На что влияет динамическая вязкость

Содержание

• Как вычислить динамическую вязкость
• Полезное в динамической вязкости
• Единица измерения динамической вязкости
  • Рекомендуем посмотреть:

Кинематическая и динамическая вязкости масел

Вязкость (viscosity). Вязкость — это внутреннее трение или сопротивление течению жидкости. Вязкость масла, во-первых, является показателем его смазывающих свойств, так как от вязкости масла зависит качество смазывания, распределение масла на поверхностях трения и, тем самым, износ деталей. Во-вторых, от вязкости зависят потери энергии при работе двигателя и других агрегатов. Вязкость — основная характеристика масла, по величине которой частично делается выбор масла для применения в конкретном случае.

Вязкость масла зависит от химического состава и структуры соединений, составляющих масло, и является характеристикой масла как вещества. Кроме этого, вязкость масла также зависит и от внешних факторов — температуры, давления (нагрузки) и скорости сдвига, поэтому рядом с числовым значением вязкости всегда должны указываться условия определения вязкости.

Условия работы двигателя определяют два основных фактора, влияющих на определение вязкости — температура и скорость сдвига.

Вязкость масел определяется при температурах и скоростях сдвига, близких к реальным при эксплуатации. Если масло должно работать при низкой температуре(даже в течении короткого времени), то при этой же температуре должны быть определены и eго вязкостные свойства. Например, на все автомобильные масла, предназначенные для применения зимой, должны приводиться низкотемпературные характеристики.

Вязкость масла определяется при помощи двух основных типов вискозиметров (viscometers):

• вискозиметры истечения, в которых измеряется кинематическая вязкость по скорости свободного течения (времени вытекания). Для этой цели применяется капиллярный вискозиметр (capillary viscometer) или сосуды с калиброванным отверстием на дне — вискозиметры Энглера (Engler), Сейболта (Saybolt), Редвуда (Redwood). В настоящее время для стандартных определений применяется стеклянный капиллярный вискозиметр; он отличается простотой и точностью определения. Скорость сдвига в таком вискозиметре незначительна.
• ротационные вискозиметры (rotational viscometers), в которых определяется ди­намическая вязкость по крутящему моменту с установленной скоростью ротора или по скорости вращения ротора при заданном крутящем моменте.

Вязкость характеризуется двумя показателями — кинематической (kinematic viscosity) и динамической вязкостью (dynamic viscosity). Единицы измерения динами­ческой вязкости: P — пуаз (Р -poise)или сантипуаз сР (сР = mPa-s). Динамическая вяз­кость обычно определяется ротационным вискозиметром. Кинематическая вязкость, п -отношение динамической вязкости к плотности (h/r). Единицы измерения кинематичес­кой вязкости — стоке (St — stoke) или сантистокс (cSt — centistoke, I cSt = 1 мм 2 /с). Чис­ленные значения кинематической и динамической вязкости несколько различаются, в за­висимости от плотности масел. Для парафиновых масел кинематическая вязкость при тем­пературе 20 — 100°С превышает динамическую примерно на 15 — 23%, а для нафтеновых масел эта разница составляет 8 — 15%.

Кинематическая вязкость характеризует текучесть масел при нормальной и вы­сокой температурах. Методы определения этой вязкости относительно просты и точны. Стандартным прибором в настоящее время считается стеклянный капиллярный вискози­метр, в котором измеряется время истечения масла при фиксированной температуре. Стан­дартными температурами являются 40 и 100 °С.

Относительная вязкость определяется на вискозиметрах Сейболта, Редвуда и Энглера. Это сосуды с калиброванным отверстием на дне, через которое вытекает точно уста­новленное количество масла. При измерении времени вытекания заданная температура масла в вискозиметре должна поддерживаться с необходимой точностью. Универсальная вязкость Сейболта, определяемая по стандарту ASTM D 88, выражается в универсальных секундах Сейболта SUS(Saybolt Universal Seconds). Этот упрощенный метод определе­ния кинематической вязкости более широко применяется в США. В Европе чаще пользу­ются секундами Редвуда (Редвуда единицы — Redwood units) и градусами Энглера (Е°, Engler units). Градус Энглера — это число, показывающее во сколько раз вязкость масла превышает вязкость воды при 20°С, поэтому вискозиметром Энглера необходимо изме­рить время вытекания воды при 20°С.

Динамическая вязкость обычно определяется ротационными вискозиметрами. Вискозиметры разной конструкции имитируют реальные условия работы масла. Обычно выделяются крайние значения температуры и скорости сдвига. Основные методы определения вязкости моторных масел предусмотрены спецификацией SAE J300 APR97. Эта спецификация устанавливает значения степеней вязкости SAE для моторных масел и определяет порядок измерения необходимых параметров вязкости. Стандартные методы определения динамической вязкости можно разделить на две группы — низкотемпературная вязкость и высокотемпературная вязкость, определяемые в условиях близких к реальным условиям эксплуатации двигателя.

Характеристики низкотемпературной вязкости :

• максимальная низкотемпературная вязкость,обеспечивающая запуск холодного двигателя (maximumlow-temperature cranking viscosity), определяется при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS (ColdCranking Simulator) (ASTM D 5293);
• максимальная низкотемпературная вязкость,обеспечивающая прокачиваемость маслав двигателе (maximumlow-temperature pumping), определяется при помощи мини-ротационного вискозиметра MRV (Mini-RotaryViscometer) по методу ASTM D 4684;
• в качестве дополнительной информации о низкотемпературной вязкости, могут быть определены граничная (предельная) температура прокачиванияпо ASTM 3829 (borderline pumping temperature) и вязкость при низкой температуре и низкой скорости сдвига (low temperature, low shear rate viscosity), так называемая тенденция к желеобразованию или индекс желирования (gelation index). Определяется на сканирующем вискозиметре Брукфильда по методике ASTM D 51: (Scanning Brookfield method);
• фильтруемость (filterability) моторных масел при низкой температуре показывает тенденцию образования твердых парафинов или других неоднородностей, приводящих к закупориванию масляного фильтра. Некоторое влияние на фильтруемость может оказать наличие воды в холодном масле. Фильтруемость моторных масла определяется по стандарту «General Motors» GM 9099P «Тест на определение фильтруемости моторного масла» (Engine Oil Filterability Test-EOFT) и оценивается как снижение потока в %.

Читайте также:  Нива шеви доработка своими руками

Характеристики высокотемпературной вязкости:

• Кинематическая вязкость, определяемая на стеклянном капиллярном вискозиметре при 100°С и низкой скорости сдвига (ASTM D 445).
• Вязкость при высокой температуре и высокой скорости сдвига HTHS, определяемая при температуре 150°С и скорости сдвига 10 6 с -1 Определяется: в Америке — с помощью имитатора конического подшипника TBS(TaperedBearing Simulator) (рис. 2.36) по методике ASTM D 4683, а в Европе — на вискозиметре Равенфильда или конической пробке ТВР, аналогичной конструкции (Ravenfield Viscometer, Tapered-Plug Viscometer), по методикам СЕС L-36-A-90 или ASTM D 4741;
• Стабильность к сдвигу (shear stability) — это способность масла сохранять стабильную вязкость при продолжительном воздействии высокой деформации сдвига. Определяется: в Европе с помощью насос-форсунки Бош (Bosch injector), через которую 30 раз пропускается нагретое до 100°С масло и измеряется снижение вяз­кости (СЕС L-14-A-88), в Америке — также (ASTM D 6278) или в стендовом бензи­новом двигателе CRC L-38 после 10 часовой работы (ASTM D 5119).

Рассмотрим некоторые особенности методов определения вязкости. Вискозиметр Брукфильда — это прибор для определения низкотемпературной вязкости при низкой скорости сдвига. Он снабжен комплектом роторов разной величины и формы. Скорость можно менять ступенчато в широких пределах. Во время изменения скорость поддерживается постоянной. Крутящий момент является мерой кажущейся вязкости. Расстояние между статором и ротором сравнительно большое, поэтому счита­ется, что скорость сдвига низка и стенки сосуда вискозиметра не влияют на величину вязкости, которая в этом случае рассчитывается по силе внутреннего трения масла и называется вязкостью по Брукфильду (Brookfield viscosity) (в Па-с), или кажущейся вязкос­тью (apparent viscosity). Этим методом определяется кажущаяся вязкость автомобильных трансмиссионных масел при низкой температуре (по стандартам ASTM D 2983, SAEJ 306, DIN 51398).

Низкотемпературная вязкость запуска двигателя (low-temperature cranking viscosity) является показателем способности масла течь и смазывать узлы трения в холод­ном двигателе. Она определяется при помощи имитатора запуска холодного двигате­ля CCS (Cold Cranking Simulator)(DIN 51 377, ASTM D 2602). Имитатор CCS является ротационным вискозиметром с малым расстоянием между профилированным (не цилиндрическим) ротором и прилегающим к нему статором. Таким образом, имитируются зазоры в подшипниках двигателя. Специальным двигателем поддерживается постоянный крутящий момент при заданных температурах, а скорость вращения является мерой вязко­сти. Вискозиметр калибруется с применением эталонного масла. Применяется для опреде­ления вязкости запуска (cranking viscosity) в сантипуазах (сП) при разных заданных тем­пературах, соответственно с предполагаемой степенью вязкости SAE для моторного масла (-5° для SAE 25W; -10° для SAE 20W; -15° для SAE 15W; -20° для SAE 10W; -25° для SAE 5W и -30°С для SAE 0W).

Вязкость прокачивания (pumping viscosity) является мерой способности масла течь и создавать необходимое давление в системе смазки в начальной стадии работы холодного двигателя. Вязкость прокачивания измеряется в сантипуазах (сП = мПа с) и определяется согласно ASTM D 4684 на мини-ротационном вискозиметре MRV. Этот показатель важен для масел, способных желировать при медленном охлаждении. Таким свойством чаще всего обладают всесезонные минеральные моторные масла (SAE 5W-30, SAE 10W-30 и SAE 10W-40). При испытании определяется либо напряжение сдвига, необходимое для разру­шения желе, либо вязкость при отсутствии напряжения сдвига. Вязкость прокачивания определяется при разных заданных температурах (от -15° для SAE 25W до -40°С для SAE 0W). Прокачивание обеспечивается только для масел с вязкостью не более 60 000 mPa s. Наименьшая температура, при которой масло может прокачиваться, называется нижней температурой прокачивания, ее значение близко к наименьшей температуре эксплуатации.

Температурная зависимость вязкости при низкой температуре и ним напряжении сдвига (low temperature, low shearrate, viscosity/temperature dependent определяется по методике ASTM D 5133 при помощи сканирующего вискозиметр Брукфильда (Scanning Brookfield method). Этот показатель необходим для оценки способности масла поступать в систему смазки и к узлам трения в холодном двигателе после егодлительного пребывания при низкой температуре. Перед измерением масло должно пpoйти определенный цикл охлаждения, как и при определении равновесной температуре застывания (stable pour point). Такое испытание занимает много времени и применяется в основном при разработке новых рецептур масел.

Читайте также:  Выжимной подшипник уаз патриот

Оценка фильтруемости масел по методу GM P9099 введена в категории SH, SJ и ILSAC GF-1, GF-2 для масел SAE 5W-30 и SAE 10W-30. Этот метод разработан фирмой «General Motors» и применяется ею с 1980 г. Он имитирует закупоривание масляного фильтра осадком, образующимся в присутствии воды и конденсата прорывающихся картерных газов при краткосрочной работе после длительной стоянки. Оценку проводят по относительному снижению скорости потока через фильтр при последовательном испытании масла и смеси масла с водой. Смесь приготавливают медленным перемешиванием в течем 30 с в закрытой мешалке 49,7 г масла, 0,3 г деионизированной воды и сухого льда. После перемешивания смесь в открытом сосуде выдерживают в печи при температуре 70°С в течение 30 мин. Затем ее охлаждают до 20 — 24 °С и выдерживают при этой температуре 48 — 50 ч. Снижение скорости потока не должно быть более чем на 50%.

Стабильность к сдвигу это способность масла сохранять постоянную величину вязкости под воздействием высокой деформации сдвига при эксплуатации. При быстром скольжении поверхностей трения достигается высокая скорость течения масла в узких зазорах и проявляется высокая деформация сдвига, которая вызывает деструкцию молекул полимеров (загустителей) входящих в состав масла. Устойчивость к деформации сдвига является важным показателем для масел, применяемых в современных высокоскоростных, высоконагруженных, мощных и малогабаритных двигателях. Способность масла сохранять стабильную вязкость определяется временем, в течение которого вязкость изменяется до определенной величины. Иногда пользуются показателем индекса стабильности к сдвигу SSI (shearstability index). Он определяется соотношением потери вязкости эффекта загущения полимерным загустителем, выраженное в %. SSI определяется разными методами: в Европе используют дизельную насос-форсунку конструкции Бош (Bosch injector) (CEC L-14-A-88). В Америке этот показатель определяется двумя методами — как в Eвpone (ASTM D 6278) или в стендовом бензиновом двигателе CRC L-; после 10-часовой работы (ASTM D 5119).

При сравнительно небольшой деформации сдвига, полимерные молекулы только раскручиваются, а после снятия напряжения, со временем, могут восстановить свою конфигурацию и вязкость. Такое снижение вязкости называется временным (temporary viscosity loss — TVL) и иногда наблюдается при определении HTHS вязкости на ротационном вискозиметре — имитаторе конического подшипника.

Зависимость вязкости от давления

При повышении давления, уменьшается оббьем и усиливается взаимное притяжение молекул и увеличивается сопротивление течению, вязкость масла увеличивается. При повышении температуры имеет место противоположный процесс и вязкость масла уменьшается.

При низкой температуре и высоком давлении вязкость масла в зацеплении шестерен, может увеличиться настолько, что масло станет твердой пластичной массой. Это явление оказывает определенное положительное действие, так как масло в пластичном состоянии не вытекает из зазора сопряженных поверхностей и уменьшает влияние ударных нагрузок на детали.

С повышением температуры вязкость масла понижается. Характер изменения вязкости выражается параболой. Такая зависимость неудобна для экстраполяции для расчетов вязкости. Поэтому кривую зависимости вязкости от температуры строят полулогарифмических координатах, в которых эта зависимость приобретает практически прямой характер.

Что-бы не «парить» читателя физическими формулами, Законами Ньютона, уравнениями Навье-Стокса и Френкеля-Андраде, предлагаю представить отношение силы, способной сдвинуть определенную площадь масла на определенное расстояние, к этой самой площади масла. Это и будет коэффициент динамической вязкости или просто — динамическая вязкость масла. Сложновато, правда.

Как вычислить динамическую вязкость

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

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

Полезное в динамической вязкости

Рассмотрим моторное масло с вязкостью SAE 5W30. Первая цифра в этом обозначении 5 — это и есть показатель динамической вязкости для данного моторного масла. Как это использовать? Просто.

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

Читайте также:  Набор инструментов бергер отзывы

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

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

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

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

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

Единица измерения динамической вязкости

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

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

Кинематическая и динамическая вязкость

Каждый тип жидкости обладает разным количеством сопротивлений деформации. Мера этого сопротивления называется вязкостью. Вязкость выражает устойчивость жидкости к напряжению или напряжению сдвига.

В общем, вязкость – это тонкость или толщина текучей среды. Отличным примером этого является различие вязкости воды и меда. Вода считается «тонкой», поэтому вязкость ниже. С другой стороны, мед значительно «толстый» и представляет собой жидкость с более высокой вязкостью.

Вязкость также может рассматриваться как мера трения жидкостей, так как она также описывает внутреннее сопротивление потока жидкости. Существует два способа отчета или измерения вязкости жидкости. Его можно либо выражать как динамическую вязкость, либо кинематическую вязкость. Многие из них смешиваются между этими двумя типами выражения вязкости, а некоторые даже считают их одними и теми же. На самом деле это два существенно разных выражения.

Динамическая вязкость, которая также называется абсолютной вязкостью или просто вязкостью, представляет собой количественное выражение устойчивости жидкости к потоку (сдвигу). Физические динамисты, инженеры-химики и механики обычно рассматривают использование греческой буквы mu (Âμ) в качестве символа для обозначения динамической вязкости. Химики и физики, с другой стороны, обычно используют «n» в качестве символа.

Его единица СИ находится в pascal-second (Pa.s) или N.m ^ -2.s. Для cgs динамическая вязкость находится в единице, называемой «пуаз», которая взята из названия Жан Луи Мари Пуазейля. Однако наиболее распространенным выражением является сантипуаз (cP), который в основном используется в стандартах ASTM.

С другой стороны, кинематическая вязкость представляет собой отношение вязкой силы к инерционной силе. Инерционная сила характеризуется плотностью жидкости (р). Кинематическая вязкость символизируется греческой буквой nu (v).

Кинематическая вязкость математически определяется как:

Для единиц СИ оно выражается как m ^ 2 / s. Кинематическая вязкость также выражается в стоках (St) или сантистоках (ctsk или cSt) для единиц cgs. Он назван в честь Джорджа Габриэля Стоукса. Следует отметить, что вода (H2O) при 20 градусах Цельсия составляет около 1 сСт.

Кинематическую вязкость иногда называют диффузией импульса, поскольку она имеет ту же единицу по сравнению с коэффициентом диффузии массы и диффузии тепла. Поэтому он используется в безразмерных числах, что сравнивает коэффициент диффузии.

1. Динамическая вязкость – это количественное выражение устойчивости жидкости к потоку, а кинематическая вязкость – отношение вязкой силы жидкости к инерционной силе.

2. Динамическая вязкость символизируется либо «Âμ», либо «n», а кинематическая вязкость математически символизируется «v».

3. В системе единиц cgs динамическая вязкость находится в единице, называемой «пуаз», которая взята из названия Jean Louis Marie Poiseuille, тогда как кинематическая вязкость выражается в «стоках» (St) или сантистоках (ctsk или cSt) , которые названы в честь Джорджа Габриэля Стоукса.

4. Динамическую вязкость иногда называют абсолютной вязкостью или просто вязкостью, а кинематическую вязкость иногда называют диффузией импульса.

Источник: kalina-2.ru