Что такое кинематическая вязкость

Кинематическая вязкость — величина не постоянная.

Смена масла в двигателе. Для тех, кто привык доверять в этом вопросе мнению сотрудников специализированного сервиса, этот пункт в обслуживании автомобиля особых хлопот не вызывает. Максимум, из-за чего придется наморщить лоб, так это выбрать подходящее по цене масло из предложенных.

Для тех, кто полагается исключительно на свои знания и опыт, выбор масла стал довольно мучителен. А как иначе? Ведь то масло, которое ранее заливали в двигатель, либо пропало с полок, либо ценник на него взлетел в несколько раз. Вот и приходится пытливым умам искать подходящую альтернативу. Кто-то смотрит на то, что дешевле, кто-то обращает свои взоры на новые бренды. Но, так или иначе, первое, на что смотрит хоть немного сведущий в масле автолюбитель, так это на вязкостный показатель масла.

Именно он является первоопределяющим при выборе масла, и именно он прописывается автопроизводителем в рекомендациях к применению в том или ином двигателе. Это уже потом добавляют различные допуски и требования, которым должно соответствовать масло в том или ином двигателе. Но первое, что ищет потребитель, шаря по полке глазами, это нужные цифры до и после «W». Цифра «до» отражает способность к работе масла при отрицательных температурах, цифра «после» — способность масла работать при положительных температурах.

Распределение температуры в двигателе.

Так что же такое вязкость масла? Это одно из важнейших свойств, определяющее его применимость в двигателях различных типов. Нужно заметить, что создать действительно качественно масло, отвечающее множеству показателей, довольно сложно. Не менее сложно сделать его текучим и способным защищать детали, как при отрицательных, так и положительных температурах. Посудите сами. Масло в двигателе должно работать как при, например, — 50оС во время запуска двигателя где-нибудь в Якутске, так и выдерживать + 200оС непосредственно при работе двигателя. В районе поршневых колец как раз такая температура.
Для того чтобы готовое масло было работоспособным при таком широком диапазоне температур, в базовое масло или масла, из которых оно состоит (базовых масел может быть от несколько), добавляют модификаторы вязкости и депрессоры.

Модификаторы вязкости – это полимеры. Их особенность заключается в том, что, в зависимости от температуры, их молекулы способны изменять конфигурацию. Чем ниже температура, тем меньше в размерах клубки ими образованные. И, чем выше, тем больше эти клубки разворачиваются, загущая масло. Все это обеспечивает требуемые показатели масла при высоких температурах.

Неправильно подобранное масло сулит не мало проблем при пуске двигателя в мороз.

Для того, чтобы масло сохраняло свою текучесть при низких температурах, в него вводят депрессоры. Базовые масла содержат углеводородные цепочки (парафины) которые при отрицательных температурах довольно охотно кристаллизуются, что вызывает загущение масла. Депрессоры блокируют рост их кристаллической решетки при отрицательных температурах и, тем самым, предотвращают застывание масла.
Наибольшее распространение в средних широтах получили масла 5W-30 и 5W-40. В первом случае температурный диапазон работы масла – от- 35оС до +35оС, во втором случае – от -35оС до +40оС. Для того чтобы это быстро определить без лишних вычислений уже давно существует соответствующая таблица.

С первым числом все относительно просто. В случае если вязкость масла не соответствует климатическим условиям, при которых эксплуатируется автомобиль, то использовать его нельзя по причине застывания. Стартер просто не провернет коленчатый вал с необходимой частотой вращения (вязкость проворачивания), а масло не потечет по масляной системе двигателя ввиду того, что его вязкость будет чрезмерной (вязкость прокачки).

Куда сложнее обстоят дела с числом после дефиса. Изначально оно так же завязано на климатические условия эксплуатации, однако помимо учета внешних температур, оно так же привязано и к температурным характеристикам двигателя. И вот тут на арене появляется такой показатель, как кинематическая вязкость, которая определяется при температуре в +100оС. Именно этот показатель характеризует поведение масла в узлах трения двигателя. И именно от нее зависит, насколько прочна будет масляная пленка, защищающая двигатель от износа, а так же будет ли масло способствовать экономии топлива. Если цифра ниже минимального порога, то это вызовет разрыв масляной пленки. Если цифра выше, то масло будет препятствовать вращению деталей двигателя и, тем самым, вызывать дополнительное механические потери.

Кинематическая вязкость масла – величина не постоянная. Со временем, полимеры, которые в большей степени отвечают за этот показатель, разрушаются, и масло все меньше и меньше начинает соответствовать тем показателям, которые были заявлены изначально. Существует мнение, что уже к середине пробега масла кинематическая вязкость падает чуть ли не в половину. Особенно это актуально для масел, в которых используются не очень качественные пакеты присадок.

Именно поэтому мы при производстве масла решили отказаться от готовых пакетов присадок. Пакет присадок в нашем масле свой. Это позволяет не зависеть от характеристик предлагаемых на рынке готовых пакетов и, как следствие, можем наделять масла именно теми свойствами, которые необходимы в зависимости от той или иной классификации. В частности, уже сейчас полимеры из нашего пакета присадок позволяют обеспечивать готовому маслу отличные вязкостные характеристики как при высоких, так и при низких температурах. Не стоит забывать и про индекс вязкости. Он, как известно, складывается из вязкостных показателей при двух температурах: 40 оС и 100 оС и характеризует изменение вязкости масла от температуры. Чем индекс вязкости выше, тем меньше масло изменяет свою вязкость в зависимости от температуры.

Для определения кинематической вязкости требуется не более 10 минут.

Для исследования масел по этому показателю нашей компанией был приобретен вискозиметр, который с высокой точностью определяет кинематическую вязкость и позволяет сделать определенные выводы по качеству состава масла.

Заявленные характеристики по кинематической вязкости масла Лукойл совпали с результатом анализа.

Мы так же предлагаем вам принять участие в наших исследованиях. Для этого нужно лишь прислать нам на анализ исходное масло и масло с определенным пробегом. (Подробно здесь) После этого мы опубликуем ваш результат, а вы сделаете для себя вывод, насколько качественное масло вы приобрели и на каком пробеге его нужно менять, как утратившее способность к предотвращению износа двигателя. Ждем ваши образцы.

Для анализа потребуется исходное масло и масло с пробегом.

Что такое кинематическая вязкость

Вязкость жидкости — это ее способность оказывать сопротивление перемещению одних частиц относительно других, то есть оказывать сопротивление перемещению одного «слоя» жидкости относительного другого, работа, затрачиваемая на перемещение, рассеивается в виде тепла. Движущиеся молекулы жидкости переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скорости по всему потоку. Данный параметр среды нельзя обнаружить в состоянии покоя, он оценивается только во время движения вещества, когда начинают действовать силы сцепления между молекулами.

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

Динамическая вязкость (ƞ)

Динамическая вязкость определяет величину сопротивления текучести жидкости при перемещении ее слоя площадью 1 см 2 на расстояние в 1 см со скоростью 1 см/сек. В СИ (Международной системе единиц) данный показатель измеряется в Па•с (паскаль•секунда). В системе же СГС единицей измерения вязкости является пуаз (в честь Ж. Пуазейля, французского физика).

Чем выше вязкость жидкости, тем, соответственно, больше время ее истечения, то есть чем дольше по времени жидкость будет вытекать через воронку, тем больше её вязкость.

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

Кинематическая вязкость (ν)

Кинематическая вязкость — это соотношение коэффициента динамической вязкости жидкости к ее плотности.

ν = ƞ/ρ (где ρ — плотность жидкости)

В системе СИ эта величина выражается в м 2 /с, а в системе СГС — в стоксах (Ст), или сантистоксах (сСт): 1 Ст=100 сСт.

1 сСт = 1 мм 2 /c = 10 −6 м 2 /c.

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

На практике кинематическая и динамическая вязкость используется при гидравлических расчетах трубопроводов в частности для определении числа Рейнольдса.

Кинематическая вязкость ряда жидкостей для различных значений температуры представлена в таблице:

Название жидкости	Температура С o	Кинематическая вязкость ν, м 2 /с
Бензин	20	0,5. 0,7 х 10 -6
Вода	20	1,004 х 10 -6
Дизельное топливо арктическое (ДТ А) (ГОСТ Р 55475-2013)	40	1,5. 4,5 х 10 -6
Дизельное топливо зимнее (ДТ З) (ГОСТ Р 55475-2013)	40	1,5. 4,5 х 10 -6
Дизельное топливо летнее (ДТ Л) (ГОСТ 305-2013)	40	2,0. 6,0 х 10 -6
Мазут топочный 40 (по ГОСТ 10585-2013)	80	59 х 10 -6
Мазут топочный 100 (по ГОСТ 10585-2013)	100	50 х 10 -6
Мазут флотский Ф5 (по ГОСТ 10585-2013)	50	36,2 х 10 -6
Нефть*	20	40. 60 х 10 -6
Топливо авиационное ТС-1 (по ГОСТ 10227-2013)	20	1,25 х 10 -6
Топливо авиационное РТ (по ГОСТ 10227-2013)	20	1,25 х 10 -6
Трансформаторное масло ГОСТ 982-80)	20	30 х 10 -6

* — Кинематическая вязкость нефти изменяется в широких пределах: от 2 до 300 мм 2 /с (20 °С). Однако в среднем вязкость большинства нефтей не превышает 40 – 60 мм 2 /с.

В таблице ниже представлены значения динамической, кинематической вязкости и плотности для различных органических жидкостей, при температурах от 10 до 140 градусов С. Выберете вещество из предложенного списка, показатели для данной жидкости отразятся в таблице автоматически.

Кинематическая вязкость

Вязкость – важная характеристика среды, которая присуща каждому телу, обладающему текучестью. Свойство имеет связь с сопротивлением вещества к его перемещению. Вязкость является одним из решающих показателей при выборе объемного насоса, игнорировать который недопустимо. На свойства вязкости влияют такие внешние факторы: температура, нагрузка, скорость сдвига, поэтому вместе с конкретным значением вязкости указывается, в каких условиях проводились испытания. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Для измерения показателя используется вискозиметр.

В чем разница между динамической и кинематической вязкостью?

Динамическая вязкость (m) показывает отношение напряжения сдвига, которые возникает, когда слои жидкости перемещаются в отношении один к другому, и скорости, с которой происходит это движение (скорость деформации). Динамическая вязкость – это мера сопротивления течению жидкости или ее деформации. Для выражения динамической вязкости чаще всего используется Пуаз и сантипуаз, в международной системе единиц – Паскаль х с. Кроме этого, для измерения показателя могут использоваться такие единицы: дин·с/см 2 и кгс·с/м 2 и производных от них.

• 1 Пуаз = 1 дин·с/см 2 = 0.010197162 кгс·с/м 2 = 0.0000010197162 кгс·с/см 2 = 0.1 Па·с = 0.1 Н·с/м 2
• 1 Сантипуаз = 0.0001010197162 кгс·с/м 2 = 0.01 П = 0.001 Па·с
• 1 кгс·с/м 2 = 98.0665 П = 9806.65 сП = 9.80665 Па·с.

Кинематической вязкостью (ν) называют отношение вязкости динамической к плотности жидкости. Для выражения показателя используется следующая формула: ν = μ / ρ, где μ – динамическая вязкость, ρ – плотность жидкости, кг/м 3 .

Для выражения показателя чаще всего используются стокс и производное от него сантистокс. В международной системе единиц для измерения кинематической вязкости применяется м 2 /с.

• 1 Ст = 0.0001 м 2 /с = 1 см 2 /с
• 1 сСт = 1 мм 2 /с = 0.000001 м 2 /с
• 1 м 2 /с = 10000 Ст = 1000000 сСт.

Кинематическая вязкость показывает текучесть при нормальной и высокой температуре. Измеряется стеклянным вискозиметром. Для этого засекается время стекания смазки по капилляру при заданном температурном режиме.

Для измерения динамической вязкости используется ротационный вискозиметр, который воссоздает условия, наиболее приближенные к естественным.

Кинематическая вязкость – один из важнейших параметров при выборе промышленного теплоносителя. Чем выше этот показатель, тем большая нагрузка приходится на насосной оборудование инженерной системы. В сравнении с глицерином и иными традиционными антифризами гликолевые теплоносители обладает меньшей вязкостью. Это увеличивает эксплуатационный ресурс оборудования, снижая затраты на техническое обслуживание.

Кинематическая вязкость

и эта величина получила название кинематической вязкости. Здесь ρ — плотность жидкости; η — динамическая вязкость (см. выше).

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В систему СИ эта величина переводится следующим образом:

1 сСт = 1мм 2 / 1c = 10 − 6 м 2 / c

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Вязкость аморфных материалов

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс [4] :

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

Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости Q изменяется от большой величины Q_H при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину Q_L при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда , или ломкие, когда . Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса : сильные материалы имеют R_D < 2, в то время как ломкие материалы имеют .

Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением:

с постоянными A₁, A₂, B, C и D, связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.

В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования T_g это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.

Если температура существенно ниже температуры стеклования T < T_g, двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса

с высокой энергией активации Q_H = H_d + H_m, где H_d — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, аH_m — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при T < T_g аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.

При двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса

но с низкой энергией активации Q_L = H_m. Это связано с тем, что при аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.

Относительная вязкость

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

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

Вязкость некоторых веществ

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

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

Вязкость воздуха зависит, в основном, от температуры. При 15.0 °C вязкость воздуха составляет 1.78×10 −5 кг/(м·с), 17.8 мкПа.с или 1.78×10 −5 Па.с.. Можно найти вязкость воздуха как функцию температуры с помощью Программы расчёта вязкостей газов

[править]Вязкость воды

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

Динамическая вязкость воды составляет 8.90 × 10 −4 Па·с при температуре около 25 °C. Как функция температуры T (K): (Па·с) = A × 10 B /( T − C ) где A=2.414 × 10 −5 Па·с; B = 247.8 K ; и C = 140 K.