Зависимость вязкости от температуры: Зависимость вязкости от температуры —

alexxlabОпубликовано

§ 2.3. Зависимость вязкости от температуры и давления. Вискозиметры

Вязкость капельной жидкости в значительной степени зависит от температуры и в меньшей степени – от давления жидкости. Зависимостью вязкости от давления в большинстве случаев пренебрегают. Например, при давлениях до 50 атм вязкость изменяется не более, чем на 8,5 %. Исключением является вода при температуре 25 °С – ее вязкость с увеличением давления незначительно уменьшается. Другая особенность воды состоит в том, что ее плотность с уменьшением температуры до + 4 °С возрастает, а при дальнейшем уменьшении температуры (от +4 °С до 0 °С) уменьшается. Этим объясняется тот факт, что вода замерзает с поверхности. При температуре около 0 °С она имеет наименьшую плотность и слои жидкости, имеющие такую температуру, как наиболее легкие всплывают на поверхность, где и происходит замерзание воды, если ее температура оказывается меньшей 0 °С.

При атмосферном давлении вязкость воды в зависимости от температуры определяется по формуле Пуазейля

где — кинематический коэффициент вязкости;

— динамический коэффициент вязкости;

— плотность воды при данной температуре;

— температура воды.

Вязкость жидкости определяют при помощи приборов, называемых вискозиметрами. Для жидкостей, более вязких, чем вода, применяют вискозиметр Энглера. Этот прибор состоит из емкости с отверстием, через которое при температуре 20 °С определяют время слива дистиллированной воды Т0 и жидкости Т, вязкость которой требуется определить. Отношение величин Т и Т0 составляет число условных градусов Энглера

.

После определения вязкости жидкости в условных градусах Энглера кинематический коэффициент вязкости находится по следующей эмпирической формуле

, см

2/с.

Полученные по этой формуле значения хорошо согласуются с опытными данными.

Задачи

Задача 1. Определить изменение объема воды в резервуаре при нагреве ее от до . Первоначальный объем воды . Коэффициент объемного расширения в интервале температур ─ при давлении 105 Па .

Решение. Коэффициент температурного расширения капельных жидкостей, определяющий относительное изменение объема жидкости при увеличении температуры на 1 градус, находится по формуле

где -первоначальный объем жидкости; -изменение объема жидкости при увеличении ее температуры на величину .

Из формулы для имеем

.

Задача 2. Определить изменение плотности воды при увеличении ее температуры от до .

Решение. Изменение плотности можно найти по следующей приближенной формуле

,

где — плотность при температуре ; -коэффициент температурного расширения.

Отсюда

.

Задача 3. Определить кинематическую и динамическую вязкость воды при температуре (давление ).

Решение. Для определения кинематической вязкости используем формулу

Формула для определения динамической вязкости воды имеет вид

Сделаем проверку, определив кинематическую вязкость по формуле

,

где -плотность воды при температуре .

Отсюда

.

Задача 4. Определить кинематическую и динамическую вязкость нефти при температуре . Вязкость, определенная по вискозиметру Энглера, составляет .

Решение. Плотность нефти при температуре 200 С составляет . Кинематическую вязкость найдем по формуле Убеллоде

Динамическая вязкость будет

Пуаз (П).

Задача 5. Определить изменение плотности нефти при сжатии ее от Па до Па, если коэффициент объемного сжатия нефти Па –1.

Решение. Коэффициент объемного сжатия определяется по формуле

или , (а)

где — объем жидкости при давлении ; -изменение объема жидкости при ее сжатии.

Разность давлений находится по формуле

Па.

Плотность нефти определяется из соотношения

,

где -масса нефти.

Так как масса нефти в процессе сжатия остается неизменной, то

, (б)

где

. (в)

Формула (в) с учетом (а) будет

. (г)

Подставляя (г) в (б), получим

.

Отсюда следует, что плотность нефти с изменением давления от 105 Па до 106 Па изменяется незначительно.

Экспериментальные исследования температурных зависимостей вязкости нефтяных шламов

Библиографическое описание:

Жумаев, К. К. Экспериментальные исследования температурных зависимостей вязкости нефтяных шламов / К. К. Жумаев, Б. Б. Рахимов, Ш. Ш. Дуров. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2013. — № 5 (52). — С. 57-60. — URL: https://moluch.ru/archive/52/6966/ (дата обращения: 22.04.2023).

При утилизации продукции нефтешламовых амбаров и донных отложений основной проблемой является их высокая вязкость. Одним из способов понижения вязкости — повышение температуры среды. Поэтому возникает необходимость определения зависимости вязкости данного продукта от температуры. С целью определения зависимости вязкости от температуры были проведены исследования реологических свойств нефтяного шлама.По своим реологических характеристикам нефтешламы относятся, как правило, к неньютоновским жидкостям. Решающее влияние на изменение реологических свойств таких систем оказывает макромолекулярный уровень организации их структуры и сильная зависимость от внешних факторов (температура, давление, физические поля, добавление реагентов и т.

 д.).

Макрореологические параметры несут информацию о микроструктуре нефтяных систем. Носителями структурно-механических свойств нефтяных систем являются высокомолекулярные компоненты. Присутствие высокоплавких парафинов и асфальтосмолистых веществ в нефтяных системах, их дисперсность и степень взаимодействия обеспечивают определенный уровень прочности структуры нефтяной дисперсной системы.Нелинейное изменение вязкости нефтяных систем при нагреве обусловлено внутренней перестройкой их структуры при нагреве и переходом ее из связанного дисперсного состояния в свободное. Переход твердой фазы в жидкую характеризуется не одной температурной точкой, а областями перехода. Разность между температурами плавления и температурой кристаллизации для смеси парафинов значительно больше, чем для отдельных компонентов.

В работе [1] подробно рассмотрены зависимости реологических характеристик различных эмульсий от соотношения воды, асфальтосмолистых веществ и парафинов. Результаты экспериментальных исследований показали, что вязкость нефтяных эмульсий увеличивается с увеличением содержания воды вплоть до того, пока она не обратится из системы «вода в нефти» в систему «нефть в воде», вязкость которых очень мала. В данной работе было установлено, что чем больше содержание асфальтосмолистых веществ в эмульсии, тем ниже температура ее застывания, а чем больше содержание парафинов, тем температура застывания выше.

Для исследования температурных зависимостей вязкости нами использовался вискозиметр «Rheometer» по Геплеру, принцип работы которого основан на падении шарика в исследуемой среде.

Вязкость рассчитывали по формуле:       

где t — время прохождения шариком фиксированного расстояния в исследуемой среде (сек.), p—давление, оказываемое шариком на исследуемую среду (), k —постоянная прибора.

На рис. 1 изображены графики зависимости вязкости образцов нефтешлама № 2 и № 4 от температуры. В температурном ходе образца № 2 можно выделить несколько характерных участков. На первом —до 32 °С — происходит плавное снижение значения вязкости. Второй участок — от 32 до 50 °С —характеризуется резким снижением вязкости, очевидно, за счет плавления парафинов и деструктуризации асфальтосмолистых веществ.

После того, как процесс плавления парафинов заканчивается (52–88 °С), увеличение температуры в меньшей степени влияет на изменение вязкости.

Для образца № 4 во всем диапазоне исследования происходит плавное снижение вязкости. Для исследования зависимости вязкости от содержания воды, изготавливали образцы водонефтяных эмульсий с различным содержанием воды.

Рис. 1. Зависимость вязкости от температуры для образцов № 2 (кривая 1) и № 4 (кривая 2).

На рис. 2. представлены кривые зависимости вязкости образцов от температуры при различном содержании воды, по которым видно, что вязкость нефтешлама уменьшается с повышением температуры и увеличивается с повышением концентрации воды в ней. При более высоких температурах разница в значениях вязкости становится незначительной.

Рис. 2. Зависимость вязкости образца № 3 от температуры при различном содержании воды.

Увеличение вязкости с повышением концентрации в них воды обуславливается увеличением взаимодействия между каплями, благодаря более тесному сближению глобул воды, вследствие чего трение между слоями увеличивается, и вязкость растёт.

То есть с ростом концентрации воды резко возрастает агрегация капель, поскольку с увеличением содержания воды растет число капель, находящихся в тесной близости в каждый момент времени. При низких скоростях сдвига, не вызывающих серьезных изменений в структуре агрегатов, каждый агрегат ведет себя как отдельная сфера с объемом, большим, чем сумма объемов составляющих его капель, потому что внутри структуры удерживается некоторое количество непрерывной фазы. Это изменяет соотношение эффективных объемов дисперсной и непрерывной фаз. В условиях оптимальной упаковки агрегаты связываются в непрерывную сетку [2].

На рисунке 3 приведен график зависимости  от температуры для донных нефтешламовых остатков Бухарского нефтеперерабатывающего завода.

Рис. 3. Зависимость вязкости от температуры для донных остатков из Бухарского нефтеперерабатывающего завода.

Полученные результаты показали, что в зависимости  наблюдаются три характерных участка снижения вязкости, на каждом из которых функция  может быть описана экспоненциальной зависимостью с разными показателями степени.

На первом участке (35–48 °С) при увеличении температуры вязкость постепенно понижается. На втором же участке (48–54 °С) происходит резкое снижение вязкости, за счет плавления парафинов и деструктуризации асфальтосмолистых веществ. После того, как процесс плавления парафинов заканчивается (54–75 С), увеличение температуры в меньшей степени влияет на изменение вязкости.

Литература:

1.      Аванесян В. Г. Реологические особенности эмульсионных смесей. М., Недра, 1980.-116с.

2.      Елисеев Н. Ю. Вязкость дисперсных систем. М., фирма «Блок», 1998. -80с.

Основные термины (генерируются автоматически): зависимость вязкости, исследуемая среда, различное содержание воды, температура, увеличение температуры, Бухарский нефтеперерабатывающий завод, изменение вязкости, непрерывная фаза, процесс плавления парафинов, резкое снижение вязкости.

Зависимость структурно-механических характеристик парафинов. ..

Марки парафинов. Температура плавления, 0С.

Как видно из рис. 1 и 2, у всех исследуемых парафинов понижение температуры вызывает закономерное уменьшение объема их расплавов и увеличение прочности формирующихся структур.

Изменение качества нефти в зависимости от содержания…

[3, c. 108] С увеличением содержания парафина снижается плотность и вязкость, при этом происходит уменьшение концентрации асфальтенов и смол, а также серы, которая происходит из-за того, что в составе нефтяной дисперсной системе происходит увеличение доли…

Проблемы транспортировки высоковязкой и парафинистой…

Вязкость нефти резко уменьшается с увеличением температуры. Разрабатывается много месторождений с парафинистой нефтью, движение

Характерной особенностью парафинистой нефти является зависимость изменения вязкости от перепада давления и температур.

Влияние

вязкости перекачиваемой среды на характеристики…

Изменение вязкости оказывает значительно большее влияние на характеристику насоса, чем плотности [1]. Изменение вязкости в основном влияет на

Рис. 1. Зависимость напора насоса НМ 2500–230 от подачи при различных значениях вязкости перекачиваемой среды.

Исследование физико-химических свойств автомобильного…

Содержание воды. отсутствие. 7.

Следует отметить, что в связи с изменениями соотношения состава сырья нефть: газоконденсат, из которого получают автомобильный бензин АИ-80 (А-80) на Бухарском нефтеперерабатывающем заводе, изменялось и содержание. ..

Определение эффективности растворения…

Температура плавления парафина, 0С. 60. Компонентный состав, % масс

Рис. 3. Зависимость вязкости от скорости сдвига для нефти и ее композиций с 0,05% содержания добавки при 15%.

Оценка

вязкости гетерогенных оксидных расплавов

Подобный метод позволит оценивать их эффективную вязкость по данным о среднем химическом составе и температуре, используя зависимости, предложенные А. Эйнштейном и Я. Френкелем для вязкости суспензий [1, с. 488].

Практический метод разделения образцов тяжелой нефти…

Тенденция естественной вязкости в наборе образцов обусловлена увеличением степени биодеградации, которая приводит к удалению летучих компонентов жидкости, а также

Изменение качества нефти в зависимости от содержания парафинов, смол и асфальтенов.

Важность температуры и вязкости

Температура оказывает огромное влияние на вязкость. Ваш образец при более высоких температурах может иметь совершенно другую вязкость по сравнению с тем же образцом при более низких температурах. Вязкость отражает молекулярное поведение ваших образцов (размер, форма, взаимодействие, микроструктура), поэтому изменение температуры во время измерения вязкости может быть очень показательным и предоставить информацию о микроструктуре жидкости.

Итак, мы понимаем, что вязкость меняется с температурой, но почему вязкость меняется с температурой? Вязкость отражает то, что происходит на молекулярном уровне, и согласно кинетической теории материи: молекулы/частицы находятся в постоянном движении. Движение этих частиц зависит от температуры (среди прочих факторов) в виде тепловой и кинетической энергии, которая определяет скорость движения частиц. Повышение температуры увеличивает энергию и, следовательно, скорость частиц. Вязкость будет уменьшаться с повышением температуры, потому что, поскольку частицы движутся быстрее, они взаимодействуют в течение более короткого времени (более короткие взаимодействия), уменьшая внутреннее трение или напряжение и, следовательно, уменьшая вязкость.

Температура также влияет на взаимодействие частиц. Например, изменение температуры повлияет на то, как взаимодействуют частицы растворенного вещества и растворителя. Он также влияет как на межмолекулярные, так и на внутримолекулярные взаимодействия. Например, если белок денатурирует в зависимости от температуры, внутримолекулярные взаимодействия нарушаются. Эта же самая денатурация будет также влиять на то, как эта белковая молекула взаимодействует с другими частицами в растворе (межмолекулярное). Образцы, склонные к агрегации или денатурации, будут вести себя совершенно иначе, чем стабильные жидкости или те, которые подвергаются микрофазовому разделению.

Измерение и понимание вязкости при различных температурах очень важно для составления рецептур для различных применений. Резкие изменения вязкости в зависимости от температуры сильно влияют на сложные составы, такие как моторное масло, терапевтические средства на основе антител, масла каннабиса, средства личной гигиены и, конечно же, пример, который мы все можем наблюдать сами — продукты питания (кулинарное масло, сироп, мед). Когда вы готовите на сливочном или растительном масле, вы можете увидеть резкое изменение вязкости, когда кладете любое вещество на горячую сковороду. Вязкость уменьшается с повышением температуры, что облегчает распределение масла по всей сковороде.

Понимание температурно-зависимых измерений терапевтических средств на основе антител имеет решающее значение для рецептуры и стабильности. Эти терапевтические средства хранятся при низких температурах для стабильности, доставляются при комнатной температуре, а затем распределяются в организме при повышенной температуре тела. Понимание того, как они будут вести себя при каждой из этих температур, поможет сформулировать оптимальную стабильность, эффективность и удобство для пациента.

Другим распространенным и очень важным примером применения температурно-зависимой вязкости является масло каннабиса. При разработке масел каннабиса для использования в испарителях или «вейп-ручках» вы должны учитывать как температуру, так и вязкость. Эти ручки содержат нагревательный элемент, нагревающий масло до определенной температуры, которая ниже температуры сгорания, но достаточно высокой, чтобы масло испарялось и не сжигалось. Вязкость масла также должна быть достаточно высокой, чтобы не течь слишком быстро, что может привести к затоплению нагревательного элемента, но и не должна быть слишком высокой, иначе масло забьет картридж.

VROC ® (вискозиметр-реометр-на-чипе) сочетает в себе технологии микрожидкости и МЭМС (микроэлектромеханические системы) для измерения динамической вязкости в широком динамическом диапазоне работы. Наши чипы VROC содержат микрофлюидный канал с датчиками давления, обеспечивающими контролируемую деформацию или контролируемую скорость. С помощью VROC мы контролируем объемную скорость потока и, следовательно, скорость сдвига образца, а затем отслеживаем напряжение, вычисляя изменение давления (падение) в канале. Благодаря технологии RheoSense VROC вы можете проводить измерения температуры, необходимые для получения точных измерений для всех ваших рецептур.

Хотите узнать больше об измерениях вязкости в зависимости от температуры? Загрузите нашу БЕСПЛАТНУЮ запись вебинара, чтобы узнать больше о том, как можно использовать измерения вязкости при различных температурах для определения микроструктуры ваших образцов.

Автор: Eden Reid, RheoSense Senior Marketing and Sales Operations

Динамическая (абсолютная) и кинематическая вязкость в зависимости от температуры и давления

0031 устойчивость к постепенной деформации под действием напряжения сдвига или напряжения растяжения .

Дополнительные определения см. в разделе Абсолютная (динамическая) и кинематическая вязкость . Абсолютная или динамическая вязкость используется для расчета числа Рейнольдса, чтобы определить, является ли поток жидкости ламинарным, переходным или турбулентным.

Онлайн-калькулятор вязкости воды

Приведенный ниже калькулятор можно использовать для расчета динамической или кинематической вязкости жидкой воды при заданных температурах.
Выходная динамическая вязкость выражается в сП, мПа*с, Па*с, Н*с/м 2 ,фунт f *с/фут 2 и фунт м /(фут*ч),
кинематическая вязкость указана в сСт, м 2 /с и фут 2 / s

Внимание! Для получения действительных значений температура должна быть в пределах 0–370 °C, 32–700 °F, 273–645 K и 492–1160 °R.

Температура

Выберите фактическую единицу измерения температуры:

°C °F K °R

См. Вода и тяжелая вода — термодинамические свойства.
См. также другие свойства Вода при различной температуре и давлении : Температуры кипения при высоком давлении, Температуры кипения при вакууме, Плотность и удельный вес, Энтальпия и энтропия, Теплота парообразования, Константа ионизации, pK w , нормальной и тяжелой воды, температуры плавления при высоком давлении, число Прандтля, свойства в условиях газожидкостного равновесия, давление насыщения, удельный вес, удельная теплоемкость (теплоемкость), удельный объем, теплопроводность, температуропроводность и давление пара в газе -жидкостное равновесие.

См. также динамическая и кинематическая вязкость воздуха, аммиака, бензола, бутана, двуокиси углерода, этана, этанола, этилена, метана, метанола, азота, кислорода и пропана.

На приведенных ниже рисунках и в таблицах показано, как вязкость воды изменяется в зависимости от температуры (°C и °F) при давлении насыщения водой (которое для практического использования дает тот же результат, что и атмосферное давление при температуре < 100 °C (212°F)) . Также включена одна цифра, показывающая относительную вязкость при изменении давления и температуры.

Наверх

4 Динамическая вязкость 90
Температура Давление Кинематическая вязкость
[°C] [МПа ] [Па с], [Н с/м2] [сП], [мПа с] [фунт-сила с/фут 2 — 49023] [м 2 /с*10 -6 ], [сСт])
0,01 0,000061207 900,110270104 0,54650 7 10103 0,10107 0,10439 0,10439 0,2938 002546
1,79140 3,7414 1,7918
10 0,0012 0,0013060 1,30600 2,7276 1,3065
2007 7 0,0010016 1,00160 2,0919 1,0035
25 0,0032 0,0008900 0,89004 1,8589 30 0,0042 0,0007972 0,79722 1,6650 0,8007 70107 403 4 0,0074 0,0006527 0,65272 1,3632 0,6579
50 0,0124 0,0005465 0,0124 0,0005465 0,0005465 1,1414 0,5531
60 0,0199 0,000466007 2 7 0,9733 0,4740
70 0,0312 0,0004035 0,401042 7 0,4127
80 0,0474 0,0003540 0,35404 0,7394 0,3643200 0,0702 0,0003142 0,31417 0,6562 0,3255
1 101 0,0002816 0,28158 0,5881 0,2938
110 0,25461 0,5318 0,2677
120 0,199 0,0002320 0,241203 0,241203 6 0,2460
140 0,362 0,0001966 0,19664
04 0,41047 3 0,41107 9
160 0,618 0,0001704 0,17043 0,35599049 1.04509 .0001346
78 180 1. 00 0.0001504 0.15038 0.3141 0.1695
200 107
0,13458 0,2811 0,1556
220 2,32 70,0001241724172418 0,2543 0,1449
240 3,35 0,0001111 0,111070 9,011070 9,011070 0,1365
260 4,69 0,0001018 0,10181 0,2126 0,1299 9 280 6,42 0,0000936 0,09355 0,1954 0,1247
0,0000703 0,0704 4 0,1469
3 90 04 8,59 0,0000859 0,08586 0,1793 0,1206
907 4 9074 4 1030 19010 0,0000783 0,07831 0,1636 0,1174
340 14,6 0,0000703
0,1152
360 18,7 0,0000603 0,06031 3 0,10104 0,12460 9

Наверх

433104 04 1. 7914
Температура Давление Динамическая вязкость Кинематическая вязкость
[°F] [psi] [фунт f с/фут 2 *10 -5 ] [фунт м /(фут ч)] 3 4 [сП] 4 [сП] 904 с 04 [фут 2 /с*10 -5 ]
32,02 0,9506 3,7414 1.9287
34 0.0962 3.6047 4.1752 1.7259 1,8579
39,2 0,1180 3,2801 3,7992 1,5705 9 96104777 0120
40 0,1217 3,2340 3,7458 1,5484 1,6668 90
20 07 2,3104 04 0,9737 0,01045 0,8104 0 .9250
0,1781 2,7276 3,1593 1,3060 1,4063
60 0,2567 0,2563 107 2,7109 1,1206 1,2075
70 0,3634 2,0337 2,05104 2,0337 1,0503
80 0,5076 1,7888 2,0719
90 0,6992 1,5896 1,8411 0,7611 0,8234
0 9 9,008 0,508 555133 4 150 704 4190 46
0,9506 1,4243 1,6497 0,6820 0,7392
110 1,2107 9010 04 1,2847 1,4880 0,6151 0,6682
120 1,695 1 9 . 3496 0,5579 0,6075
130 2,226 1,0620 1,2300
140 2,893 0,9733 1,1273 0,4660 0,5102
3,723 0,8950 1,0366 0,4285 0,4706
0,8279 0,9589 0,3964 0,4367
170 6,000 0,764 0,76 8916 0,3686 0,4074
180 7,520 0,7192 0,8133004 07
0,3820
190 9,349 0,6745 0,7813 0,327607 9 0120
200 11,537 0,6300 0,7297 0,3016 0,3371
1072 10 0,5881 0,6812 0,2816 0,3163
220 17,204

4 107

 0,6508 0,2690 0,3032
240 25,001 0,57050040120 7,7 0,13104 1,7 9104 600 9014 01070521
0,2418 0,2750
260 35,263 0,4575 0,5299 0,2191 0,2515 0,2191 0,2515 0,2191 0,2515
280 49,286 0,4176 0,4837 0,2000 0,2320
67,264 0,3840 0,4448 0,1839 0,2157
350 9014 107 0,3202 0,3708 0,1533 0,1853
400 247,01 0,101047 0,2750 900 0107 0,1317 0,1648
450 422,32 0,2404 0,27854 1,0107 104 0,1504
500 680,56 0,2126 0,2463 0,1018
550 1045,0 0,1888 0,2187 0,0904 0,1322
0,1673 0,1937 0,0801 0,1270
625 1851,2 9106 0,1104 0,1010 104 0,1809 0,0748 0,1252
650 2207,8 0,1438 0,1664 0,0689 0,1239
675 2618,7 0,1292 0,1496 0,0619 0,1230
0,1230
0,1230
0,1230
0,1230

Вернуться к началу

Перевод единиц измерения

Вязкость динамическая, абсолютная
сантипуаз [сП], грамм/(сантиметр в секунду) [г/(см·с)] = пуаз [P], килограмм/метр в секунду [кг /м·с]=ньютон-секунда/квадратный метр [Н·с/м 2 ]= паскаль-секунда [Па·с], фунт/(фут-час) [фунт/(фут-ч)], фунт/(фут-секунда) [фунт/ (фут·с)], рейн [рейн]