоночных болидов масло с большой степенью тягучести для достижения максимального ресурса силового агрегата. Но обычные легковые машины оборудованы другой системой, которая попросту захлебнется при чрезмерной густоте защитной пленки.

О том, какую вязкость масла допустимо использовать в двигателе той или иной машины, описано в любом руководстве по эксплуатации.

Ведь до запуска массовых продаж моделей, автопроизводители проводили большое количество тестов, учитывая возможные режимы езды и эксплуатацию технического средства в различных климатических условиях. Благодаря анализу поведения мотора и его способности поддерживать стабильную работу в тех или иных условиях, инженеры устанавливали допустимые параметры моторной смазки. Отклонение от них может спровоцировать снижение мощности двигательной системы, ее перегрев, увеличение расхода топлива и многое другое.

Моторное масло в двигателе

Почему класс вязкости так важен в работе механизмов? Представьте на минуту мотор изнутри: между цилиндрами и поршнем есть зазор, величина которого должна допускать возможное расширение деталей от высокотемпературных перепадов. Но для максимального коэффициента полезного действия этот зазор должен иметь минимальное значение, предотвращая попадание в двигательную систему выхлопных газов, образующихся во время горения топливной смеси. Для того, чтобы корпус поршня не нагревался от соприкосновения с цилиндрами, и используется моторная смазка.

Уровень вязкости масла должен обеспечивать работоспособность каждого элемента двигательной системы. Производители силовых агрегатов должны добиться оптимального соотношения минимального зазора между трущимися деталями и масляной пленой, предотвращая преждевременный износ элементов и повышая рабочий ресурс двигателя. Согласитесь, доверять официальным представителям автомобильной марки безопаснее, зная, каким путем эти знания были получены, чем верить «опытным» автомобилистам, полагающимся на интуицию.

Что происходит в момент запуска двигателя?

Если ваш «железный друг» простоял всю ночь на морозе, то наутро показатель вязкости залитого в него масла будет в несколько раз выше расчетной рабочей величины. Соответственно, толщина защитной пленки будет превышать зазоры между элементами. В момент запуска холодного мотора происходит падение его мощности и повышение температуры внутри него. Таким образом, возникает прогрев мотора.

Важно! Во время прогрева нельзя давать ему повышенную нагрузку. Слишком густой смазочный состав затруднит движение основных механизмов и приведет к сокращению срока эксплуатации автомобиля.

Вязкость моторного масла в рабочих температурах

После того, как двигатель прогрелся, активируется система охлаждения. Один цикл работы двигателя выглядит следующим образом:

1. Нажим на педаль газа повышает обороты мотора и увеличивает нагрузку на него, в результате чего увеличивается сила трения деталей (т.к. слишком вяжущая жидкость еще не успела попасть в междетальные зазоры),
2. температура масла повышается,
3. степень его вязкости снижается (увеличивается текучесть),
4. толщина масляного слоя уменьшается (просачивается в междетальные зазоры),
5. сила трения снижается,
6. температура масляной пленки снижается (частично с помощью охлаждающей системы).

По такому принципу работает любая двигательная система.

Вязкость моторных масел при температуре — 20 градусов

Зависимость вязкости масла от рабочей температуры очевидна. Так же, как очевидно то, что высокий уровень защиты мотора не должен снижаться в течение всего периода эксплуатации. Малейшее отклонение от нормы может привести к исчезновению моторной пленки, что в свою очередь негативно отразится на «беззащитной» детали.

Каждый двигатель внутреннего сгорания, хоть и имеет схожую конструкцию, но обладает уникальным набором потребительских свойств: мощностью, экономичностью, экологичностью и величиной крутящего момента. Объясняются эти различия разницей моторных зазоров и рабочих температур.

Для того, чтобы максимально точно подобрать масло для транспортного средства, были разработаны международные классификации моторных жидкостей.

Предусмотренная стандартом SAE классификация информирует автовладельцев об усредненном диапазоне рабочих температур. Более четкие представления о возможности использования смазочной жидкости в определенных автомобилях дают классификации API, ACEA и т.д.

Последствия заливки масла повышенной вязкости

Бывают случаи, когда автовладельцы, не знают, как определить требуемую вязкость моторного масла для своего автомобиля, и заливают то, которое советуют продавцы. Что случится, если тягучесть окажется выше требуемой?

Сравнение вязкости моторных масел

Если в хорошо прогретом двигателе «плещется» масло с завышенной тягучестью, то для мотора опасности не возникает (при нормальных оборотах). В этом случае, просто повысится температура внутри агрегата, что приведет к снижению вязкости смазки. Т.е. ситуация придет в норму. Но! Регулярное повторение данной схемы заметно снизит моторесурс.

Если резко «дать газу», вызвав увеличение оборотов, степень вязкости жидкости не будет соответствовать температуре. Это приведет к превышению максимально допустимой температуры в моторном отсеке. Перегрев вызовет повышение силы трения и снижение износостойкости деталей. Кстати, само масло также потеряет свои свойства за достаточно короткий промежуток времени.

О том, что вязкость масла не подошла транспортному средству, моментально узнать вы не сможете.

Первые «симптомы» появятся лишь через 100-150 тысяч км пробега. И главным показателем станет увеличение зазоров между деталями. Однако, определенно связать завышенную вязкость и быстрое снижение ресурса мотора не смогут даже опытные специалисты. Именно по этой причине официальные автомастерские зачастую пренебрегают требованиями производителей транспортных средств. К тому же им выгодно производить ремонт силовых агрегатов автомобилей, у которых уже закончился срок гарантийного обслуживания. Вот почему выбор степени вязкости масла — сложная задача для каждого автолюбителя.

Слишком низкая вязкость: опасна ли она?

Моторное масло

Погубить бензиновые и дизельные двигатели может низкая степень вязкости. Этот факт объясняется тем, что при повышенных рабочих температурах и нагрузках на мотор текучесть обволакивающей пленки повышается, в результате чего не без того жидкая защита попросту «обнажает» детали. Результат: повышение силы трения, увеличение расхода ГСМ, деформация механизмов. Долгая эксплуатация автомобиля с залитой низковязкостной жидкостью невозможна — его заклинит практически сразу.

Некоторые современные модели моторов предполагают использование так называемых «энергосберегающих» масел, имеющих пониженную вязкость. Но использовать их можно только если имеются специальные допуски автопроизводителей: ACEA A1, B1 и ACEA A5, B5.

Стабилизаторы густоты масла

Из-за постоянных температурных перегрузок вязкость масла постепенно начинает уменьшается. И помочь восстановить ее могут специальные стабилизаторы. Их допустимо использовать в двигателях любого типа, износ которых достиг среднего или высокого уровня.

Стабилизаторы позволяют:

Стабилизаторы

• увеличивать вязкость защитной пленки,
• снижать количество нагара и отложений на цилиндрах мотора,
• сокращать выброс вредных веществ в атмосферу,
• восстанавливать защитный масляный слой,
• достигать «бесшумности» в работе двигателя,
• предотвращать процессы окисления внутри корпуса мотора.

Использование стабилизаторов позволяет не только увеличить срок между «масляными» заменами, но и восстановить утраченные полезные свойства защитного слоя.

Разновидности специальных смазок, применяемых на производствах

Смазка веретенного машинного вида обладает низковязкостными свойствами. Использование такой защиты рационально на моторах, имеющих слабую нагрузку и работающих на больших скоростях. Чаще всего, применяется такая смазка в текстильном производстве.

Турбинная смазка. Ее главная особенность заключается защите всех работающих механизмов от окисления и преждевременного износа. Оптимальная вязкость турбинного масла позволяет использовать его в турбокомпрессорных приводах, газовых, паровых и гидравлических турбинах.

Гидравлический насос

ВМГЗ или всесезонное гидравлическое загущенное масло. Такая жидкость идеально подходит для техники, используемой в районах Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Предназначено такое масло двигателям внутреннего сгорания, оборудованным гидравлическими приводами. ВМГЗ не подразделяется на летние и зимние масла, потому что его применение подразумевает только низкотемпературный климат.

В качестве сырья для гидромасла выступают маловязкие компоненты, содержащие минеральную основу. Для того, чтобы масло достигло нужной консистенции, в него добавляют специальные присадки.

Вязкость гидравлического масла представлена в таблице ниже.

Таблица вязкости гидравлических масел

ОйлРайт — еще одна смазка, применяемая для консервации и обработки механизмов. Она имеет водостойкую графитовую основу и сохраняет свои свойства в диапазоне температур от минус 20 градусов Цельсия до плюс 70 градусов Цельсия.

Выводы

Однозначного ответа на вопрос: «какая вязкость моторного масла самая хорошая?» нет и не может быть. Все дело в том, что нужная степень тягучести для каждого механизма — будь то ткацкий станок или мотор гоночного болида — своя, и определить ее «наобум» нельзя. Требуемые параметры смазывающих жидкостей вычисляются производителями опытным путем, поэтому при выборе жидкости для своего транспортного средства в первую очередь руководствуетесь указаниями разработчика. А уже после этого вы можете обратиться к таблице вязкости моторных масел по температуре.

Классификация по вязкости. Степени вязкости SAE

Вязкость масла — это основной показатель качества, который является общим для всех масел. Для двигателя или любого другого механизма необходимо применять масла с оптимальной вязкостью, величина которой зависит от конструкции, режима работы и степени износа, температуры окружающей среды и других факторов. В настоящее время единственной признанной в зарубежных странах системой классификации автомобильных моторных масел является спецификация SAE J300. SAE — это аббревиатура Общества Автомобильных Инженеров США (Society of Automotive Engineers). Вязкость масла по этой системе выражается в условных единицах — степенях вязкости SAE (SAE Viscosity Grade — SAE VG). Численные значения степеней являются условными символами комплекса вязкостных свойств (см.-1 в соответствии со степенью летнего ряда (без буквы W).

Классификация SAE J300 используется производителями двигателей для определения степеней вязкости моторных масел пригодных для использования в их двигателях и производителями масел при разработке новых составов, производстве и маркировке готовых продуктов. Стандартные ряды вязкости:

• зимний ряд: SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W;
• летний ряд: SAE 20, 30, 40, 50, 60;

Всесезонные (multigrade) масла, состоят из комбинации зимнего и летнего ряда разделенные знаком «тире» (например, SAE 10W-40), другие виды записи являются неверными, и использование аббревиатуры SAE для них недопустимо (например SAE 10W/40 или SAE 10W40). Серия всесезонных масел: SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60.

 

Таблица 3.-1; мПа с, не менееМаксимальная вязкость, мПа сminmaxпри темп. *при темп. **0W3250 при -30°С60000 при — 40°С3,8  5W3500 при -25°С60000 при -35°С3,8  10W3500 при -20°С60000 при -30°С4,1  15W3500 при -15°С60000 при -25°С5,6  20W4500 при -10°С60000 при -20°С5,6  25W6000 при -5°С60000 при -15°С9,3  20  5,6<9,32,630  9,3<12,52,940  12,5<16,32,9***40  12,5<16,33,7****50  16,3<21,93,760  21,9<26,13,7

Примечания: 1 сСт = 1 мм?/с; * При запуске холодного двигателя, вязкость проворачивания, измеряется на вискозиметре CCS; ** В отсутствии напряжения сдвига, измеряется на вискозиметре MRV; *** Для масел SAE 0W-40, 5W-40 и 10W-40; **** Для масел SAE 40, 15W-40, 20W-40 и 25W-40.

Рис. 3.1. Зависимость вязкости моторного масла от температуры (сезонных SAE 10W и SAE 40 и всесезонного SAE 10W-40)

По спецификации SAE J300, вязкости масел определяются при условиях, близких к реальным. Летнее масло имеет достаточную вязкость, чтобы обеспечить надежное смазывание при высокой температуре, но оно слишком вязкое при низкой температуре, в результате чего при низкой температуре воздуха затрудняется пуск двигателя. Маловязкое зимнее масло облегчает холодный пуск двигателя при низкой температуре, но не обеспечивает его смазывание летом, когда температура масла в двигателе превышает 100°С. Именно по этим причинам наибольшее распространение сегодня получили всесезонные сорта масел, имеющие меньшую зависимость вязкости от температуры. Таким образом степень вязкости SAE помогает определить диапазон температуры окружающей среды, при котором масло обеспечит нормальную работу двигателя — его проворачивание стартером, прокачивание масла насосом по смазочной системе при холодном пуске и надежное смазывание летом при длительной работе в режиме максимальных скоростей и нагрузок.

Вязкость масла — как это измеряется и регистрируется

По данным Общества трибологов и инженеров по смазкам (STLE), вязкость является одним из важнейших физических свойств масла. Часто это один из первых параметров, измеряемых большинством лабораторий по анализу масла, поскольку он важен для состояния масла и смазки. Но что мы на самом деле имеем в виду, когда говорим о вязкости масла?

Вязкость смазочного масла обычно измеряется и определяется двумя способами: либо на основе его кинематической вязкости, либо на основе его абсолютной (динамической) вязкости.Хотя описания могут показаться похожими, между ними есть важные различия.

Рисунок 1. Вискозиметр с капиллярной трубкой

Кинематическая вязкость масла определяется как его сопротивление течению и сдвигу под действием силы тяжести. Представьте, что один стакан наполняется турбинным маслом, а другой — густым трансмиссионным маслом. Какой из стаканов потечет быстрее, если его наклонить набок? Турбинное масло будет течь быстрее, поскольку относительные скорости потока зависят от кинематической вязкости масла.

Теперь рассмотрим абсолютную вязкость. Чтобы измерить абсолютную вязкость, вставьте металлический стержень в те же два стакана. Используйте стержень, чтобы перемешать масло, а затем измерьте усилие, необходимое для перемешивания каждого масла с одинаковой скоростью. Сила, необходимая для перемешивания трансмиссионного масла, будет больше, чем сила, необходимая для перемешивания турбинного масла.

Основываясь на этом наблюдении, может возникнуть соблазн сказать, что трансмиссионное масло требует большего усилия для перемешивания, поскольку оно имеет более высокую вязкость, чем турбинное масло.Однако в этом примере измеряется сопротивление масла течению и сдвигу из-за внутреннего трения, поэтому правильнее сказать, что трансмиссионное масло имеет более высокую абсолютную вязкость, чем турбинное масло, поскольку для перемешивания требуется большее усилие. трансмиссионное масло.

Для ньютоновских жидкостей абсолютная и кинематическая вязкость связаны с удельным весом масла. Однако для других масел, таких как те, которые содержат полимерные улучшители индекса вязкости (VI), или сильно загрязненные или деградированные жидкости, это соотношение не выполняется и может привести к ошибкам, если мы не знаем о различиях между абсолютной и кинематической вязкостью. .

Для более подробного обсуждения абсолютной и кинематической вязкости см. Статью Дрю Тройера «Общие сведения об абсолютной и кинематической вязкости».

Метод испытания вискозиметра с капиллярной трубкой

Самый распространенный метод определения кинематической вязкости в лаборатории — это вискозиметр с капиллярной трубкой (рис. 1). В этом методе проба масла помещается в стеклянную капиллярную U-образную трубку, и проба всасывается через трубку с помощью всасывания, пока не достигнет начального положения, указанного на стороне трубки.

Затем всасывание прекращается, позволяя образцу течь обратно через трубку под действием силы тяжести. Узкая капиллярная секция трубки регулирует расход масла; более вязкие сорта масла растекаются дольше, чем более жидкие сорта масла. Эта процедура описана в ASTM D445 и ISO 3104.

Поскольку скорость потока определяется сопротивлением масла, протекающего под действием силы тяжести через капиллярную трубку, этот тест фактически измеряет кинематическую вязкость масла.Вязкость обычно указывается в сантистоксах (сСт), что эквивалентно мм2 / с в единицах СИ, и рассчитывается исходя из времени, которое требуется маслу для протекания от начальной точки до точки остановки, с использованием калибровочной константы, предоставленной для каждой трубки.

В большинстве коммерческих лабораторий по анализу масла метод вискозиметра с капиллярной трубкой, описанный в ASTM D445 (ISO 3104), модифицируется и автоматизируется с использованием ряда имеющихся в продаже автоматических вискозиметров. При правильном использовании эти вискозиметры способны воспроизводить аналогичный уровень точности, достигаемый методом ручного вискозиметра с капиллярной трубкой.

Заявление о вязкости масла бессмысленно, если не определена температура, при которой вязкость была измерена. Обычно вязкость указывается при одной из двух температур: 40 ° C (100 ° F) или 100 ° C (212 ° F). Для большинства индустриальных масел принято измерять кинематическую вязкость при 40 ° C, поскольку это основа для системы классификации вязкости ISO (ISO 3448).

Аналогичным образом, большинство моторных масел обычно измеряются при 100 ° C, поскольку система классификации моторных масел SAE (SAE J300) ссылается на кинематическую вязкость при 100 ° C (таблица 1).Кроме того, температура 100 ° C снижает нарастание помех при измерениях для загрязнения моторного масла сажей.

Рис. 2. Ротационный вискозиметр

Метод испытания роторным вискозиметром

Менее распространенный метод определения вязкости масла использует роторный вискозиметр.В этом методе испытаний масло помещается в стеклянную трубку, помещенную в изолированный блок при фиксированной температуре (рис. 2).

Затем металлический шпиндель вращается в масле с фиксированной частотой вращения, и измеряется крутящий момент, необходимый для вращения шпинделя. Абсолютная вязкость масла может быть определена на основе внутреннего сопротивления вращению, обеспечиваемого сдвигающим напряжением масла. Абсолютная вязкость указывается в сантипуазах (сП), что эквивалентно мПа · с в единицах СИ.

Этот метод обычно называют методом Брукфилда и описан в ASTM D2983.

Хотя абсолютная вязкость и вискозиметр Брукфилда используются реже, чем кинематическая вязкость, при разработке моторных масел. Например, обозначение «W», которое используется для обозначения масел, подходящих для использования при более низких температурах, частично основано на вязкости по Брукфилду при различных температурах (Таблица 2).

Основанное на SAE J300 всесезонное моторное масло, обозначенное как SAE 15W-40, должно поэтому соответствовать пределам кинематической вязкости при повышенных температурах в соответствии с таблицей 1 и минимальным требованиям для запуска холодного двигателя, как показано в таблице 2.

Индекс вязкости

Еще одно важное свойство масла — индекс вязкости (VI). Индекс вязкости — это безразмерное число, используемое для обозначения температурной зависимости кинематической вязкости масла.

Он основан на сравнении кинематической вязкости испытуемого масла при 40 ° C с кинематической вязкостью двух эталонных масел, одно из которых имеет индекс вязкости 0, а другое — 100 единиц (рис. та же вязкость при 100ºC, что и тестовое масло.Таблицы для расчета VI на основе измеренной кинематической вязкости масла при 40 ° C и 100 ° C приведены в ASTM D2270.

Рисунок 3. Определение индекса вязкости (VI)

На рис. 3 показано, что масло, кинематическая вязкость которого изменяется в меньшей степени при изменении температуры, будет иметь более высокий индекс вязкости, чем масло с большим изменением вязкости в том же диапазоне температур.

Для большинства парафиновых промышленных масел на минеральной основе селективной очистки типичные ИВ находятся в диапазоне от 90 до 105.Однако многие минеральные масла высокой степени очистки, синтетические масла и масла с улучшенным индексом вязкости имеют ИВ, превышающие 100. Фактически, синтетические масла типа PAO обычно имеют ИИ в диапазоне от 130 до 150.

Мониторинг и анализ вязкости

Мониторинг и отслеживание вязкости, возможно, является одним из наиболее важных компонентов любой программы анализа масла. Даже небольшие изменения вязкости могут усиливаться при рабочих температурах до такой степени, что масло больше не может обеспечивать адекватную смазку.

Типичные пределы промышленного масла устанавливаются на уровне ± 5 процентов для предосторожности и ± 10 процентов для критических, хотя для тяжелых условий эксплуатации и чрезвычайно критических систем должны быть поставлены еще более жесткие цели.

Значительное снижение вязкости может привести к:

• Потеря масляной пленки, вызывающая чрезмерный износ
• Повышенное механическое трение, вызывающее чрезмерное потребление энергии n Выделение тепла из-за механического трения n Внутренняя или внешняя утечка
• Повышенная чувствительность к загрязнению частицами за счет уменьшения масляной пленки
• Разрушение масляной пленки при высоких температурах, высоких нагрузках или при пусках или остановках по инерции.

Аналогичным образом, слишком высокая вязкость может привести к:

• Чрезмерное тепловыделение, приводящее к окислению масла, образованию отложений и нагара
• Газовая кавитация из-за недостаточного потока масла к насосам и подшипникам
• Недостаток смазки из-за недостаточного потока масла
• Масляный венчик в опорных подшипниках
• Избыточное потребление энергии для преодоления жидкостного трения
• Плохая деэмульгируемость или деэмульгируемость воздуха
• Плохая прокачиваемость при холодном пуске.

Каждый раз, когда наблюдается значительное изменение вязкости, необходимо всегда исследовать и устранять первопричину проблемы. Изменения вязкости могут быть результатом изменения химического состава базового масла (изменение молекулярной структуры масла) или попадания в него загрязняющих веществ (таблица 3).

Изменения вязкости могут потребовать дополнительных тестов, таких как: кислотное число (AN) или инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), чтобы подтвердить начальное окисление; тестирование на загрязняющие вещества для выявления признаков попадания воды, сажи или гликоля; или другие, менее часто используемые тесты, такие как ультрацентрифужный тест или газовая хроматография (ГХ), для выявления изменения химического состава базового масла.

Вязкость — важное физическое свойство, которое необходимо тщательно контролировать и контролировать, поскольку оно влияет на масло и влияет на срок службы оборудования.

Независимо от того, измеряете ли вязкость на месте с помощью одного из многих местных инструментов для анализа масла, способных точно определять изменения вязкости, или отправляете ли образцы в обычную внешнюю лабораторию, важно знать, как определяется вязкость, и как изменения могут повлиять на надежность оборудования.Необходимо проявлять упреждающий подход к определению состояния источника жизненной силы оборудования — масла!

(PDF) 📄 Кинематическая вязкость различных типов моторных масел, зависящая от температуры

Кинематическая вязкость различных типов моторных масел, зависящая от температуры 101

Величина скорости не может быть увеличена за 9000 раз.zatěžování de novanou rychlostí deformace po de novanou dobu, odstávání vzorků

apod.). Оле были очищены на теплоте под 0 ° C и были у них были в холодных теплоносителях

stanovena kinematická viskozita (мм2 / с) при температуре от −5 ° C до +115 ° C. V souladu s očekáváním

u všech olejů hodnota kinematické viskozity klesala se zvyšující se teplotou. Vzhledem k tomu, že je

viskozita motorového oleje výrazně teplotně závislá a za účelem objektivizace jejího vyjádření, byla

v souladu s normoufere ISO 8217 stanovena re.Hodnoty viskozit testovaných olejů

se při této referenční teplotě pohybovaly od 104 до 146 мм2 / с. Bylo zjištěno, že viskozita různých

olejů přímo nekoreluje s jejich hustotou. Теплотная изоляция олей была modelována pomocí několika

matematických modelů. Мези намеринми и выпеченными ходнотами, бывшими висячими надписями на коре-

кружева: R2 = 0,92 за Vogelův vztah, R2 = 0,96 за Arrhéniův vztah, R2 = 0,993 за полоску за 93, дюймов .Узнайте о тепловых затворах кинематических двигателей

, которые находятся в открытом доступе, чтобы получить доступ к постоянным характеристикам двигателей. Navr-

žené modely mohou být použity pro popis a predikci tokového chování motorových olejů.

motorový olej, kinematická viskozita, modelování

Работа была поддержана проектом исследований и разработок EU COST 356 «Перенос сельскохозяйственного транспорта

и его воздействие на окружающую среду» и планом исследований №MSM6215648905 «Биологические и

технологические аспекты устойчивости контролируемых экосистем и их приспособляемость к изменению климата

», финансируется Министерством образования, молодежи и спорта Чешской Республики.

ССЫЛКИ

ALBERTSON, WC, STALEY, DR, Mc DO-

NALD, MM, PRYOR, BK, 2008: Система и методы диагностики вязкости моторного масла

, США

Патент США

AN 20080223114.

, 2006: On-line Fluid Condition

Технология мониторинга.Практика анализа нефти

Журнал 2, 15–21.

СТАНДАРТ ASTM, 2005: Стандартный метод испытаний для низких температур

, низкой скорости сдвига, вязкости / температуры

Зависимость смазочных масел от температуры

с использованием метода сканирования температуры

a, ASTM In-

ternational, West Conshohocken, PA, 2005, DOI:

10.1520 / D5133–05, www.astm.org.

DOWSON, D., 2000: Тонкие пленки и трибологические интерфейсы.

кал. Опубликовано Elsevier, ISBN – 13:

978-0-444-50531-6.

FITCH, E. C., 2002: Температурная стабильность. Machin-

ery Lubrication Magazine 3, 35–39.

ФРИСО Д. и БОЛКАТО Ф., 2004: Реологические свойства

некоторых ньютоновских пищевых жидкостей. Rivista

di Ingegneria Agraria 2, 75–80.

GUO, B., LYONS, W. и GHALAMBOR, A., 2007: Pe-

troleim production engineering. Elesevier Scien ce

и книги по технологиям, ISBN 0750682701.

HLAVÁČ, P., 2007: Реологические свойства темного пива

, Труды исследований и преподавания

Физики в контексте университетского образования,

Нитра, 5–6.6. 2007, стр 169–175.

ISO 8217: 2005, Нефтепродукты — топливо

(класс F).

ХОНСАРИ, М. М., 2007: Пределы низкой температуры и вязкости

. Журнал «Machinery Lubrication» 2,

26–31.

LEUGNER, L., 2005: Практическое руководство по смазке машинного оборудования Ma-

. Опубликовано Maintenance

Technology International, стр. 180.

MAGGI, C. P., 2006: Преимущества измерения кинематической вязкости

при анализе отработанного масла.Практика

Журнал Анализ нефти 5, 38–52.

MANN, D., 2007: Моторные масла и моторные смазки —

. Motor Oil Engineers, L. L.C., Детройт.

MARCOTTE, M., TAHERIAN, A. R., TRIGUI, M.,

RAMASWAMY, H. S., 2001: Оценка рео-

логических свойств избранных обогащенных солью пищевых продуктов

гидроколлоидов. Журнал пищевой инженерии 48,

157–167.

NORIA COMPANY, 2008: Lubrication and Oil Ana-

ly sis Dictionary, http: // www.noria.com/dic tio-

на ry /.

СЕВЕРА, Л. и ЛОС, Дж., 2008: О влиянии температуры

на динамическую вязкость темного пива.

Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae

Mendelianae Brunensis 2, 303–307.

SPEAROT, J. A, 1989: High – Temperature, High–

Sheer (HTHS) Измерение вязкости масла и повторная связь

с работой двигателя, Публикация ASTM

, Филадельфия, ISBN: 0–8031– 1280–7.

SPEAROT, J. A, 1992: Класс вязкости моторного масла —

Низкотемпературные требования по катиону

— Текущее состояние

и будущие потребности. При низких температурах Lu-

Rheology Rheology and Relevance to

Engine Operation, ASTM Publication, Philadel-

phia, pp 161–169.

СТЮАРТ Р. М., 1977: Взаимосвязь между вязкостью масла

и характеристиками двигателя — поиск в литературе

. Совместный симпозиум SAE – ASTM

по взаимосвязи вязкости моторного масла с характеристиками двигателя En-

, Детройт, 28 февраля — 4 марта,

, стр. 5–24.

ТАКАТА Р. ЭНД ВОНГ В.В., 2006: Влияние вязкости смазочного материала

на трение кольца / гильзы в системах с поршневыми двигателями с улучшенным двигателем

. Труды

ICEF06 Двигатель внутреннего сгорания ASME

Отделение 2006 г. Осенняя техническая конференция №

OELCHECK: Вязкость

В отличие от воды, которая имеет почти такую ​​же текучесть в диапазоне от 0 ° C до 100 ° C, вязкость масла сильно зависит от температуры.Кроме того, на вязкость также влияют рабочее давление или такие факторы, как окисление или примеси. К сожалению, это становится еще более сложным, потому что текучесть масла не изменяется равномерно, то есть линейно, с температурой.

Вязкостно-температурные характеристики

При понижении температуры масло всегда становится гуще, т. Е. Будет иметь более высокую вязкость. Когда в конечном итоге достигается точка застывания, масло становится настолько густым, что больше не может двигаться.С другой стороны, при повышении температуры вязкость значительно падает. Масло может стать очень жидким. Эти температурно-зависимые изменения необходимо учитывать при выборе смазочного материала. Необходимо соблюдать особую осторожность, поскольку вязкостно-температурные характеристики зависят от типа масла. Даже масла с одинаковой вязкостью, например, при 40 ° C, могут вести себя совершенно по-разному при 0 ° C или 100 ° C.

Изменение вязкости в зависимости от температуры не будет линейным, но может быть рассчитано «двойным логарифмическим способом».Температурные перепады, например, 10 ° C, не приводят к одинаковым скачкам изменения вязкости. Индекс вязкости (VI), который рассчитывается с помощью кинематической вязкости, измеренной при 40 ° C и 100 ° C, используется для описания вязкостно-температурного поведения масла. Этот параметр позволяет лучше сравнивать вязкость различных масел в зависимости от температуры. Метод расчета, описанный в ISO 2909, был разработан примерно 60 лет назад. Что касается индекса вязкости, худшим минеральным маслам, известным в то время, был присвоен индекс вязкости 0, а минеральным маслам с лучшими вязкостно-температурными характеристиками был присвоен индекс вязкости 100.В то время не существовало синтетических или всесезонных масел. В настоящее время на вязкость могут влиять так называемые улучшители вязкости или синтетические масла до такой степени, что индекс вязкости выходит далеко за пределы 100. Следующие стандартные значения показывают, насколько высокий индекс вязкости может быть достигнут с помощью современных масел:

~

Тип масла или жидкости	Индекс вязкости
Минеральное масло	~ 95-105
000 140-200
Масло ПАО	~ 135-160
Сложный эфир	~ 140-190
Растительное масло 9002 9000 ~ 9000
Гликоль	~ 200-220
Силиконовое масло	~ 205-400

Простым и широко используемым методом визуализации вязкостно-температурного поведения является диаграмма вязкость-температура (VT-диаграмма) по Уббелоде / Вальтеру.Используя математическое преобразование (двойной логарифмический расчет), поведение VT можно аппроксимировать до такой степени, используя прямую линию, проходящую через две точки (обычно при 40 ° C и 100 ° C), что вязкость при всех других температурах может быть определена по диаграмме. .

Различные области применения можно проиллюстрировать с помощью диаграммы VT. Масло HLVP с более высоким индексом вязкости может, например, охватывать более широкий температурный диапазон.

Вязкость-давление

Масла также становятся гуще при повышении давления.Вязкость-давление также является параметром, зависящим от смазочного материала, которым, однако, по большей части можно пренебречь, поскольку при давлении ниже 400 бар он практически не имеет значения. Изменение вязкости из-за увеличения давления на 100 бар непропорционально меньше, чем из-за повышения температуры на 10 ° C. Разработчики гидравлических систем и компонентов с высокими эксплуатационными характеристиками всегда учитывают влияние давления на вязкость, одновременно учитывая влияние температуры.

Помимо прочего, смазочные материалы предназначены для защиты поверхностей пар движущихся частей от износа путем создания эластичной смазочной пленки. Положительный эффект заключается в том, что с традиционными смазочными маслами вязкость смазочной пленки увеличивается до такой степени из-за преобладающего давления на нее, что поверхности остаются раздвинутыми.

С метрологической точки зрения вязкость смазочного масла, которая изменилась из-за высокого давления, очень трудно определить.Лишь немногие институты, такие как RWTH в Аахене, также могут проводить такие измерения.

Изменения вязкости при применении масел

Что касается замены масла, наиболее важным параметром при анализе отработанного масла является учет изменений вязкости. Вязкость масла может измениться не только по причине температуры и давления. Если вязкость образца отличается от начальных значений свежего масла или эталонного значения предыдущего анализа, причины могут быть следующими:

Повышение вязкости

• Во время работы масло поглощало кислород из-за температуры и поэтому окислялось.
• Разложились ингибиторы окисления, добавки, замедляющие старение.
• Образовались продукты старения и окисления, такие как кислоты и нерастворимые в масле компоненты.
• Образовались лаковидные отложения, такие как смола и шлам.
• Сажа, пыль, вода или остатки альтернативных видов топлива загрязняют масло.
• Неправильное масло было использовано или залито.

Снижение вязкости

• Улучшители вязкости, добавки для улучшения индекса вязкости, не были устойчивыми к сдвигу и разложились.
• Несгоревшее топливо (плохое сгорание) разбавило масло.
• Было использовано или залито слишком жидкое масло или масло неподходящего типа.
• Перед заполнением систему промыли жидким промывочным маслом. Примешались остатки промывочного масла.

Frontiers | Измерение вязкости смазочных материалов с полимерными модификаторами вязкости в зависимости от давления и температуры

Введение

Срок службы подшипников и шестерен зависит от использования смазочных материалов.Смазочные материалы уменьшают трение и износ в высоконагруженных контактах и ​​обеспечивают охлаждение, коррозионную стойкость и другие преимущества. Силы в механических компонентах передаются через тонкий слой смазки, который должен быть достаточно вязким, чтобы образовывать и поддерживать пленку жидкости между контактирующими поверхностями.

Вязкость является настолько важным свойством при разработке смазочных материалов, что желательно минимизировать отклонения в ее структуре, вызванные высокими температурами. Коммерческие смазочные материалы, такие как многовязкие автомобильные моторные масла, достигают этого с помощью полимерных присадок, используемых в качестве модификаторов вязкости (VM) или присадок, улучшающих индекс вязкости (VII).Эти растворимые полимеры помогают снизить термические изменения вязкости при сохранении желаемых характеристик смазочного материала, таких как образование пленки и способность к перекачиванию.

Знание свойств смазки, протекающей через контакт, необходимо для поддержания желаемых характеристик смазки и срока службы компонентов. Течение жидкости, в которой напряжение сдвига не линейно пропорционально скорости сдвига (т. Е. Неньютоновское поведение), является обычным для смазочных материалов, содержащих полимерные добавки. В течение последних нескольких десятилетий были предложены и проверены различные гипотезы для описания неньютоновской природы смазочных материалов.Наиболее популярной моделью является простой степенной закон, который успешно использовался для описания как псевдопластических, так и дилатантных жидкостей (неньютоновская жидкость, в которой вязкость сдвига увеличивается с приложенным напряжением сдвига) (Dyson and Wilson, 1965; Bayraktar and Kiran , 2000; Чу и др., 2006).

где η — вязкость, τ — напряжение сдвига, а γ ∙ — скорость сдвига. Показатель степени « n » является реологическим индексом. Жидкости с n > 1, n = 1 и n <1 соответствуют дилатантной жидкости, ньютоновской жидкости и псевдопластической жидкости соответственно.

Высоконагруженные элементы машин обычно работают в режимах эластогидродинамической смазки (EHL), когда нагрузки достаточно высоки, чтобы упруго деформировать их поверхности и создавать чрезвычайно высокие давления в контакте. В теории EHL обычно предполагается, что смазочные пленки ведут себя ньютоновским образом. Однако смазка в контакте EHL испытывает быстрые и чрезвычайно большие изменения давления, порядка 1-3 ГПа (Khonsari and Booser, 2008), быстрое время прохождения порядка 4 мс и — особенно со скользящими контактами — высокий сдвиг. скорости, которые могут быть порядка 10 ⁶ с ^-1 .Эти условия поставили под сомнение нормальные предположения о ньютоновском поведении жидких пленок в соединениях ЭДЖ (Hamrock et al., 2004).

Ранние исследования влияния высокого давления на вязкость смазочных материалов были выполнены Бриджменом с использованием вискозиметра высокого давления с падающим телом (Bridgman, 1949). Бриджман сообщил, что вязкость масел увеличивается с увеличением давления. Его результаты предоставили данные коэффициента вязкости и давления, которые стали использоваться в теории EHL (Bair, 2000).

В 1949 году Грубин разработал принципы EHL, касающиеся смазки контактов качения, для прогнозирования толщины пленки (Грубин и Виноградова, 1949). В конце 1970-х годов Хамрок и Доусон разработали передовые численные подходы для расчета изотермической ЭДЖ эллиптических контактов (Доусон и Хамрок, 1976; Хамрок и Доусон, 1976, 1978). Были определены четыре безразмерных параметра: скорость ( U ), материал ( G ), нагрузка ( W ) и безразмерная толщина пленки ( H ).Общая формула для расчета толщины пленки смазочного материала в зоне контакта может быть выражена как:

, где K, a, b и c — числа, которые меняются в зависимости от геометрии контакта. Параметры U и W легко получить из условий испытаний и применения, но параметр материала, G = α * E ‘, зависит от α *, который является мерой прочности пьезовязкостного отклик, известный как коэффициент вязкости давления.α * является свойством смазочного материала и не может быть выбран как скорость или нагрузка. E ‘ — эффективный модуль упругости.

После многих лет исследований до сих пор нет общепринятого определения коэффициента вязкости под давлением (Vergne and Bair, 2014). Самый прямой подход к определению коэффициента вязкости смазочного материала — измерение его вязкости при высоком давлении. Однако большая часть представленных данных о вязкости под давлением получена косвенно из измерения толщины центральной пленки ЭДЖ (например.г., конфигурация шар на стеклянной пластине) (Bair, 2000). При прямом подходе α * первоначально оценивался по экспоненциальной зависимости вязкости от давления; то есть уравнение Баруса:

Значения α в уравнении Баруса не коррелируют с измеренными значениями толщины пленки при относительно низких давлениях. Можно использовать улучшенный коэффициент вязкости под давлением, основанный на асимптотическом изовязком коэффициенте давления (Blok, 1963; Bair, 2015). При прямом подходе с использованием данных вязкости при высоком давлении коэффициент асимптотической вязкости при локальном давлении определяется Баиром (Bair, 2007):

α ∗ ≈ [η0αNηN + ∑i = 1Nη0αiηi − ηi − 1ηiηi − 1] −1 (4)

где α _i — местный пьезовязкостной коэффициент,

αi = ln (ηiηi − 1) (pi − pi − 1) (5)

и η _i = η (p _i ) определяется из измерений вязкости при высоком давлении ( i относится к каждому измерению, а N — количеству экспериментов).Коэффициенты асимптотического изовязкого давления требуют измерений вязкости как функции давления, а также коэффициента вязкости при местном давлении. Следовательно, знание вязкости как функции давления и температуры желательно для получения реалистичного коэффициента вязкости под давлением и оценки толщины пленки EHL.

Ранее сообщалось о реологии смазочных материалов при высоком давлении (Bair and Winer, 1979; Bair et al., 2001; Chapkov et al., 2007; Баир, 2013; Вернь и Бэр, 2014). В этих исследованиях линейный переменный дифференциальный преобразователь использовался в вискозиметре с падающим телом для отслеживания положения грузила в камере вискозиметра (Bair and Winer, 1980). Баир и Куреши изучили зависимость вязкости от давления базовых масел моторных масел и полиальфаолефинового масла (ПАО-4) до 1,4 ГПа, установив уверенность в использовании вискозиметра с падающим телом под высоким давлением (Bair and Qureshi, 2002) в качестве инструмента измерения. Фазовое разделение в базовом масле моторного масла наблюдалось при температуре около 1 ГПа при 70 ° C в очищенных минеральных маслах.Было высказано предположение, что это произошло из-за отделения парафинистого компонента минерального масла, которого нет в масле PAO. Баир и Куреши также отметили линейную зависимость вязкости от давления в образцах API Group III и PAO-4, испытанных до 100 МПа при 180 ° C. Авторы предположили, что такое поведение могло быть связано с величиной и направлением изменения объемного модуля и свободного объема с давлением и взаимодействием между ними.

Акки, Баир и Абхираман использовали вискозиметр высокого давления с падающим телом для измерения вязкости растворов полиэтилен-декалин до 600 МПа и при температурах выше 100 ° C (Akki et al., 1995). В этом исследовании было высказано предположение, что значительное увеличение вязкости с давлением может быть объяснено кристаллизацией образца, который может иметь частичное затвердевание. Кристаллизация, вызванная давлением, наблюдалась по рассеянию света, но при более высоких давлениях, чем те, которые были получены с помощью вискозиметра высокого давления. Эта разница в давлении была связана с зародышеобразованием в образце, вызванным сдвигом.

Баир и Винер также исследовали вязкость моторных масел различных классов SAE при высоком давлении при 40 °, 100 ° и 150 ° C при давлении до 550 МПа (Bair and Winer, 1988).Результаты вязкости при низком сдвиге показали почти одинаковую тенденцию зависимости вязкости от давления между стандартными составами и составами для экономии топлива. Однако два образца показали увеличение вязкости чуть ниже 300 МПа и 40 ° C. Этот эффект был замечен ранее, и было замечено отделение твердой фазы от масла. В отличие от предыдущих исследований, Mary et al. не наблюдали аномального увеличения вязкости смазочных материалов с полимерным загустителем под высоким давлением (Mary et al., 2013).

В литературе нет единого мнения относительно вязкости смазочных материалов на основе полимеров при высоком давлении. Таким образом, экспериментальные исследования поведения смазочных материалов с полимерными присадками при высоком давлении важны для лучшего понимания реологических свойств этих материалов. В данном исследовании представлены результаты экспериментов по вязкости при высоком давлении, проведенных на нескольких коммерческих моторных маслах и лабораторных смесях синтетического масла с полиизобутиленовыми полимерными присадками.

Материалы и методы

В этом исследовании сообщается о двух сериях экспериментов. В первом наборе были измерены зависящие от давления и температуры вязкости шести полностью разработанных коммерческих всесезонных моторных масел с полимерными присадками VM. Эти шесть масел состояли из трех обычных минеральных масел и трех синтетических полиальфаолефиновых (ПАО) масел. Каждый набор из трех штук был от одного производителя. В таблице 1 перечислены масла и некоторые их свойства, которые были предоставлены производителями.Подробная информация о составе этих смазочных материалов недоступна, поскольку эти образцы были коммерческими готовыми продуктами.

Таблица 1 . Свойства коммерческих моторных масел, использованных в данном исследовании.

Вторая серия экспериментов была проведена для определения влияния молекулярной массы и концентрации полимера на зависимость вязкости от давления и температуры. Смешивали четыре образца, которые состояли из полиизобутилена (ПИБ) с двумя молекулярными массами при двух различных концентрациях.Полиизобутилен был выбран в качестве добавки в этих экспериментах, потому что это обычный модификатор вязкости, используемый в смазочных материалах (Bruce, 2012). Первая группа образцов в этом наборе состояла из низкомолекулярного ПИБ (около 75 000 г / моль) и обозначена как «ПИБ А». Вторая группа состояла из смесей ПИБ с более высокой молекулярной массой (около 340000 г / моль) и обозначена как «ПИБ В». Молекулярные массы и другие свойства образцов PIB, предоставленных производителями, перечислены в таблице 2. PIB был смешан с базовым маслом ISO VG 10 PAO в концентрации 5% и 10% для образцов «PIB A», а также 10 и 15%. для образцов «ПИБ Б».

Таблица 2 . Свойства образцов ПИБ, использованных в данном исследовании.

Измерения вязкости при высоком давлении проводились с помощью двух вискозиметров с падающим телом: вискозиметра «высокого давления», способного измерять давление до 400 МПа, и вискозиметра «сверхвысокого давления», способного получать давления более 1 ГПа. Подробное описание вискозиметров падающего тела можно найти в литературе (Bair and Winer, 1980). Измерения, выполняемые в этих вискозиметрах, основаны на стоксовом потоке, в котором вязкость пропорциональна скорости падающего тела под действием силы тяжести, когда тело достигает предельной скорости.Температуру регулировали пропусканием воздуха мимо нагревателей и камеры вискозиметра. Вязкость измеряли при 40 °, 75 ° и 100 ° C и более 10 отдельных значениях давления. Для каждого измерения вискозиметру позволяли прийти в состояние равновесия в течение не менее 30 минут, чтобы обеспечить стабильность давления и температуры. Эксперименты по вязкости проводились как с твердым грузиком (цилиндр без центрального пути потока, так и со скоростью 1 мм / с для вязкости около 0 ° С).03 Па · с и прикладывает напряжение сдвига около 6 Па) и грузила с полым корпусом (представляет собой трубу с центральным отверстием, которая падает со скоростью 1 мм / с при вязкости 5,5 Па · с и прикладывает напряжение сдвига к образец внутри камеры ~ 1 Па и 30 Па между чашкой и полыми грузилами). Неопределенность значений трудно определить из-за сложности и разнообразия образцов, но среднеквадратичное отклонение образца масла 5W-30 относительно линии регрессии Ясутоми составляет 94 мПа.с.

Трибологические эксперименты были выполнены на шаровом трибометре Wedeven Associates WAM6 Machine с шариками и дисками AISI 52100.В качестве смазочных материалов использовались ПАО10 и коммерческие масла 5W-30. WAM6 работал с соотношением скольжения 5%, продолжительностью 180 с и при температурах 40 °, 75 ° и 100 ° C. В каждом испытании прилагаемые нагрузки увеличивались от 50 до 160 Н, создавая средние контактные напряжения от 700 до 1000 МПа и максимальные контактные напряжения от 1000 до 1550 МПа. После каждого теста следы износа, образовавшиеся на дисках, исследовали с помощью оптического интерферометра Zygo NewView ™ 7300.

Результаты

Измерение вязкости коммерческих моторных масел с твердым грузиком

На рис. 1 показаны зависимости вязкости промышленных моторных масел от давления и температуры, измеренные с помощью грузила для твердых тел.Сравнение смазочных материалов на минеральной (M) и синтетической (S) основе показано на рисунках 1A, B (масла 10W-30) и рисунках 1C, D (масла 5W-30). Во всех образцах и при всех температурах вязкость увеличивалась примерно экспоненциально (линейно с логарифмической шкалой) с давлением, имеющим вогнутую вниз форму, примерно до 500 МПа. Это ожидаемое поведение вязкости согласно уравнениям 1–4. Однако при давлениях выше 500 МПа большинство образцов показало заметное отклонение от этого ожидаемого поведения, в конечном итоге получив настолько большую вязкость, что любое движение грузила прекратилось.Сплошные треугольные символы на рисунках обозначают нижнюю границу оценки вязкости при давлении, при котором все движение твердого грузила прекратилось. Вязкости образцов, у которых движение грузила прекратилось, вернулись к исходным значениям после снижения давления. То есть нехарактерное увеличение вязкости, происходящее в этих смазочных материалах, было обратимым.

Рисунок 1 . Измерение давления-температуры-вязкости коммерческих моторных масел на основе минеральных (M) и синтетических (S) масел. (A) 10W-30 (M), (B) 10W-30 (S), (C) 5W-30 (M), (D) 5W-30 (S), ( E) 20W-50 (M) и (F) 0W-40 (S). Кинетические эффекты на вязкость можно наблюдать на Рисунках (B, D) в данных 40 ° C, где стандартная процедура приложения мгновенного давления сравнивается с приложением давления с шагом 20–30 МПа.

Аномальное увеличение вязкости при определенных температурах наблюдалось при одинаковых давлениях для смазок 5W-30 и 10W-30 как для синтетических (S), так и для минеральных (M) базовых масел, что позволяет предположить, что отклонения от ожидаемого поведения не были связаны с базовым масло.У образца 0W-40 остановки грузила при трех исследованных температурах не наблюдалось. Когда в этих экспериментах происходила остановка грузила, это наблюдалось, когда вязкость превышала примерно 10 ⁵ мПа · с. Хотя вязкость масла 0W-40 увеличивается с давлением меньше, чем у масел 5W-30, 10W-30 или 20W-50, возможно, что масло 0W-40 остановится грузилом при давлении> 1 ГПа. Фактически, похоже, что данные 40 ° C имеют перегиб вверх, что соответствует измерениям, выполненным при 800 и 1000 МПа.Однако недостаточно данных выше уровня 10 ⁵ мПа-с, чтобы определить, была ли остановка грузила неизбежной.

В этих экспериментах обычно использовалось

приращений давления 100 МПа. То есть после измерения вязкости при одном значении давления следующая точка данных была получена при p + 100 МПа. Однако вязкость образцов 5W-30 (S) и 10W-30 (S) также была измерена с приращениями давления 20 и 50 МПа при 40 ° C на рисунках 1B, D, соответственно, и данные обозначены зеленым цветом. круги.Результаты показывают, что повышение давления меньшими приращениями может задержать начало остановки грузила.

Измерение вязкости лабораторных смесей ПАО / ПИБ с твердым грузиком

На рис. 2 показана вязкость чистого ПАО ISO VG 10 без полимерных добавок. При всех температурах вязкость увеличивалась примерно по экспоненте с давлением, что снова является ожидаемым поведением в соответствии с уравнениями 1–4. На рисунках 3A – D показаны зависимости вязкости от давления и температуры для двух смесей PIB.В то время как вязкость PAO с низкомолекулярным полимером («PIB A») не отклонялась от ожидаемого поведения при концентрации 10 мас.% При любой из трех температур, остановка грузила наблюдалась при 1 ГПа и 40 ° C в ПАО с 15 мас.% ПИБ А. Сравнение кривых вязкости, полученных для ПАО, смешанного с ПИБ В с более высокой молекулярной массой, показывает, что остановка грузила происходила при высоких давлениях в испытаниях при 40 ° и 75 ° С, проведенных на образце с 10 мас.% ПИБ Б, но не в образце с 5 мас.% ПИБ Б.В совокупности эти данные показывают, что остановка грузила зависела как от молекулярной массы, так и от концентрации полимера.

Рисунок 2 . Вязкость (мПа-с) как функция давления и температуры для PAO ISO 10.

Рисунок 3 . Вязкость (мПа-с) как функция давления и температуры для смеси (A) ПАО ISO 10 и PIB A (10 мас.%), (B) смеси PAO ISO 10 и PIB B (5 мас.% ), (C) смесь PAO ISO 10 и PIB A (15 мас.%) И (D) смесь PAO ISO 10 и PIB B (10 мас.%).Треугольные символы обозначают самую низкую оценку вязкости, соответствующую давлению, при котором движение грузила прекратилось.

Трибологические измерения масел PAO 10 и 5W-30

На рисунках 4, 5 представлены аналитические результаты следов износа, образовавшихся на дисках, испытанных в маслах PAO 10 и 5W-30 соответственно. Каждый рисунок содержит карту поверхности в искусственных цветах, оптическое изображение, линейное сканирование и показатели поверхности (PV и Ra), полученные из шрамов износа с помощью трехмерной оптической интерферометрии.На рисунке 4 показано, что износ дисков при испытании масла PAO 10 зависел от температуры, поскольку повышение температуры приводило к уменьшению толщины смазочной пленки, таким образом, как и ожидалось, на испытанном диске наблюдался больший износ. при 100 ° C, чем на диске, испытанном при 40 ° C.

Рисунок 4 . Анализ следов износа, образовавшихся на дисках при 40 °, 75 ° и 100 ° C в испытаниях, проведенных с маслом ПАО 10. По часовой стрелке в каждом температурном поле отображается карта поверхности в искусственных цветах, оптическое изображение следа износа, значения PV и Ra на следе износа и линия, пересекающая след износа.

Рисунок 5 . Анализ следов износа на дисках при 40 °, 75 ° и 100 ° C в ходе испытаний, проведенных с маслом 5W-30. По часовой стрелке в каждом температурном поле отображается карта поверхности в искусственных цветах, оптическое изображение следа износа, значения PV и Ra на следе износа и линия, пересекающая след износа.

Последствия аномальной вязкости масла 5W-30 при 40 ° C можно увидеть на Рисунке 5. В частности, при испытании 40 ° C наблюдался значительно больший износ, чем при измерениях 75 ° и 100 ° C, которые были объясняется потерей смазки при контакте, т.е.е., затвердевание. Линия на диаграмме 40 ° C на Рисунке 5 показывает канавку износа на диске глубиной около 1,5 мкм. Никаких других канавок износа не видно на линиях для любых измерений температуры на Рисунке 4 или при измерениях температуры 75 ° и 100 ° C на Рисунке 5. Трибологические характеристики масла 5W-30 при 40 ° C коррелируют с его характеристиками. аномальное поведение вязкости (см. рис. 1D) и предоставляет убедительные доказательства того, что эти два эффекта связаны.

Обсуждение

Результаты, представленные в предыдущем разделе, показывают, что вязкости как коммерческих смазочных материалов, так и лабораторных составов ПАО с полимерными присадками значительно отличаются от ожидаемого поведения при высоком давлении.Эти отклонения принимали форму либо перегиба, когда вязкость превышала примерно 10 ⁵ мПа · с, и / или резкой остановки твердого грузила, когда вязкость становилась бесконечной. Оба эти наблюдения противоречат предположениям, сделанным в классических формулах толщины пленки ЭДЖ, которые имеют плавную, монотонную зависимость вязкости от давления. Такое противоречивое поведение может привести к неточному прогнозу толщины пленки в трибологическом контакте. Знание вязкости во входной зоне (низкое давление) контакта необходимо для расчета минимальной толщины пленки смазочного материала.Аномальное увеличение вязкости, наблюдаемое в этом исследовании, происходит при давлениях значительно ниже типичных контактных давлений, испытываемых многими механическими компонентами. Аномальное поведение вязкости смазочного материала во входной зоне контакта может существенно повлиять на формирование эластогидродинамической пленки, и, похоже, это произошло в экспериментах WAM6, проведенных на коммерческом моторном масле 5W-30 при 40 ° C.

Аномальное увеличение вязкости наблюдалось при аналогичных давлениях для коммерческих моторных масел 5W-30 и 10W-30 на синтетической и минеральной основе, что указывает на то, что поведение не зависело от типа базового масла.Кроме того, поскольку аномальное поведение вязкости наблюдалось в смесях ПАО / ПИБ, но не в чистом ПАО, следует сделать вывод, что аномальное поведение возникло из-за полимерных добавок. Результаты измерений PAO / PIB также показывают, что концентрация PIB влияла на реакцию вязкости на давление. Измерения вязкости смесей ПАО / ПИБ с разной молекулярной массой показывают, что аномальное поведение вязкости более вероятно в полимерах с большей молекулярной массой.

Наблюдение за тем, что вязкость товарных масел и лабораторных смесей может становиться бесконечной под действием давления, указывает на то, что полимерные добавки или растворы могут превращаться в твердые или полутвердые материалы при высоких давлениях. Фазовые переходы жидкость-твердое тело полимеров подразделяются на стеклование или кристаллизацию. Поскольку обычно предполагается, что вязкость будет превышать 10 ^-12 мПа · с из-за стеклования (Barlow et al., 1969; Harrison, 1976; Alsaad et al., 1978), если в PIB происходит фазовый переход, то это, вероятно, кристаллизация (LotfizadehDehkordi et al., 2016). Разделение фаз (т. Е. Затвердевшие полимеры вышли из раствора вместе с маслом), происходящее при критических комбинациях температуры и давления, может привести к прекращению падения твердого грузила, если твердые частицы были слишком большими, чтобы пройти между грузилом и стенкой камеры. . С другой стороны, отдельные твердые частицы в масле должны легко проходить через отверстие полого грузила, и скорость спуска полого грузила может быть замедлена, но не остановлена.

Поскольку измерения вязкости, выполненные на масле 5W-30, также привели к остановке полых грузил, можно предположить, что либо весь раствор затвердел, либо затвердевшие полимеры не были отделены друг от друга и могли образовать твердые монодомены. Интерпретации результатов трибологических испытаний подтверждают точку зрения, что затвердевшие полимеры больше не находились в растворе с базовым маслом при критических температурах и контактных давлениях. То есть при температурах и контактных давлениях, соответствующих остановке грузила в экспериментах по вязкости, рубец износа, образовавшийся в результате трибологических испытаний, согласуется с появлением рубцов, образованных чрезвычайно тонкой смазочной пленкой с абразивными частицами, проходящими через контакт.Трибологически полимеры, которые затвердевают во входной зоне контакта, могут действовать как частицы мусора и создавать абразивный поверхностный износ, если смазочная пленка достаточно тонкая. Если затвердевшие полимеры выпадают из раствора вместе с маслом, то ожидается, что толщина масла уменьшится в результате отсутствия функции изменения вязкости, обеспечиваемой полимером в жидком состоянии. Поэтому считается, что сочетание более тонкой смазочной пленки с твердыми частицами, протекающими через контакт, является причиной большого износа, возникшего при трибологических испытаниях с маслом 5W-30 при 40 ° C.

Исследования измерений вязкости, проведенные на промышленных моторных маслах, показывают, что увеличение давления с меньшими приращениями сместило начало остановки твердого грузила к более высоким давлениям. Увеличение давления с большими приращениями (например, 100 МПа) могло дать молекулам недостаточно времени для организации, поэтому фазовые переходы происходили при более низких давлениях. С другой стороны, приложение давления с меньшими приращениями могло дать молекулам полимера достаточно времени для организации, поэтому фазовые переходы происходили при более высоких давлениях.Поскольку кристаллизация имеет более медленную кинетику, чем стеклование в полимерах, данные подтверждают, что механизм кристаллизации более благоприятен, чем механизм стеклования.

На основании результатов, представленных в этом исследовании, фазовые переходы и отделение полимерных модификаторов вязкости от масел значительно изменили расчетную толщину смазочной пленки при критических температурах и давлениях. Ясно, что использование коэффициента вязкости под давлением в классических расчетах минимальной толщины пленки становится сомнительным для смазочных материалов при давлениях, превышающих те, которые требуются для начала полимерных фазовых переходов.Наконец, будущие исследования будут включать изучение других типов полимеров, таких как PAMA (полиалкилметакрилат) и OCP (олефиновый сополимер), а также определение характеристик полимеров с помощью DSC (дифференциальной сканирующей калориметрии).

Выводы

Эксперименты, проведенные в этом исследовании, показали, что полимерные добавки в маслах могут претерпевать фазовые переходы при давлениях <1 ГПа. Вязкость полностью разработанных коммерческих и лабораторных масел принимала форму положительных перегибов (изменение наклона) на кривой давление-вязкость или резких превращений масла в жидкость с низкой вязкостью, содержащую твердые или полутвердые материалы при критических значениях. температуры и давления.Положительные перегибы вязкости, зависящей от давления, имели место, когда вязкость превышала примерно 10 ⁵ мПа · с.

Зависимые от давления и температуры фазовые изменения, наблюдаемые в смазочных материалах реологически, трибологически совпадают с ускоренным износом, возникающим в результате уменьшения толщины смазочной пленки и попадания в контакт абразивных твердых частиц. В экспериментах по вязкости, проведенных на смесях ПАО / ПИБ, наблюдались фазовые переходы, которые коррелировали с молекулярными массами и концентрациями полимерных добавок ПИБ.Было обнаружено, что увеличение давления с меньшими приращениями увеличивает давление, связанное с фазовыми переходами, что предполагает, что может иметь место кинетический эффект, связанный с фазовым переходом полимера.

Авторские взносы

BL провела эксперименты и провела первичный анализ. PS предоставил руководство по смазке. GD предоставил руководство по трибологии и написал рукопись.

Финансирование

Это исследование финансировалось компанией Timken Company из Кантона, штат Огайо.

Заявление о конфликте интересов

BL был студентом Университета Акрона во время этого исследования. Сейчас он работает в ExxonMobil Corp и не заявляет об отсутствии конкурирующих интересов. Авторы заявляют, что это исследование получило финансирование от компании Timken. Спонсор предоставил доступ к трибологическому испытательному оборудованию для измерения износа отобранных растворов. Все авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы благодарны компании Timken; ДокторРайан Д. Эванс, директор по исследованиям и разработкам, за финансовую поддержку, и д-р Кулдип Кишор Мистри, специалист по разработке продуктов, за поддержку проекта. Профессор Али Диноджвала и профессор Стивен Чанг из Колледжа полимеров и полимерной инженерии Университета Акрона предоставили ценную информацию о свойствах и поведении полимеров. Мы также благодарим BASF за предоставленные образцы полимеров для этого исследования. Мы особенно благодарны доктору Скотту Бэру из Технологического института Джорджии за разработку, изготовление и руководство по испытаниям вискозиметров высокого давления.

Список литературы

Акки Р., Баир С. и Абхираман А. (1995). Низкая сдвиговая вязкость и кристаллизация в разбавленных растворах полимеров при высоких давлениях: вискозиметрия падающих тел растворов высокомолекулярного полиэтилена. Polymer Eng. Sci. 35, 1781–1784. DOI: 10.1002 / pen.760352207

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Alsaad, M., Bair, S., Sanborn, D., and Winer, W. (1978). Стеклование в смазочных материалах: его связь с эластогидродинамической смазкой (EHD). J. Tribol. 100, 404–416. DOI: 10.1115 / 1.3453197

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир, С. (2000). Давление-вязкость смазочных материалов до 1,4 ГПа и его связь с тяговым усилием EHD. Tribol. Transac. 43, 91–99. DOI: 10.1080 / 10402000008982317

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир, С. (2007). Реология высокого давления для количественной эластогидродинамики . Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Баир, С.(2013). «Вискозиметры высокого давления», в Encyclopedia of Tribology eds Q. J. Wang и Y. W. Chung (Бостон, Массачусетс: Springer), 1663–1670. DOI: 10.1007 / 978-0-387--5_600

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир, С. (2015). Критическая оценка зависимых от толщины пленки коэффициентов вязкости и давления. Lubricat Sci. 27, 337–346. DOI: 10.1002 / LS.1284

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир, С., Ярзинский, Дж., И Винер, В.О. (2001). Зависимость вязкости смазочного материала от температуры, давления и времени. Tribol. Int. 34, 461–468. DOI: 10.1016 / S0301-679X (01) 00042-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир С. и Куреши Ф. (2002). Точные измерения зависимости вязкости от давления в смазочных материалах. Tribol. Transac. 45, 390–396. DOI: 10.1080 / 10402000208982564

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир С. и Винер В. (1979). Измерение прочности смазочных материалов на сдвиг при высоком давлении. J. Tribol. 101, 251–257. DOI: 10.1115 / 1.3453339

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир С. и Винер В. (1980). Некоторые наблюдения о связи между механическими и диэлектрическими переходами смазки под давлением. J. Tribol. 102, 229–234. DOI: 10.1115 / 1.3251481

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир С. и Винер У. О. (1988). Реологические характеристики моторных масел при сдвиге. Tribol. Сделка. 31, 317–324. DOI: 10.1080 / 10402008808981829

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барлоу А., Эргинсав А. и Лэмб Дж. (1969). Вязкоупругая релаксация в жидких смесях. Proc. R. Soc. Лондон . 309, 473–496. DOI: 10.1098 / RSPA.1969.0053

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Байрактар, З., и Киран, Э. (2000). Смешиваемость, фазовое разделение и объемные свойства в растворах поли (диметилсилоксана) в сверхкритическом диоксиде углерода. J. Appl. Polymer Sci. 75, 1397–1403. DOI: 10.1002 / (SICI) 1097-4628 (20000314) 75:11 <1397 :: AID-APP12> 3.0.CO; 2-F

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блок, Х. (1963). «Обратные задачи гидродинамической смазки и директивы по проектированию для смазываемых гибких поверхностей». in Proceedings of the International Symposium on Lubrication and Wear , eds D. Muster, B. Sternlicht, (Хьюстон, Техас; Беркли, Калифорния: McCutchan Publishing), 7–79.

Google Scholar

Бриджмен, П.W. (1949). Вязкость до 30 000 кг / см ³ . Proc. Являюсь. Акад. Arts Sci. 77, 117–128.

Google Scholar

Брюс, Р. У. (ред.). (2012). Справочник по смазке и трибологии: теория и проектирование , Vol. 2. Лондон: CRC Press, Taylor and FrancesGroup.

Google Scholar

Чапков А., Баир С., Канн П. и Любрехт А. (2007). Толщина пленки в точечных контактах в обобщенных ньютоновских условиях ЭДЖ: численный и экспериментальный анализ. Tribol Int. 40, 1474–1478. DOI: 10.1016 / j.triboint.2007.01.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чу, Х. М., Ли, В. Л. и Чанг, Ю. П. (2006). Тонкопленочная эластогидродинамическая смазка — степенная модель жидкости. Tribol Int. 39, 1474–1481. DOI: 10.1016 / j.triboint.2005.10.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доусон Д. и Хэмрок Б. (1976). Численная оценка деформации поверхности упругих тел при контактном напряжении Герца. ASLE Transac. 19, 279–286. DOI: 10.1080 / 05698197608982804

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дайсон А. и Уилсон А. (1965). «Статья 3: толщина пленки при эластогидродинамической смазке силиконовой жидкостью», Труды Института инженеров-механиков , Материалы конференции (Лидс), 97–112. DOI: 10.1243 / PIME_CONF_1965_180_323_02

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грубин А., Виноградова И.(1949). Основы гидродинамической теории смазки тяжелонагруженных цилиндрических поверхностей. Invest Contact Mach Components 30,115–166.

Google Scholar

Хэмрок, Б. Дж., И Доусон, Д. (1976). Изотермическая эластогидродинамическая смазка точечных контактов: часть 1 — Теоретическая постановка. J. Tribol. 98, 223–228.

Google Scholar

Хэмрок, Б. Дж., И Доусон, Д. (1978). Упругогидродинамическая смазка эллиптических контактов для материалов с низким модулем упругости I — полностью затопленное соединение. J Tribol. 100,236–245.

Google Scholar

Хэмрок, Б. Дж., Шмид, С. Р., Якобсон, Б. О. (2004). Основы смазки жидкой пленкой , 2-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: CRC press, McGraw-Hill.

Google Scholar

Харрисон Г. (1976). Динамические свойства переохлажденных жидкостей . Лондон; Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Academic Press.

Google Scholar

Хонсари М. М., Бузер Э. Р. (2008). Прикладная трибология: конструкция подшипников и смазка , 2-е изд.Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья.

Google Scholar

Лотфизаде, Дехкорди, Б., Шиллер, П. Дж., Мистри, К. К., и Долл, Г. Л. (2016). « Вязкость при высоком давлении и трибология смазочных материалов с добавками модификаторов вязкости» в материалах Ежегодного собрания STLE , 2016 г., (Лас-Вегас, Невада).

Мэри К., Филиппон Д., Лафарж Л., Лоран Д., Ронделес Ф., Баир С. и др. (2013). Новое понимание взаимосвязи между молекулярными эффектами и реологическим поведением загущенных полимером смазочных материалов под высоким давлением. Tribol Lett. 52, 357–369. DOI: 10.1007 / s11249-013-0214-y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вернь П., Баир С. (2014). Классический EHL против количественного EHL: перспективная часть i — реальная зависимость вязкости от давления и коэффициент вязкости от давления для прогнозирования толщины пленки. Tribol Lett. 54, 1–12. DOI: 10.1007 / s11249-014-0302-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вязкость масла — PetroWiki

Абсолютная вязкость представляет собой меру 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. Таблица 1 показывает пример масла с плотностью 35 ° API, который указывает на взаимосвязь вязкости и химического состава, напоминая, что характеристический коэффициент 12,5 отражает высокопарафиновые масла, а значение 11,0 указывает на нафтеновое масло. 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 характеристического коэффициента Уотсона) 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 расчета вязкости живых пластовых масел требуется многоступенчатый процесс, включающий отдельные корреляции для каждого этапа процесса. Вязкость мертвой или безгазовой нефти определяется как функция плотности и температуры сырой нефти по API. 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.

Рис. 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] компании не подходит для сырой 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

На рис. 5 представлен 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 завышает 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 посредством использования измеренных точек данных 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)

Рис. 7 и 8 показаны корреляции для параметров A и B, разработанные разными авторами. Рис.9 показано 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 од	=	Вязкость мертвого масла, м / л, сП

Ссылки

1. ↑ ^{1.0 1,1} Andrade, E.N. да C. 1930. Вязкость жидкостей. Природа 125: 309–310. http://dx.doi.org/10.1038/125309b0
2. ↑ ^{2,0 2,1} Рейд Р.С., 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 температурах и давлениях 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} Стоя, 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} Лабеди Р.М. 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 Вилья, М. 1995. Корреляции 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} Фитцджеральд, 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 о вязкости. 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. ↑ Vazquez, M.E. 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

Жидкости — кинематическая вязкость

Вязкость — это сопротивление сдвигу или течению в жидкости и мера адгезионных / когезионных или фрикционных свойств.Вязкость, возникающая из-за внутреннего молекулярного трения, вызывает эффект сопротивления трению.

Есть два связанных показателя вязкости жидкости — динамическая (или абсолютная ) и кинематическая вязкость.

Кинематическая вязкость некоторых распространенных жидкостей:

9000 Кислота уксусная — 50% 5940 9

09 2064 9000 911 909-48M

0,56 .8
54,4 Раствор кукурузного крахмала 40 ^o API

1

n

9

4M-11M 900009 100
1308
54,4 9000yliod
1040

Жидкость	Температура		Кинематическая вязкость
	( o F)	( o F)	( o C) )	Секунды Saybolt Universal (SSU)
Ацетальдегид CH 3 CHO	61 68	16.1 20	0,305 0,295	36
Уксусная кислота — уксус — 10% CH 3 COOH	59	15	1,35	31,7
	15	2,27	33
Уксусная кислота — 80%	59	15	2,85	35
Уксусная кислота — ледяная концентрированная	59 0	1.34	31,7
Ангидрид уксусной кислоты (CH 3 COO) 2 O	59	15	0,88
Ацетон CH 3 COCH 43	0,41
Спирт — аллил	68 104	20 40	1,60 0,90 cp	31,8
Спирт — бутил-н	68	20.	38
Спирт этиловый (зерно) C 2 H 5 OH	68 100	20 37,8	1,52 1,2	31,7 31,5
Спирт метиловый (дерево) CH 3 OH	59 32	15 0	0,74 1,04
Спирт — пропил	68 122	20 50	2,8 1.4	35 31,7
Сульфат алюминия — 36% раствор	68	20	1,41	31,7
Аммиак	0	-17,8	0,30 0	68 50	20 10	4,37 6,4	40 46,4
Асфальт RC-0, MC-0, SC-0	77 100	25 37.8	159-324 60-108	737-1.5M 280-500
Масло для автоматических картеров SAE 10W	0	-17,8	1295-max	6M-max
Масло картерное автоматическое SAE 10W	0	-17,8	1295-2590	6M-12M
Масло картерное автоматическое SAE 20W	0	-17,8	2590-10350
Масло для автоматических картеров SAE 20	210	98.9	5,7-9,6	45-58
Масло для автоматических картеров SAE 30	210	98,9	9,6-12,9	58-70
Масло для автоматических картеров SAE 40	210	98,9	12,9-16,8	70-85
Масло для автоматических картеров SAE 50	210	98,9	16,8-22,7	85-110
Автомобильное трансмиссионное масло SAE 75W	210	98.9	4,2 мин	40 мин
Автомобильное трансмиссионное масло SAE 80W	210	98.9	7,0 мин	49 мин
Автомобильное трансмиссионное масло SAE 85W	210	98.9	98.9	мин	63 мин
Автомобильное трансмиссионное масло SAE 90W	210	98.9	14-25	74-120
Автомобильное трансмиссионное масло SAE 140	210	98.9	25-43	120-200
Автомобильное трансмиссионное масло SAE150	210	98,9	43 — мин	200 мин
Пиво	68	20	1,8	32
Бензол (бензол) C 6 H 6	32 68	0 20	1.0 0,74	31
Костное масло	130 212	54.4 100	47,5 11,6	220 65
Бром	68	20	0,34
Бутан-н	-50 30	-1,1
Масляная кислота n	68 32	20 0	1,61 2,3 cp	31,6
Хлорид кальция 5%	65	18.3	1,156
Хлорид кальция 25%	60	15,6	4,0	39
Карболовая кислота (фенол)	65 194	18,3 90 0	11,2	65
Тетрахлорметан CCl 4	68 100	20 37,8	0,612 0,53
Дисульфид углерода CS 2	32	32	0.33 0,298
Масло касторовое	100 130	37,8 54,4	259-325 98-130	1200-1500 450-600
Китайское древесное масло	69 100	20,6 37,8	308,5 125,5	1425 580
Хлороформ	68 140	20 60	0,38 0,35
	1009
130	Кокосовое масло	29,8-31,6 14,7-15,7	140-148 76-80
Жир трески (рыбий жир)	100 130	37,8 54,4	32,1 19,4	150 95
Кукурузное масло	130 212	54,4 100	28,7 8,6	135 54
Раствор кукурузного крахмала, 22 Baumé	70 100	21.1 37,8	32,1 27,5	150 130
Раствор кукурузного крахмала, 24 Baumé	70 100	21,1 37,8	129,8 95,2	600 440
, 25 Baumé	70 100	21,1 37,8	303 173,2	1400 800
Масло из семян хлопка	100 130	37.8 54,4	37,9 20,6	176 100
Сырая нефть 48 o API	60 130	15,6 54,4	3,8 1,6	39 31,8
60 130	15,6 54,4	9,7 3,5	55,7 38
Сырая нефть 35,6 o API	60 130	15.6 54,4	17,8 4,9	88,4 42,3
Нефть 32,6 o API	60 130	15,6 54,4	23,2 7,1	110 46,8
0 100	17,8 37,8	2,36 1,001	34 31
Диэтилгликоль	70	21,1	32	149.7
Диэтиловый эфир	68	20	0,32
Дизельное топливо 2D	100 130	37,8 54,4	2-6 1.-3,97	32,6-45,5 900 -39
Дизельное топливо 3D	100 130	37,8 54,4	6-11,75 3,97-6,78	45,5-65 39-48
Дизельное топливо 4D	100 130	37.8 54,4	29,8 макс 13,1 макс	140 макс 70 макс
Дизельное топливо 5D	122 160	50 71,1	86,6 макс 35,2 макс	400 макс 165 макс
Этилацетат CH 3 COOC 2 H 3	59 68	15 20	0,4 0,49
Бромистый этил C 2 H43 900 5 2 H43 900	20	0.27
Бромистый этилен	68	20	0,787
Этиленхлорид	68	20	0,668
Этиленгликоль 900,110	709,10010		88,4
Муравьиная кислота 10%	68	20	1,04	31
Муравьиная кислота 50%	68	20	1.2	31,5
Муравьиная кислота 80%	68	20	1,4	31,7
Концентрированная муравьиная кислота	68 77	20 25	1,48 01,57cp
Трихлорфторметан, R-11	70	21,1	0,21
Дихлордифторметан, R-12	70	21.1	0,27
F Дихлорфторметан, R-21	70	21,1	1,45
Фурфурол	68 77	20 25		1.0086 25
Мазут 1	70 100	21,1 37,8	2,39-4,28 -2,69	34-40 32-35
Мазут 2	70 100	21.1 37,8	3,0-7,4 2,11-4,28	36-50 33-40
Мазут 3	70 100	21,1 37,8	2,69-5,84 2,06-3,97	35 -45 32,8-39
Мазут 5A	70 100	21,1 37,8	7,4-26,4 4,91-13,7	50-125 42-72
Мазут 5B	70 100	21.1 37,8	26,4- 13,6-67,1	125- 72-310
Мазут 6	122 160	50 71,1	97,4-660 37,5-172	450-3M 175-780
Газойли	70 100	21,1 37,8	13,9 7,4	73 50
Бензин а	60 100	15,6 37,8	0.88 0,71
Бензин b	60 100	15,6 37,8	0,64
Бензин c	60 100	15,6 37,8	0,46 2911 900 Глицерин 100%	68,6 100	20,3 37,8	648 176	2950 813
Глицерин 50% вода	68 140	20 60	5.29 1,85 сП	43
Гликоль	68		52
Глюкоза	100 150	37,8 65,6	7,7M-22M 8809-2420
Heptanes-n	0 100	-17,8 37,8	0,928 0,511
Hexane-n	0 100	-17.8 37,8	0,683 0,401
Мед	100	37,8	73,6	349
Соляная кислота	68		1.9		130	37,8 54,4	550-2200 238-660	2500-10M 1100-3M
Изоляционное масло	70 100	21.1 37,8	24,1 max 11,75 max	115 max 65 max
Керосин	68	20	2,71	35
Jet Fuel	-30.	-34,4	7,9	52
Сало	100 130	37,8 54,4	62,1 34,3	287 160
Масло Lard	41-47,5 23,4-27,1	190-220 112-128
Масло льняное	100 130	37,8 54,4	30,5 18,94	143 93
143 93
	Меркурий	70 100	21,1 37,8	0,118 0,11
Метилацетат	68 104	20 40	0,44 0,32 cp
20 40	0.213 0,42 сП
Масло Menhaden	100 130	37,8 54,4	29,8 18,2	140 90
Молоко	31	20	1,1
Меласса A, первая	100 130	37,8 54,4	281-5070 151-1760	1300-23500 700-8160
Меласса B, вторая	100 130	37 .8 54,4	1410-13200 660-3300	6535-61180 3058-15294
Меласса C, черная полоска	100 130	37,8 54,4	2630-5500 1320-16500	12190-25500 6120-76500
Нафталин	176 212	80 100	0,9 0,78 cp
Neatstool oil	100 130	37.8 54,4	49,7 27,5	230 130
Нитробензол	68	20	1,67	31,8
Нонан-н	0 10010	-n 1,728 0,807	32
Октан-н	0 100	-17,8 37,8	1,266 0,645	31,7
Оливковое масло	100 130	37.8 54,4	43,2 24,1	200
Пальмовое масло	100 130	37,8 54,4	47,8 26,4
Арахисовое масло	100 10		42 23,4	200
Пентан-н	0 80	17,8 26,7	0,508 0,342
Петролатум	130 160	54.4 71,1	20,5 15	100 77
Петролейный эфир	60	15,6	31 (оценка)	1,1
Фенол, карболовая кислота			11,711			11,711 900
Пропионовая кислота	32 68	0 20	1,52 сП 1,13	31,5
Пропиленгликоль	70	21.1	52	241
Закалочное масло (типовое)			100-120	20,5-25
Рапсовое масло	100 130	37,8 54,1	54,1	54,1	250 145
Канифольное масло	100 130	37,8 54,4	324,7 129,9	1500 600
Канифоль (дерево)	100 200	37.8 93,3	216-11M 108-4400	1M-50M 500-20M
Кунжутное масло	100 130	37,8 54,4	39,6 23	184 110
Силикат натрия			79
Хлорид натрия 5%	68	20	1.097	31,1
Хлорид натрия 25%	60	15.6	2,4	34
Гидроксид натрия (каустическая сода) 20%	65	18,3	4,0	39,4
Гидроксид натрия (каустическая сода) 30%	65		10,0	58,1
Гидроксид натрия (каустическая сода) 40%	65	18,3
Соевое масло	100 130	37.8 54,4	35,4 19,64	165 96
Масло спермы	100 130	37,5 54,4	21-23 15,2	110 78
% 900 Серная кислота	68 140	20 60	14,56 7,2 cp	76
Серная кислота 95%	68	20	14,5	75
Серная кислота	60%	20	4.4	41
Серная кислота 20%				3М-8М 650-1400
Гудрон коксовой печи	70 100	21,1 37,8	600-1760 141- 308	15М-300М 2М-20М
Гудрон, газовый дом	70 100	21,1 37,8	3300-66М 440-4400	2500 500
Гудрон, сосна	100 132	37.8 55,6	559 108,2	200-300 55-60
Толуол	68 140	20 60	0,68 0,38 сП	185,7
			Триэтиленгликоль	21,1	40	400-440 185-205
Скипидар	100 130	37,8 54,4	86,5-95,2 39,9-44,3	1425 650
лонжерон	68 100	20 37.8	313 143
Вода дистиллированная	68	20	1.0038	31
130	15,6 54,4	1,13 0,55	31,5
Вода морская			1.15	31,5
Китовое масло	100 130	37,8 54,4	35-39,6 19,9-23,4	163-184 97-112
	Xylene-o 68 104	20 40	0,93 0,623 сП

Новое уравнение, связывающее температуру Аррениуса вязкости и энергию активации для некоторых классических растворителей Ньютона

В явлениях переноса — точное знание или оценка свойств жидкостей необходимо для расчетов массового расхода и теплопередачи.Вязкость — одно из важных свойств, на которое влияют давление и температура. В настоящей работе, основанной на статистических методах нелинейного регрессионного анализа и корреляционных тестов, мы предлагаем новое уравнение, моделирующее взаимосвязь между двумя параметрами уравнения вязкости типа Аррениуса, такими как энергия () и предэкспоненциальный множитель (). Затем мы вводим третий параметр, температуру Аррениуса (), чтобы обогатить модель и обсуждение. Эмпирические подтверждения с использованием 75 наборов данных вязкости чистых растворителей, изученных в различных диапазонах температур, предоставлены из предыдущих работ в литературе и дают отличные статистические корреляции, что позволяет нам переписать уравнение Аррениуса, используя один параметр вместо двух.Кроме того, предлагаемая модель очень полезна для инженерных данных, поскольку она позволяет оценить недостающее значение параметра, если хорошо известная оценка другого параметра легко доступна.

1. Введение

Среди физико-химических свойств чистых жидкостей и их смесей, постоянно востребованных для оптимизации и проектирования промышленных процессов, является вязкость. Параметры вязкости жидкостей, являясь одним из наиболее важных самостоятельных факторов в уравнениях переноса, питании, химической, косметической и фармацевтической промышленности, необходимы для расчетов переноса энергии и гидравлических расчетов переноса жидкости [1–16].Большинство случаев, встречающихся в промышленных условиях, связаны с трудностями, создаваемыми нелинейным поведением смесей по отношению к мольной доле одного из чистых компонентов, составляющих соответствующие бинарные жидкие смеси. В результате должны быть доступны строгие и надежные данные с моделями, которые могут обеспечить надежную оценку вязкого поведения смесей [16].

Вязкость жидкостей определяется как столкновениями между частицами, так и силовыми полями, которые определяют взаимодействия между молекулами.Таким образом, теоретическое описание вязкости является довольно сложным [16]. Вот почему в литературе было предложено несколько моделей, в основном основанных на теории Эйринга или эмпирических или полуэмпирических уравнениях, которые не всегда применимы к большому количеству смесей [1, 2, 7–10]. С другой стороны, избыточные термодинамические функции (например, энтальпия гидратации) и отклонения аналогичных нетермодинамических функций (например, вязкости) бинарных жидких смесей имеют фундаментальное значение для понимания различных типов межмолекулярных взаимодействий в этих смесях.

Многие эмпирические и полуэмпирические модели были разработаны для описания вязкости чистых жидкостей и бинарных жидких смесей. Эта статья призвана внести свой вклад в описание вязкости чистых жидкостей. Для этого мы будем использовать методы статистического корреляционного анализа для определения взаимосвязи между двумя параметрами Аррениуса вязкости, что позволит уменьшить количество параметров и облегчить, таким образом, вычисления при проектировании переноса жидкости. Кроме того, это откроет поле для новых теоретических концепций и трактовок.Кроме того, предлагаемое практическое уравнение полезно, когда один из двух параметров Аррениуса отсутствует. Действительно, его можно использовать для оценки недоступного значения одного параметра, используя информацию, предоставленную другим. Фактически, энергия Аррениуса вязкости () может быть связана с энтальпией испарения () при том же давлении [11]. Кроме того, для второго параметра предэкспоненциальный множитель () может быть тесно связан с вязкостью чистой системы в парообразном состоянии при том же исследованном давлении [12–15].

Недавно Ben Haj-Kacem et al. [16] предложил эмпирическое уравнение типа степенного закона для моделирования взаимосвязи между двумя параметрами уравнения вязкости типа Аррениуса для некоторых чистых классических растворителей, таких как энергия Аррениуса () или предэкспоненциальный множитель (). Отметим, что это называется уравнением Хай-Касема-Уэрфелли [16], которое обеспечивает хорошее согласование только для жидкостей с низкой и средней вязкостью, которые не имеют очень высоких значений энергии активации (кДж · моль ⁻¹ ) и не очень низких значений предэкспериментальных коэффициент (-17 -1 ) и (-25

2. Зависимость вязкости от температуры

Имеющиеся данные о транспортных свойствах жидкостей важны для массового и теплового потока. Поскольку это одно из важных свойств жидкостей, вязкость жидкости необходимо измерять или оценивать, учитывая, что она влияет на конструкцию, обращение, операцию смешивания, транспортировку, впрыскивание, эффективность сгорания, перекачивание, трубопровод, распыление и транспортировку, а также так далее. Характеристики потока жидкости зависят от вязкости, на которую в основном влияют температура и давление.

2.1. Теоретические основы

Из-за сложного аспекта жидкостей в литературе предлагается несколько теоретических методов оценки вязкости [16]. Среди этих теорий можно упомянуть теорию функции распределения, предложенную Кирквудом и др. [17], молекулярно-динамический подход, описанный Каммингсом и Эвансом [18], и теория скорости реакции Эйринга [19–21]. Как правило, эмпирические и полуэмпирические методы дают разумные результаты, но им не хватает общности подхода, особенно вблизи или выше температуры кипения [11].Следовательно, экспериментальные данные, доступные в литературе, показывают, что вязкость жидкости снижается с увеличением абсолютной температуры нелинейным и вогнутым образом и немного зависит от низкого давления.

2.2. Эмпирические уравнения

Были предложены многочисленные выражения для представления изменения вязкости жидкости () в зависимости от температуры () на основе имеющихся экспериментальных данных с целью интерполяции [19–43].

Мы можем суммировать самые разные формы температурной зависимости вязкости, предложенные с помощью методов корреляции, следующим уравнением [16]:

Мы можем классифицировать зависимость вязкость-температура по двум большим семействам, таким как жидкие системы с линейным или нелинейным поведением, когда мы строим график зависимости логарифма динамической вязкости () от величины, обратной абсолютной температуре ().Кроме того, некоторые дополнительные многокомпонентные уравнения (1) предлагаются для многих жидкостей, сильно отклоняющихся от поведения Аррениуса. Можно привести пример плавления солей, стекла и металлов, ионных жидкостей, тяжелых и растительных масел, топлива и биотоплива и так далее [11, 16]. Более того, для нелинейного поведения обнаружено, что температурная зависимость динамической вязкости часто может быть аппроксимирована уравнением типа Фогеля-Фулчера-Таммана [16, 22–24], заданным для констант,, и,, выражением

Кроме того, долгое время излюбленная теоретическая база для интерпретации вязкости была обеспечена применением теории переходного состояния химической кинетики Аррениуса к явлениям переноса [6, 44].Экспоненциальная форма — это обычное выражение отклонения от обратной абсолютной температуры некоторых физико-химических величин, связанных с транспортными свойствами, такими как химическая скорость, диффузия, электропроводность, кинетика газа и вязкость. Фактически, предэкспоненциальный фактор коррелирует с движением, скоростью, беспорядком, скоростью и энтропией. Кроме того, некоторые теории, такие как кинетическая теория, статистика Максвелла-Больцмана, тепловое перемешивание, активация и теория свободного объема, приводят к аналогичному выражению [6, 11].Второй параметр () выражает энергию активации или промежуток, в котором изучаемое явление или свойство может проходить через промежуточное «переходное состояние».

3. Методология

Кроме того, для линейного поведения Аррениуса было обнаружено, что температурная зависимость динамической вязкости может часто соответствовать уравнению типа Аррениуса для многих классических растворителей Ньютона, которое можно переписать в логарифмической форме : где, и — газовая постоянная, энергия активации Аррениуса и предэкспоненциальный (энтропийный) фактор уравнения Аррениуса для жидкой системы соответственно.

График зависимости логарифма сдвиговой вязкости от обратной величины абсолютной температуры () для многих жидких систем практически линейен, и параметры Аррениуса, которые представляют собой энергию активации () и предэкспоненциальный множитель (), таким образом, не зависят от температура в различных исследуемых диапазонах температур (от 278,15 до 328,15) К примерно примерно комнатной температуры при постоянном атмосферном давлении. При использовании как графического, так и линейного методов аппроксимации методом наименьших квадратов наклон прямой линии равен (), а точка пересечения по ординате равна ().В дополнение к этим двум основным параметрам, мы добавили третий параметр (), называемый температурой Аррениуса, вычисленной из точки пересечения с осью абсцисс: который может упростить зависимость вязкости от температуры в соответствии с формой Эйринга [5, 11, 19–21]:

На рисунке 1 показано, как определить графически и как действовать путем экстраполяции для достижения двух параметров и.

3.1. Сбор данных

Чтобы проанализировать возможную корреляцию между двумя параметрами Аррениуса и обосновать предложенную взаимосвязь, было взято 75 наборов данных, предоставленных из обзора литературы [11, 45–71] (Таблица 1).Вязкость различных бинарных жидких смесей изучается в этом наборе данных при атмосферном давлении и в различных диапазонах температур около комнатной. Для каждой бинарной смеси мы ограничили исследование только двумя чистыми компонентами (1) и (2) в пределах интервала мольных долей (т.е. при и) и построили график зависимости логарифма динамической вязкости () от обратной абсолютной температуры ( ). Затем исследование аппроксимации линейной регрессии дает нам значения этих параметров (, и).Расчетные значения (, и) приведены в таблице 1. Для однородных размеров (6) мы добавили температуру активации Аррениуса () в качестве дополнительной переменной для будущих статистических исследований:

58 11,213,79075 93 [11]075 93 [11]9 9375 9375 .486595 955 9 900 9 900 1075 975 1085.2 9375 9915 93,32 9004 108,495 Бутандиол755581075 93,15 9,15 93,1510 15,510 9002 9002 93,1510 15,510 9002 90030 Nace 51, диметиловый эфир0 93,875 93,875 93,875 183,159 9375 2793.2 93,1510 13.204 93,1510 13.20458 [55]89 900,69 93-492 900-9351075550 93,1510 15,786 93,1510 15.786 627510 M 62754.2585 9,3 182,15 9375 937558755 93,0941095 9 900075875 [1075] 900 [1075875] 900 [10]5 93,1510 15.680 93,1510 15.680 93,15158 15,6800 Iso .7 108 9375 9375 9375 9375 108 9375 9375 67] 9375 9375 300,15it 9375 9 9 Номер Чистый компонент Каталожный номер / K / кДж · моль −1 / K / K / K Acetone [11] 894.9 −11,097 7,4406 80,643 329,20 178,45 2 Уксусная кислота [11] 1348,6 −11,308 3 Анилин [11] 2405,1 −13,564 19,997 177,32 457,28 266,85 4 4 −13,689 19,114 167,94 390,85 183,35 5 Тетрахлорид карбона [11] 1242,3 −11,1875 1242,3 −11,18152 1242,3 −11,18102 −11,152 6 Этилацетат [11] 1192,9 −11,728 9,9183 101,72 350,15 189,55 7 7 10 −11,446 7,5203 79,021 307,75 156,85 8 н-Гептан [11] 1036,7 −11,302 9007 900 182,55 9 н-пентан [11] 733,64 -10,886 6,0998 67,393 309,25 143,45 143,45 −11,135 9,0229 97,461 383,75 180,15 11 м -Ксилол [11] 1052,2 −10910,775 -10,910,775 225,35 12 н-октанол [45] 3001,4 −14,945 24,955 200,83 468,15 257,15 ] 5744.8 −22,128 47,765 259,62 461,35 214,15 14 Бутан-1,2-диол [47] 5281,1 −20,681 5281,1 −20,681 465,15 159,15 15 1,4-бутан-диол [47] 4012,2 −16,210 33,359 247,51 503,15 247,51 503,15 93,15 Пропиленгликоль [48] 4516.3 −18,266 37,551 247,25 461,35 214,15 17 1,2-бутандиол [48] 5624,3 −21,857 4624,3 −21,857 159,15 18 1,2-бутандиол [48] 5524,5 −21,510 45,933 256,84 465,15 159,15 [48] 4093.3 −16,485 34,033 248,31 503,15 293,15 20 1,4-бутандиол [48] 4077,7 −16,438 0 293,15 21 Бензол [11] 1315,8 −11,812 10,940 111,39 353,15 278,65 900obl 900ob10 900obl 900ob10 1047.5 -10,695 8,7094 97,939 405,15 228,15 23 Этилбензол [11] 1095,8 −11,027 24 o -Ксилол [11] 1183.0 −11,145 9,8360 106,14 417,15 248,65 25 9008 N-ац N N 9008 49] 1173.7 −10,914 9,7590 107,54 438,55 253,15 26 Формамид [49] 1973,7 −12,442 1051075 900,69 27 N, N-диметилформамид [49] 1088,8 -10,780 9,0530 101,00 425,00 212,15 28 N-метил, N-метил-диметиловый эфир 50] 1133.7 −10,896 9,4260 104,05 438,55 253,15 29 Вода [50] 1865,4 −13,284 13,284 30 2-метоксиэтанол [50] 1826,3 −12,602 15,185 144,93 397,65 188,15 31 1178.3 −10,934 9,7973 107,77 438,55 253,15 32 2-этоксиэтанол [51] 1900,7 −12,68109 1900,7 −12,68210 −12,68210 33 Вода [52] 1914,7 −13,443 15,920 142,43 373,15 273,15 34 1,4-Dioane 34 1,4-D 1522.6 −11,853 12,660 128,47 374,15 284,15 35 Вода [53] 1894,2 −13,383 15.74910 273,383 15.749109 15.7491 36 Изомасляная кислота [53] 1338,1 −11.200 11,126 119,48 426,65 226,15 37 −13,232 15,433 140,28 373,15 273,15 38 Этанол [54] 1588,1 −12,166 −12,166 39 Вода [55] 1881,1 −13,334 15,640 141,07 373,15 273,15 40 110010 Метанол -11,528 9,9340 103,64 337,75 175,55 41 Диметилсульфоксид [56] 1690,8 -11,810105 1690,8 -11,810105 -11,810105 42 p -Ксилол [56] 1009,3 -10,761 8,3920 93,800 411,15 285.65 43 Диметилсульфоксид [57] 1723,9 −12,002 14,333 143,63 462,15 290,65 44492 1151,4 −11,044 9,5730 104,26 417,15 248,65 45 Вода [58] 2006,6 −13.742 16,684 146,02 373,15 273,15 46 1,4-диоксан [58] 1403,5 −11,430 11,669 47 Этиленгликоль [58] 3601,1 −16,146 29,941 223,03 470,15 260,15 48 48 Триэтиламин 900].68 −11,248 8,2120 87,810 361,95 158,15 49 Вода [60] 1898,6 −13,389 −13,389 93,1510 93,1510 15.786 50 Глицерин [61] 7169,2 −24,143 59,608 296,95 455,15 293,15 51 51 −13,638 21,245 187,36 395,15 229,15 52 н-Гептан [63] 1725,2 −12,613 53 1-пропанол [64] 2139,9 -13,415 17,792 159,51 370,15 149,15 2 149,15 54 54 2640.0 −15,032 21,950 175,63 355,15 183,65 55 т-бутанол [64] 3852,2 −18,476 8 8 298,84 56 Аллиловый спирт [64] 1840,8 −12,866 15,305 143,07 370,15 144,15 57 10 900 Prop8 1816 г.7 −12,607 15,105 144,10 387,65 220,15 58 Диметилсульфоксид [65] 1409,7 −10,975 128108 1409,7 −10.975 59 Бензол [65] 1798,7 -13,254 14,955 135,71 353,15 278,65 60 60 −10,807 8,5016 94,617 409,15 178,15 61 Хлорбензол [65] 954,13 −10,4010 954,13 −10.4010 900 62 Бромбензол [65] 2017,1 −13,450 16,771 149,98 429,15 242,15 63 1,4-Dio 1452.2 −11,607 12.074 125,11 374,15 284,15 64 Этанол [66] 1885.9 −12,997 −12,997 65 2-пропанол [66] 3058,5 −16,403 25,430 186,46 355,15 183,65 66 −14,322 21,640 181,72 403,15 156,15 67 3-амино-1-пропанол [66] 4336.9 1075108,036 900 458,65 284,15 68 Вода [67] 1872,4 −13,307 15,568 140,70 373,15 273,15 1744.4 −12,662 14,504 137,77 397,65 188,15 70 N-метилацетамид [67] 2300,6 −13,18 1955 2300,6 −13,18 1955 −13,155 71 Пропиленкарбонат [68] 1706,9 −11,729 14,192 145,53 513,15 218.15 72 1,2-диэтоксиэтан [69] 910,34 -10,819 7,5690 84,142 394,15 199,15 73754 199,15 73 цетон 840,64 −10,793 6,9895 77,885 354,65 222,15 74 Метанол [71] 1226,5 −11.629 10,198 105,47 337,75 175,55 75 Тетрагидрофуран [71] 810,42 -10,393 6.7382 -10,393 6.7382 6.7382

TEGMME — это сокращение от монометилового эфира триэтиленгликоля.

3.2. Параметры и температуры Аррениуса

Для сравнения статистических значений и распределений определенных параметров Аррениуса в таблице 2 представлены основные описательные статистические данные, такие как среднее арифметическое, доверительный интервал (), стандартное отклонение (), коэффициент вариации () , и стандартная ошибка () для различных заданных температур (), таких как температура Аррениуса (), точка плавления (), точка кипения () и температура активации Аррениуса ().

0911 0 09 Среднеарифметические значения () и доверительные интервалы (), представленные в таблице 2, позволяют предположить следующую классификацию: там, где нет четкого пересечения между любыми последовательными () -значениями, и рисунок 2 подтверждает это наблюдение. Кроме того, согласно коэффициенту вариации (), температура активации Аррениуса () является наиболее дисперсной переменной, в отличие от точки кипения (), которая является наиболее однородной. 4. Исследование корреляций 4.1. Корреляция между температурой Аррениуса и энергией активации Первоначально мы начали изучать прямую взаимную корреляцию между определенными параметрами Аррениуса, и. На рис. 3 графически представлены парные корреляции для некоторых чистых ньютоновских классических растворителей, определяемые парами компонентов из некоторых бинарных жидких смесей, исследованных в предыдущих работах [11, 45–71].Мы пришли к выводу, что между тремя параметрами может существовать сильная корреляция. Кроме того, из-за слабой кривизны формы диаграмм рассеяния показывают, что между и может существовать линейная корреляция (Рисунок 3 (b)). Однако нелинейная корреляция кажется более адекватной между и или (Рисунки 3 (a) и 3 (c)). Фактически, дисперсия распределения, наблюдаемая на рисунке 3 (a) и указывающая на слабую нелинейную корреляцию между логарифмом предэкспоненциального множителя ln (/ Па · с) и температурой Аррениуса (K), может позволить нам писать.Кроме того, рисунок 3 (b), представляющий псевдолинейную корреляцию между энергией активации Аррениуса (кДж · моль -1 ) и логарифмом предэкспоненциального множителя ln (/ Па · с), также может позволить нам писать. Кроме того, рисунок 3 (c), демонстрирующий сильную нелинейную корреляцию между энергией активации Аррениуса (кДж · моль -1 ) и температурой Аррениуса (K), позволяет нам сделать вывод, что, вероятно, температура Аррениуса () и энергия активации () стремятся к нулю одновременно, и () не может превышать определенное предельное значение () при принятии бесконечного значения. 4.2. Предлагаемая модель уравнения Наименьшая дисперсия в распределении на рисунке 3 (c) заставляет нас начать моделирование зависимости между () и (). В связи с обсуждением пределов в предыдущем разделе (раздел 4.1) мы предлагаем следующее уравнение, которое учитывает наблюдаемые граничные условия: где и — положительные константы. Фактически, когда мы пренебрегаем слабой кривизной графика () как функции () на рисунке 3 (b), линейная корреляция дает уравнение прямой как () с -квадратом, равным 0.9729. В этом случае мы можем сделать вывод, что (Рисунок 3 (б)) и. Учитывая выражение температуры Аррениуса () из (4), и, мы можем заключить, что и не может превышать предельное значение (), когда () стремится к бесконечности:. Кроме того, если мы считаем, что квазилинейная зависимость продолжается с тем же наклоном на бесконечности, мы можем оценить этот предел около K. Затем мы обосновываем, что математическая функция проходит через начало координат и принимает вертикальную асимптоту, когда -значение стремится к ( Рисунок 3 (в)).В этом контексте мы предложили (8). Таблица 3 суммирует нелинейную регрессию, где () и () — хи-квадрат и -квадрат, соответственно. Параметры / K CI CV (%) SE 146 900,7 93,75 93,75 54,189 37,05 6,2572 228,57 216,99–240,15 50,142 21,94 5,7899 403.63 392,10–415,16 49,929 12,37 5,7653 2096,1 1781,8–2410,4 1361,0 64,93 157,16 64,93 157,16 к к0 27,1582890 27,158289 Уравнение / кДж · моль -1 Ошибка / K -1 моль Ошибка моль Ошибка (8) 3.13539 0,97585 27,15289 0,73539 0,00303 0,00004 — — (11) 6,2603 0, 0, 0,00045 (11) 5,11155 0,96062 26,13792 0,26758 0,00303 0 0,02229 0.00095 Учитывая (8), мы можем записать обратное выражение как Также, учитывая (4) и (9), мы можем записать в обратном выражении (10), когда становится зависимым переменной и независимой, аналитическое выражение найти сложно из-за линейной формы в числителе и экспоненциальной в знаменателе. Итак, относительно псевдомонотонной зависимости между и, показанной на рисунке 3 (а), мы можем предложить аналогичное выражение для обратной ситуации: когда — дополнительный настраиваемый параметр.В таблице 3 представлена ​​нелинейная регрессия, в которой переменная считается фиксированной или свободной. Учитывая выражение (9) и тот факт, что температура Аррениуса не может превышать предельного значения (), когда стремится к бесконечности, мы можем сделать вывод, что может быть обозначено как. Эта предельная температура Аррениуса имеет следующее значение для настоящего исследования: K. Сравнивая это значение и набор средних значений температуры (), представленных в Таблице 2 и на Рисунке 2, мы можем сделать вывод, что это, вероятно, коррелирует с температурой кипения ().Фактически, в предыдущих работах мы наблюдали, что средние значения для всех изученных бинарных смесей близки и меньше, чем температуры кипения () соответствующих составляющих чистых компонентов или близки к температурам, связанным с их изобарическими фазовыми диаграммами пар-жидкость [12–12]. 15, 52, 72–74]. С этой целью и для выяснения большего физического значения параметров мы явим член предельной температуры Аррениуса () в выражениях уравнений; мы явим член в выражениях (8), (9), (10) и (11) и перепишем их с тремя регулируемыми параметрами (, и) следующим образом: где — постоянная идеального газа, — предельная температура Аррениуса, а () и () 10 3 — две безразмерные константы. Согласно предыдущим модификациям, внесенным в (12) — (15), уравнение типа Аррениуса становится уравнением только с одним параметром (или): or где Дж · моль -1 , () K, (), и () 10 3 . На рис. 4 показаны экспериментальные значения энергии активации и энтропийного фактора в сравнении с расчетными значениями и соответственно. Данные находятся в близком приближении к соответствующим -значениям и -значениям, оцененным из (15) и (14). Переходя к очень низким и очень высоким значениям энергии активации () и энтропийного фактора (), рисунок 4 показывает, что разрыв между экспериментальными и расчетными значениями указывает на приемлемое небольшое расхождение.Хороший результат подтверждается значением квадрата (0,9606) и значением среднеквадратичной ошибки (MES) (7 10 −3 ). Надежное значение в квадрате предполагает, что экспериментальные данные хорошо согласуются с текущей предлагаемой моделью. Кроме того, на рисунке 5 показаны нормированные ошибки оценки экспериментальной энергии активации () и экспериментального энтропийного фактора (), соответственно. Цифры подтверждают прецедентный результат о хорошем качестве оценщиков.Действительно, рисунки показывают небольшую нормированную вариацию между экспериментальными и оценочными значениями параметров, за исключением наблюдений, которые имеют очень высокие или очень низкие значения экспериментальной энергии активации () и энтропийного фактора (), которые очень близки к границам исследуемого интервала. Мы пришли к выводу, что предложенное уравнение хорошо согласуется от жидкостей с низкой и высокой вязкостью и представляет очень слабое расхождение в двух пределах исследуемых интервалов (кДж · моль −1 ) для энергии активации и (−25 5. Заключение На основании экспериментальных данных вязкостей для некоторых чистых растворителей и около 34 ньютоновских бинарных жидких смесей в различных диапазонах температур при атмосферном давлении, приведенных в литературе [11, 45–71], мы определили значения двух вязкость Параметры Аррениуса, такие как энергия активности () и энтропийный фактор (), для 75 наборов чистых жидких компонентов, составляющих предыдущие бинарные смеси, при бесконечном разбавлении (т. е. при молярной доле, равной 0 или 1).Практически все они подчиняются линейному поведению Аррениуса. В настоящей работе мы использовали статистические методы для анализа возможной корреляции между параметрами Аррениуса для одних и тех же чистых жидкостей. Мы обнаружили, что существует значимая статистическая непараметрическая корреляция между энергией активности () и энтропийным фактором (), а также производным параметром, называемым температурой Аррениуса (). Результаты показали, что модель, которая наилучшим образом соответствует соотношению между определенными параметрами Аррениуса, является моделью логарифмического типа, коррелирующей энергию активации () с температурой Аррениуса (K).Следовательно, для программирования и расчета средств в гидравлических расчетах транспортировки жидкости и расчетов передачи энергии [1–11] мы уменьшили модель с использованием одной переменной без потери значительной точности. Итак, в настоящей работе мы предложили уравнение для моделирования связи ((14) или (15)) между двумя параметрами уравнения вязкости типа Аррениуса, такими как энергия Аррениуса () или предэкспоненциальный множитель () . Более того, предложенное уравнение позволяет переопределить уравнение Аррениуса, используя один параметр ((16) или (17)) вместо двух (3), используя экспериментальные значения вязкости при нескольких температурах для 75 чистых жидкостей, взятых из литературы [11, 45–71].Мы пришли к выводу, что эта модель будет очень полезна в нескольких областях физических и химических наук. Кроме того, он будет очень интересен для инженерных данных и позволит оценить один недоступный параметр при наличии второго ((14) или (15)) или, кроме того, может быть оценен некоторыми теориями, предложенными в литературе [11, 17 –21]. Отметим, что уравнение Хай-Касема-Уэрфелли [16] дает хорошее соответствие (-квадрат 0,9999) только для низко- и умеренно вязких жидкостей, которые не имеют очень высоких значений энергии активации (кДж · моль −1 ) и не имеют очень низкие значения предэкспериментального фактора (-17 -1 ) для активации энергии и (-25 Мы надеемся, что это исследование откроет новую интересную область для плодотворных исследований, таких как изучение конкретных групп или семейств органических жидких растворителей (кислот, углеводородов, спиртов, кетонов, амидов и т. Д.). Это также может открыть путь для более точной оценки значений параметров предлагаемого уравнения, когда природа флюидов классифицируется отдельно (жидкости с высокой, средней, низкой вязкостью) или характеристики растворителя (протонные, полярные, неполярные и т. Д.)). Таким образом, каждое классифицированное исследование может предоставить конкретные значения параметров (, и), особенно предельную температуру Аррениуса (), и это приводит к более точным конкретным результатам с лучшими статистическими результатами, демонстрируя, насколько эта модель заслуживает валидности. Точно так же эта корреляция может побудить теоретиков объединить или объединить некоторые ранее различные теоретические методы, уже доступные. Кроме того, мы надеемся, что он будет полезен в больших областях прикладной физики, химии, механики жидкости и техники. Мы можем добавить, что дополнительное исследование возможной связи между параметрами вязкости Аррениуса и свойствами множества различных жидких систем может доказать, как метод предсказывает свойства других неизученных жидкостных систем. Для того, чтобы твердо определить полезность температуры Аррениуса и разработать средства для оценки таких величин [12–15, 52, 72–75], в будущем будет изучено больше бинарных жидких смесей в сравнении с составом, чтобы дать более четкий обсуждаемый протокол. .Насколько нам известно, нет более сильной теоретической и физической основы этого исследования или каких-либо разработанных методов прогнозирования для наших исходных предположений, и поэтому мы сможем более справедливо подтвердить наше эмпирическое уравнение после применения предложенных нами уравнений несколькими экспериментаторами. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Наверх