Nesteiden kinemaattinen viskositeettitaulukko. Veden viskositeetti. Veden kinemaattinen viskositeetti. Veden dynaaminen viskositeetti. Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

Viskositeetti on tärkein fysikaalinen vakio, joka luonnehtii kattila- ja dieselpolttoaineiden, öljyöljyjen ja useiden muiden öljytuotteiden suorituskykyominaisuuksia. Viskositeettiarvoa käytetään arvioimaan öljyn ja öljytuotteiden sumutuksen ja pumpattavuuden mahdollisuutta.

On olemassa dynaaminen, kinemaattinen, ehdollinen ja tehokas (rakenteellinen) viskositeetti.

Dynaaminen (absoluuttinen) viskositeetti [μ ], tai sisäinen kitka, on todellisten nesteiden ominaisuus vastustaa tangentiaalisia leikkausvoimia. Ilmeisesti tämä ominaisuus ilmenee nesteen liikkuessa. Dynaaminen viskositeetti SI-järjestelmässä mitataan [N·s/m2]. Tämä on vastus, jonka neste osoittaa kahden 1 m2:n kerroksensa suhteellisen liikkeen aikana, jotka sijaitsevat 1 m etäisyydellä toisistaan ​​ja liikkuvat 1 N:n ulkoisen voiman vaikutuksesta nopeudella 1 neiti. Koska 1 N/m 2 = 1 Pa, dynaaminen viskositeetti ilmaistaan ​​usein [Pa s] tai [mPa s]. CGS-järjestelmässä (CGS) dynaamisen viskositeetin mitta on [din s/m 2 ]. Tätä yksikköä kutsutaan poiseeksi (1 P = 0,1 Pa s).

Muunnostekijät dynaamisen [ μ ] viskositeetti.

Yksiköt	Micropoise (mcP)	Centipoise (sp)	Poise ([g/cm s])	Pa s ([kg/m s])	kg/(m h)	kg s/m2
Micropoise (mcP)	1	10 -4	10 -6	10 7	3,6·10 -4	1.02·10 -8
Centipoise (sp)	10 4	1	10 -2	10 -3	3,6	1,02·10 -4
Poise ([g/cm s])	10 6	10 2	1	10 3	3,6 10 2	1,02·10 -2
Pa s ([kg/m s])	10 7	10 3	10	1 3	3,6 10 3	1,02·10 -1
kg/(m h)	2,78 10 3	2,78·10 -1	2,78·10 -3	2,78·10 -4	1	2,84·10 -3
kg s/m2	9,81 10 7	9,81 10 3	9,81 10 2	9,81 10 1	3,53 10 4	1

Kinemaattinen viskositeetti [ν ] on määrä, joka on yhtä suuri kuin nesteen dynaamisen viskositeetin suhde [ μ ] sen tiheyteen [ ρ ] samassa lämpötilassa: ν = μ/ρ. Kinemaattisen viskositeetin yksikkö on [m 2 /s] - sellaisen nesteen kinemaattinen viskositeetti, jonka dynaaminen viskositeetti on 1 N s / m 2 ja tiheys 1 kg / m 3 (N = kg m / s 2 ). CGS-järjestelmässä kinemaattinen viskositeetti ilmaistaan ​​[cm 2 /s]. Tätä yksikköä kutsutaan Stokesiksi (1 Stokes = 10 -4 m 2 /s; 1 cSt = 1 mm 2 /s).

Muuntokertoimet kinemaattisten [ ν ] viskositeetti.

Yksiköt	mm 2 /s (cSt)	cm 2 /s (st)	m2/s	m2/h
mm 2 /s (cSt)	1	10 -2	10 -6	3,6·10 -3
cm 2 /s (st)	10 2	1	10 -4	0,36
m2/s	10 6	10 4	1	3,6 10 3
m2/h	2,78 10 2	2,78	2,78 10 4	1

Öljyt ja öljytuotteet luonnehditaan usein ehdollinen viskositeetti, joka on 200 ml:n öljytuotteen virtausajan suhde standardin viskosimetrin kalibroidun reiän läpi tietyssä lämpötilassa [ t] siihen mennessä, kun 200 ml tislattua vettä on valunut 20°C:n lämpötilassa. Ehdollinen viskositeetti lämpötilassa [ t] on merkitty merkillä ВУ, ja se ilmaistaan ​​tavanomaisten asteiden lukumäärällä.

Ehdollinen viskositeetti mitataan asteina VU (°VU) (jos testi suoritetaan standardin GOST 6258-85 mukaisella viskosimetrillä), Saybolt-sekunteina ja Redwood-sekunteina (jos testi suoritetaan Saybolt- ja Redwood-viskosimetrillä).

Voit muuntaa viskositeetin järjestelmästä toiseen nomogrammin avulla.

Öljydispersiojärjestelmissä tietyissä olosuhteissa, toisin kuin Newtonin nesteissä, viskositeetti on muuttuva arvo riippuen leikkausnopeusgradientista. Näissä tapauksissa öljyille ja öljytuotteille on ominaista tehokas tai rakenteellinen viskositeetti:

Hiilivetyjen viskositeetti riippuu merkittävästi niiden kemiallisesta koostumuksesta: se kasvaa molekyylipainon ja kiehumispisteen kasvaessa. Sivuhaarojen esiintyminen alkaanien ja nafteenien molekyyleissä ja syklien lukumäärän lisääntyminen lisää myös viskositeettia. Eri hiilivetyryhmille viskositeetti kasvaa sarjassa alkaanit - areenit - syklaanit.

Viskositeetin määrittämiseen käytetään erityisiä vakioinstrumentteja - viskosimetriä, jotka eroavat toimintaperiaatteeltaan.

Kinemaattinen viskositeetti määritetään suhteellisen alhaisen viskositeetin kevyille öljytuotteille ja öljyille kapillaariviskosimetreillä, joiden toiminta perustuu nesteen juoksevuuteen kapillaarin läpi standardien GOST 33-2000 ja GOST 1929-87 mukaisesti (viskometrityyppi VPZh, Pinkevich jne.).

Viskooseille öljytuotteille suhteellinen viskositeetti mitataan viskosimetrillä, kuten VU, Engler jne. Neste virtaa ulos näistä viskosimetristä kalibroidun reiän kautta standardin GOST 6258-85 mukaisesti.

Ehdollisen °VV arvojen ja kinemaattisen viskositeetin välillä on empiirinen suhde:

Viskoosisimpien, strukturoituneiden öljytuotteiden viskositeetti määritetään rotaatioviskosimetrillä standardin GOST 1929-87 mukaisesti. Menetelmä perustuu voiman mittaamiseen, joka tarvitaan sisemmän sylinterin pyörittämiseen suhteessa ulompaan, kun niiden välinen tila täytetään testinesteellä lämpötilassa t.

Normaalien viskositeetin määritysmenetelmien lisäksi tutkimuksissa käytetään joskus epästandardeja menetelmiä, jotka perustuvat viskositeetin mittaamiseen kalibrointipallon putoamishetkellä merkkien väliin tai kiinteän kappaleen värähtelyjen vaimennushetkellä testissä. neste (Heppler, Gurvich-viskosimetrit jne.).

Kaikissa kuvatuissa standardimenetelmissä viskositeetti määritetään tiukasti vakiolämpötilassa, koska sen muutoksen myötä viskositeetti muuttuu merkittävästi.

Viskositeetin riippuvuus lämpötilasta

Öljytuotteiden viskositeetin riippuvuus lämpötilasta on erittäin tärkeä ominaisuus sekä öljynjalostustekniikassa (pumppaus, lämmönvaihto, sedimentaatio jne.) että kaupallisten öljytuotteiden käytössä (tyhjennys, pumppaus, suodatus, hankauspintojen voitelu). , jne.).

Kun lämpötila laskee, niiden viskositeetti kasvaa. Kuvassa on eri voiteluöljyjen viskositeetin muutoskäyrät lämpötilasta riippuen.

Kaikille öljynäytteille yhteistä on lämpötila-alueiden läsnäolo, joissa viskositeetti nousee jyrkästi.

Viskositeetin laskemiseen on olemassa monia erilaisia ​​kaavoja lämpötilasta riippuen, mutta yleisimmin käytetty on Waltherin empiirinen kaava:

Ottamalla tämän lausekkeen logaritmi kahdesti, saamme:

Käyttämällä tätä yhtälöä E. G. Semenido koonnut nomogrammin abskissa-akselille, jonka käytön helpottamiseksi lämpötila on piirretty ja viskositeetti on piirretty ordinaatta-akselille.

Nomogrammin avulla voit selvittää öljytuotteen viskositeetin missä tahansa lämpötilassa, jos sen viskositeetti kahdessa muussa lämpötilassa tunnetaan. Tässä tapauksessa tunnettujen viskositeettien arvot yhdistetään suoralla viivalla ja jatketaan, kunnes se leikkaa lämpötilaviivan. Leikkauspiste sen kanssa vastaa haluttua viskositeettia. Nomogrammi soveltuu kaikentyyppisten nestemäisten öljytuotteiden viskositeetin määrittämiseen.

Öljyvoiteluöljyille on käytön aikana erittäin tärkeää, että viskositeetti riippuu mahdollisimman vähän lämpötilasta, sillä näin varmistetaan öljyn hyvät voiteluominaisuudet laajalla lämpötila-alueella, eli Waltherin kaavan mukaisesti tämä tarkoittaa, että voiteluöljyt, mitä pienempi kerroin B, sitä korkeampi öljyn laatu. Tätä öljyjen ominaisuutta kutsutaan viskositeetti-indeksi, joka on öljyn kemiallisen koostumuksen funktio. Eri hiilivetyjen viskositeetti muuttuu eri tavalla lämpötilan mukaan. Jyrkin riippuvuus (suuri B-arvo) on aromaattisilla hiilivedyillä ja pienin alkaaneilla. Nafteeniset hiilivedyt ovat tässä suhteessa lähellä alkaaneja.

Viskositeettiindeksin (VI) määrittämiseen on useita menetelmiä.

Venäjällä IV määritetään kahdella kinemaattisen viskositeetin arvolla 50 ja 100 °C:ssa (tai 40 ja 100 °C:ssa - valtion standardikomitean erityisen taulukon mukaan).

Öljyjä sertifioitaessa IV lasketaan standardin GOST 25371-97 mukaan, jossa määrätään tämän arvon määrittämisestä viskositeetilla 40 ja 100 °C:ssa. Tämän menetelmän mukaan GOST:n mukaan (öljyille, joiden VI on alle 100), viskositeettiindeksi määritetään kaavalla:

Kaikille öljyille, joissa ν 100 ν, ν 1 Ja ν 3) määritetään GOST 25371-97 -taulukon mukaisesti ν 40 Ja ν 100 tästä öljystä. Jos öljy on viskoosimpaa ( ν 100> 70 mm 2 /s), sitten kaavaan sisältyvät arvot määritetään standardissa annettujen erityisten kaavojen avulla.

Viskositeettiindeksin määrittäminen nomogrammeilla on paljon helpompaa.

Vielä kätevämmän nomogrammin viskositeettiindeksin löytämiseksi kehitti G.V. IV:n määrittäminen pelkistetään tunnettujen viskositeettiarvojen yhdistämiseen kahdessa lämpötilassa suorilla viivoilla. Näiden viivojen leikkauspiste vastaa haluttua viskositeettiindeksiä.

Viskositeettiindeksi on yleisesti hyväksytty arvo, joka sisältyy öljystandardeihin kaikissa maailman maissa. Viskositeettiindeksin haittana on, että se luonnehtii öljyn käyttäytymistä vain lämpötila-alueella 37,8 - 98,8 ° C.

Monet tutkijat ovat havainneet, että voiteluöljyjen tiheys ja viskositeetti heijastavat jossain määrin niiden hiilivetykoostumusta. Vastaava indikaattori ehdotettiin yhdistämään öljyjen tiheyden ja viskositeetin ja jota kutsuttiin viskositeetti-massavakioksi (VMC). Viskositeetti-massavakio voidaan laskea käyttämällä kaavaa Yu A. Pinkevich:

VMC-öljyn kemiallisesta koostumuksesta riippuen se voi olla 0,75 - 0,90, ja mitä korkeampi on öljyn VMC, sitä pienempi sen viskositeettiindeksi.

Alhaisissa lämpötiloissa voiteluöljyt saavat rakenteen, jolle on tunnusomaista hajautetuille järjestelmille tyypillinen myötöraja, plastisuus, tiksotrooppisuus tai viskositeettipoikkeama. Tällaisten öljyjen viskositeetin määritystulokset riippuvat niiden alustavasta mekaanisesta sekoituksesta sekä virtausnopeudesta tai molemmista tekijöistä samanaikaisesti. Strukturoidut öljyt, kuten muutkin strukturoidut öljyjärjestelmät, eivät noudata Newtonin nestevirtauksen lakia, jonka mukaan viskositeetin muutoksen tulisi riippua vain lämpötilasta.

Öljyllä, jonka rakenne on ehjä, on huomattavasti korkeampi viskositeetti kuin sen tuhoutumisen jälkeen. Jos pienennät tällaisen öljyn viskositeettia tuhoamalla rakenteen, niin rauhallisessa tilassa tämä rakenne palautuu ja viskositeetti palautuu alkuperäiseen arvoonsa. Järjestelmän kykyä palauttaa rakenne spontaanisti kutsutaan nimellä tiksotropia. Virtausnopeuden tai tarkemmin sanottuna nopeusgradientin (käyrän 1 osa) kasvaessa rakenne tuhoutuu, ja siksi aineen viskositeetti laskee ja saavuttaa tietyn minimin. Tämä vähimmäisviskositeetti pysyy samalla tasolla, kun nopeusgradientti kasvaa (kohta 2), kunnes ilmaantuu pyörteinen virtaus, jonka jälkeen viskositeetti taas kasvaa (kohta 3).

Viskositeetin riippuvuus paineesta

Nesteiden viskositeetti, mukaan lukien öljytuotteet, riippuu ulkoisesta paineesta. Öljyn viskositeetin muutoksilla paineen kasvaessa on suuri käytännön merkitys, koska joissakin kitkayksiköissä voi syntyä korkeita paineita.

Joidenkin öljyjen viskositeetin riippuvuutta paineesta kuvaavat käyrät öljyjen viskositeetti muuttuu parabolisesti paineen noustessa. Paineen alla R se voidaan ilmaista kaavalla:

Maaöljyöljyissä parafiinihiilivetyjen viskositeetti muuttuu vähiten paineen noustessa ja nafteenisten ja aromaattisten hiilivetyjen viskositeetti muuttuu hieman enemmän. Korkeaviskositeettisten öljytuotteiden viskositeetti kasvaa paineen noustessa enemmän kuin matalaviskositeettisten öljytuotteiden viskositeetti. Mitä korkeampi lämpötila, sitä vähemmän viskositeetti muuttuu paineen noustessa.

Suuruusluokkaa 500 - 1000 MPa olevilla paineilla öljyjen viskositeetti kasvaa niin paljon, että ne menettävät nesteen ominaisuudet ja muuttuvat muovimassaksi.

Öljytuotteiden viskositeetin määrittämiseksi korkeassa paineessa D.E. Mapston ehdotti kaavaa:

Tämän yhtälön perusteella D.E. Mapston kehitti nomogrammin, jonka avulla tunnettuja arvoja mm ν 0 Ja R, on yhdistetty suoralla viivalla ja lukema saadaan kolmannella asteikolla.

Seosten viskositeetti

Öljyjä sekoitettaessa on usein tarpeen määrittää seosten viskositeetti. Kuten kokeet ovat osoittaneet, ominaisuuksien additiivisuus ilmenee vain kahden komponentin seoksissa, jotka ovat hyvin lähellä viskositeettia. Kun sekoitettavien öljytuotteiden viskositeeteissa on suuri ero, viskositeetti on yleensä pienempi kuin sekoitussäännöllä laskettu. Öljyseoksen viskositeetti voidaan laskea likimäärin korvaamalla komponenttien viskositeetit niiden käänteisarvoilla - liikkuvuus (fluiditeetti) ψ cm:

Seosten viskositeetin määrittämiseksi voit myös käyttää erilaisia ​​nomogrammeja. Yleisimmin käytettyjä ovat ASTM-nomogrammi ja Molina-Gurvich-viskosigrammi. ASTM-nomogrammi perustuu Waltherin kaavaan. Molina-Gurevichin nomogrammi laadittiin kokeellisesti löydettyjen öljyjen A ja B seoksen viskositeettien perusteella, joista A:n viskositeetti on °ВУ 20 = 1,5 ja B:n viskositeetti on °ВУ 20 = 60. Molemmat öljyt olivat sekoitettiin eri suhteissa 0 - 100 % (tilavuus), ja seosten viskositeetti määritettiin kokeellisesti. Nomogrammi näyttää viskositeettiarvot el. yksiköitä ja mm 2 /s.

Kaasujen ja öljyhöyryjen viskositeetti

Hiilivetykaasujen ja öljyhöyryjen viskositeetti on erilaisten lakien alainen kuin nesteiden. Lämpötilan noustessa kaasujen viskositeetti kasvaa. Tämä malli kuvataan tyydyttävästi Sutherlandin kaavalla:

Volatiliteetti (fugacity) Optiset ominaisuudet Sähköiset ominaisuudet

Vesi H 2 O on newtonilainen neste ja sen virtausta kuvaa Newtonin viskoosin kitkan laki, jonka yhtälössä suhteellisuuskerrointa kutsutaan viskositeettikertoimeksi tai yksinkertaisesti viskositeetiksi.

Veden viskositeetti riippuu lämpötilasta. Veden kinemaattinen viskositeetti on 1,006·10 -6 m 2 /s 20°C:n lämpötilassa.

Taulukossa näkyvät veden kinemaattisen viskositeetin arvot lämpötilasta riippuen ilmakehän paineessa (760 mmHg). Viskositeettiarvot on annettu lämpötila-alueella 0 - 300°C. Veden lämpötilassa yli 100°C sen kinemaattinen viskositeetti on ilmoitettu kyllästysrivin taulukossa.

Veden kinemaattinen viskositeetti muuttaa arvoaan kuumennettaessa ja jäähdytettäessä. Taulukon mukaan se on selvää Kun veden lämpötila nousee, sen kinemaattinen viskositeetti pienenee. Jos vertaamme veden viskositeettia eri lämpötiloissa, esimerkiksi 0 ja 300 °C:ssa, on selvää, että se pienenee noin 14 kertaa. Eli vesi muuttuu vähemmän viskoosiksi kuumennettaessa ja veden korkea viskositeetti saavutetaan, jos vettä jäähdytetään mahdollisimman paljon.

Kinemaattisen viskositeetin kertoimen arvot eri lämpötiloissa ovat tarpeen Reynoldsin luvun arvon laskemiseksi, joka vastaa nesteen tai kaasun tiettyä virtausjärjestelmää.

Jos vertaamme veden viskositeettia muiden Newtonin nesteiden viskositeettiin, esimerkiksi kanssa tai niiden kanssa, niin veden viskositeetti on pienempi. Vettä vähemmän viskoosia ovat orgaaniset nesteet - esimerkiksi bentseeni ja nesteytetyt kaasut, kuten esim.

Veden dynaaminen viskositeetti lämpötilasta riippuen

Kinemaattinen ja dynaaminen viskositeetti liittyvät toisiinsa tiheysarvon kautta. Jos kinemaattinen viskositeetti kerrotaan tiheydellä, saadaan dynaamisen viskositeetin (tai yksinkertaisesti dynaamisen viskositeetin) kertoimen arvo.

Veden dynaaminen viskositeetti lämpötilassa 20°C on 1004·10 -6 Pa·s. Taulukossa näkyvät veden dynaamisen viskositeetin kertoimen arvot lämpötilasta riippuen normaalissa ilmanpaineessa (760 mmHg). Taulukon viskositeetti on ilmoitettu lämpötiloissa 0 - 300 °C.

Dynaaminen viskositeetti laskee, kun vettä lämmitetään, vesi muuttuu vähemmän viskoosiksi ja kun se saavuttaa

Ennen kuin puhumme veden ominaisuuksista, on syytä ymmärtää "veden" käsite. Se on läpinäkyvä neste, jolla ei useimmissa tapauksissa ole ominaista väriä tai hajua. Kun vesi muuttuu joksikin muuksi, se muodostaa johdannaisia, joita kutsutaan jääksi, lumeksi (kiinteä tila) tai höyry (kaasumainen tila). Sen uskotaan peittävän yli 70% maapallon pinnasta - kaikenlaiset meret ja valtameret, joet, järvet, jäätiköt ja muut hydrologiset kohteet.

Vesi on vahva liuotin, joka luonnollisissa olosuhteissa sisältää monia mineraalisuoloja ja erilaisia ​​kaasuja. Jos puhumme sen fysikaalisista ominaisuuksista, kiinnitämme välittömästi huomiota siihen, että jään sulaessa sen tiheys kasvaa, kun taas muiden aineiden kohdalla samanlainen prosessi tapahtuu täsmälleen päinvastoin.

Veden tärkein ominaisuus on viskositeetti. Viskositeetti itsessään on aineen (oli se sitten neste, kaasu tai kiinteä aine) kykyä kohdistaa vastustuskykyä aineen hiukkasten välillä suhteessa toisiinsa. Tämä ominaisuus voi olla kahta tyyppiä - tilavuus ja tangentiaalinen. Bulkkiviskositeetti on aineen kyky ottaa vastaan ​​vetovoima. Se ilmenee, kun ääni- tai ultraääniaallot etenevät vedessä. Tangentiaaliviskositeetille on ominaista nesteen kyky vastustaa leikkausvoimaa.

Kun tutkijat tutkivat veden viskositeettia, havaittiin, että aineen vastustuskyky venytyksen ja leikkauksen aikana riippuu hiukkasten liikkumisnopeudesta nesteen eri kerroksissa. Jos nopeammin liikkuva kerros vaikuttaa hitaammin liikkuvaan kerrokseen, syntyy kiihdytysvoima. Jos kaikki tapahtuu juuri päinvastoin, jarrutusvoima alkaa toimia. Edellä mainitut voimat kohdistuvat tangentiaalisesti kerrosten pintoihin.

Kysymys:

Hei! Voitko kertoa minulle, en löydä sitä mistään, mikä on suolaveden, jonka tiheys on 1,15-1,2 g/cm 3, viskositeetti matalissa ja negatiivisissa lämpötiloissa? Esimerkiksi -20 celsiusasteessa? Kiitos jo etukäteen. Ruslan

Vastaus:

Hei rakas Ruslan!

Veden dynaaminen viskositeettikerroin riippuu voimakkaasti lämpötilasta, mutta on lähes riippumaton paineesta. Tämän kertoimen arvo makealle vedelle, saatu kokeellisesti, kun t°С = 0°С, μ = 1,793·10 3 Pa·s. Dynaamista viskositeettikerrointa laskettaessa käytetään empiiristä Poiseuillen kaavaa:

μ = 0,000183/(1 + 0,0337t + 0,000221t 2),
missä t on veden lämpötila.

Suolaveden dynaaminen viskositeettikerroin eroaa hieman makean veden viskositeettikerroin. Esimerkiksi lämpötilassa t = 20°C ja S = 25‰ se on yhtä suuri kuin 1,052 × 10 -3 Pa·s ja makean veden tapauksessa - 1,003 × 10 -3 Pa·s, eli noin 5 % enemmän.

On huomattava, että monet laskentakaavat sisältävät dynaamisen viskositeettikertoimen μ suhteen nesteen tiheyteen ρ, jota kutsutaan kinemaattiseksi viskositeettikertoimeksi (kinemaattinen viskositeetti):
ν = μ/ρ

Viskositeettikertoimien arvot laskevat merkittävästi lämpötilan noustessa.

Nesteiden viskositeetti voidaan määrittää myös viskosimetrillä. Tällaisia ​​laitteita on useita tyyppejä. Yksinkertaisimmassa kenttäviskosimetrissä, esimerkiksi virtausperiaatteella, kaadetaan suppiloon tilavuudeltaan 500 cm 3 testiliuos, jonka viskositeetti on määritettävä. Mitataan lämpötila ja virtausaika testiliuoksen suppilosta T r; sitten suppiloon kaadetaan tislattua vettä samassa lämpötilassa (yleensä 20°C) ja määritetään sen vanhenemisaika T. Asenne

On olemassa suhteellinen viskositeetti (viskoosisilla nesteillä se on aina suurempi kuin 1).

Veden viskositeetti laskee lämpötilan noustessa varsin merkittävästi: esimerkiksi kun veden lämpötila nousee 0 - 100 0 C, viskositeetti laskee noin 8-kertaiseksi. Normaalissa ilmanpaineessa on laadittu taulukko, jossa määritetään veden kinemaattinen viskositeettikerroin lämpötilasta riippuen.

Arvo v m 2 /s vedelle lämpötilasta riippuen

t°C	0	2	4	6	8
0	179	167	157	147	138
10	131	124	117	112	106
20	101	96	92	87	84
30	80	75	72	69	67
40	66	62	60	58	56
50	56	52	51	49	48

Lisäksi nesteen viskositeetti riippuu myös paineesta. Paineessa 2·10 7 Pa asti veden viskositeetin muutos on merkityksetön, eikä sitä usein oteta huomioon laskelmissa.

Viitetiedot veden viskositeetin riippuvuudesta lämpötilasta on annettu seuraavissa hakuteoksissa:
Rivkin S.L. Veden lämpöfysikaaliset ominaisuudet www.oglibrary.ru/data/demo/6263/62630003.html
Hakemisto kemisti Nikolsky B.P. lib.mexmat.ru/books/12114

Veden fysikaaliset ominaisuudet

Veden tiheys eri lämpötiloissa

Lämpötila	Tiheys
o C	kg/m3
0	999,9
5	1000
10	999,7
20	998,2
30	995,7
40	992,2
50	988,1
60	983,2
70	977,8
80	971,8
90	965,3
100	958,4

Veden dynaaminen ja kinemaattinen viskositeetti eri lämpötiloissa

Lämpötila	Dynaaminen viskositeetti	Kinemaattinen viskositeetti
o C	(N.c/m2) x 10-3	(m2/s) x 10-6
0	1,787	1,787
5	1,519	1,519
10	1,307	1,307
20	1,002	1,004
30	0,798	0,801
40	0,653	0,658
50	0,547	0,658
60	0,467	0,475
70	0,404	0,413
80	0,355	0,365
90	0,315	0,326
100	0,282	0,294

Veden fysikaaliset perusominaisuudet eri lämpötiloissa

Lämpötila	Tiheys	Ominaislämpökapasiteetti, C p	Lineaarinen lämpölaajenemiskerroin	Prandtl numero
o C	kg/m3	kJ/(kg.K)	(1/K) x 10 3	-
0	999,9	4,217	-0,07	13,67
20	998,2	4,182	0,207	7,01
40	992,1	4,179	0,385	4,34
60	983,2	4,185	0,523	2,99
80	971,8	4,197	0,643	2,23
100	958,4	4,216	0,752	1,75

MÄÄRITELMÄ

Viskositeetti kutsutaan yhdeksi siirtoilmiön tyypeistä. Se liittyy nestemäisten aineiden (kaasujen ja nesteiden) ominaisuuteen vastustaa yhden kerroksen liikettä suhteessa toiseen. Tämä ilmiö johtuu aineen muodostavien hiukkasten liikkeestä.

On olemassa dynaaminen viskositeetti ja kinemaattinen viskositeetti.

Tarkastellaan viskositeetin kaasun liikettä tasaisten yhdensuuntaisten kerrosten liikkeenä. Oletetaan, että aineen liikenopeuden muutos tapahtuu X-akselin suunnassa, joka on kohtisuorassa kaasun liikkeen nopeuden suuntaan (kuva 1).

Y-akselin suunnassa liikkeen nopeus on kaikissa pisteissä sama. Tämä tarkoittaa, että nopeus on funktio . Tässä tapauksessa kaasukerrosten (F) välisen kitkavoiman moduulia, joka vaikuttaa kaksi vierekkäistä kerrosta erottavaa pinta-alayksikköä kohti, kuvataan yhtälöllä:

missä on nopeusgradientti () pitkin X-akselia X-akseli on kohtisuorassa ainekerrosten liikesuuntaan nähden (kuva 1).

Määritelmä

Yhtälöön (1) sisältyvää kerrointa () kutsutaan dynaamisen viskositeetin kertoimeksi (sisäisen kitkakerroin). Se riippuu kaasun (nesteen) ominaisuuksista. on numeerisesti yhtä suuri kuin liikkeen määrä, joka siirretään aikayksikköä kohti yksikköpintaisen alustan läpi, jonka nopeusgradientti on yhtä suuri kuin yksikkö kohtisuorassa suunnassa. Tai on numeerisesti yhtä suuri kuin voima, joka vaikuttaa pinta-alayksikköön nopeusgradientilla, joka on yhtä suuri kuin yksikkö.

Sisäinen kitka on syy siihen, miksi kaasun (nesteen) virtaamiseen putken läpi tarvitaan paine-ero. Tässä tapauksessa mitä suurempi aineen viskositeettikerroin on, sitä suurempi paine-eron on oltava tietyn virtausnopeuden aikaansaamiseksi.

Kinemaattisen viskositeetin kerroin on yleensä merkitty . Se on yhtä suuri kuin:

missä on kaasun (nesteen) tiheys.

Kaasun sisäkitkakerroin

Kaasujen kineettisen teorian mukaisesti viskositeettikerroin voidaan laskea kaavalla:

missä on kaasumolekyylien keskimääräinen lämpöliikkeen nopeus ja molekyylin keskimääräinen vapaa reitti. Lauseke (3) osoittaa, että alhaisessa paineessa (harvinainen kaasu) viskositeetti on melkein riippumaton paineesta, koska Mutta tämä johtopäätös on voimassa, kunnes molekyylin vapaan reitin suhde suonen lineaarisiin mittoihin tulee suunnilleen yhtä suureksi kuin yksikkö. Lämpötilan noustessa kaasujen viskositeetti yleensä kasvaa, koska

Nesteen viskositeettikerroin

Olettaen, että viskositeettikerroin määräytyy aineen molekyylien välisten vuorovaikutusvoimien avulla, jotka riippuvat niiden keskimääräisestä etäisyydestä, viskositeettikerroin määritetään kokeellisella Baczynskin kaavalla:

missä on nesteen moolitilavuus, A ja B ovat vakioita.

Nesteiden viskositeetti laskee lämpötilan noustessa ja kasvaa paineen noustessa.

Poiseuillen kaava

Viskositeettikerroin sisältyy kaavaan, joka määrittää suhteen putkiosan läpi aikayksikköä kohti virtaavan kaasun tilavuuden (V) ja tähän tarvittavan paine-eron välillä ():

missä on putken pituus, on putken säde.

Reynoldsin numero

Kaasun (nesteen) liikkeen luonne määräytyy dimensiottoman Reynoldsin numeron () avulla:

- suure, joka luonnehtii nesteen (kaasun) lentämän kappaleen lineaariset mitat.

Viskositeettikertoimen yksiköt

Dynaamisen viskositeettikertoimen perusmittayksikkö SI-järjestelmässä on:

1Pa c = 10 poise

Kinemaattisen viskositeettikertoimen perusmittayksikkö SI-järjestelmässä on:

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Harjoittele	Dynaamisesti veden viskositeetti on yhtä suuri kuin Pa s. Mikä on putken suurin halkaisija, jolla vesivirtaus pysyy laminaarisena, jos 1 sekunnissa poikkileikkauksen läpi virtaa ulos tilavuus, joka on yhtä suuri kuin ?
Ratkaisu	Nesteen virtauksen laminaarisuuden ehto on seuraavanlainen: Mistä löydämme Reynoldsin luvun kaavalla: Löydämme veden virtausnopeuden seuraavasti: Lausekkeessa (1.3) on vesisylinterin korkeus, jonka tilavuus on: Ehdon mukaan = 1 s. Korvaamalla nopeuden (1.4) Reynoldsin luvun lausekkeeseen, saamme: Veden tiheys no. kg/m3. Suoritetaan laskelmat ja saadaan:
Vastaus	m

ESIMERKKI 2

Harjoittele	Pallo, jonka tiheys ja halkaisija on d, kelluu nesteessä, jonka tiheys on nopeudella . Mikä on nesteen kinemaattinen viskositeetti?
Ratkaisu	Tehdään piirustus.