粘度概念及换算

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1、粘度（ 液 体 在 流 动 时 ， 在 其 分 子 间 产 生 内 摩 擦 的 性 质 ， 称 为 液 体 的 黏 性 ， 粘 性 的 大 小用 黏 度 表 示 ， 粘 度 又 分 为 动 力 黏 度 与 运 动 黏 度 度 。 ）粘 度 基 础 知 识 ： 1.黏 度 ： 将 流 动 着 的 液 体 看 作 许 多 相 互 平 行 移 动 的 液 层 , 各 层 速 度 不 同 ,形 成 速度 梯 度 (dv/dx),这 是 流 动 的 基 本 特 征 .(见 图 ) 由 于 速 度 梯 度 的 存 在 ,流 动 较 慢 的 液 层 阻滞 较 快 液 层 的 流 动 ,因 此 .液 体 产

2、生 运 动 阻 力 .为 使 液 层 维 持 一 定 的 速 度 梯 度 运 动 ,必 须对 液 层 施 加 一 个 与 阻 力 相 反 的 反 向 力 . 在 单 位 液 层 面 积 上 施 加 的 这 种 力 ,称 为 切 应 力(N/m2). 切 变 速 率 (D) D=d v /d x (S-1) 切 应 力 与 切 变 速 率 是 表 征 体 系 流 变 性 质的 两 个 基 本 参 数 牛 顿 以 图 4-1 的 模 式 来 定 义 流 体 的 粘 度 。 两 不 同 平 面 但 平 行 的 流 体， 拥 有 相 同 的 面 积 ”A”， 相 隔 距 离 ”dx”， 且 以 不 同

3、 流 速 ”V1”和 ”V2”往 相 同 方 向 流 动 ， 牛顿 假 设 保 持 此 不 同 流 速 的 力 量 正 比 于 流 体 的 相 对 速 度 或 速 度 梯 度 ， 即 ： = dv/dx =D（ 牛 顿 公 式 ） 其 中 与 材 料 性 质 有 关 ， 我 们 称 为 “粘 度 ”。 2.黏 度 定 义 ： 将 两 块 面 积 为 1m2 的 板 浸 于 液 体 中 ,两 板 距 离 为 1 米 ,若 加 1N 的 切应 力 ,使 两 板 之 间 的 相 对 速 率 为 1m/s,则 此 液 体 的 粘 度 为 1Pa.s。 牛 顿 流 体 ： 符 合 牛顿 公 式 的 流

4、体 。 粘 度 只 与 温 度 有 关 ， 与 切 变 速 率 无 关 ， 与 D 为 正 比 关 系 。 非牛 顿 流 体 ： 不 符 合 牛 顿 公 式 /D=f（ D） ， 以 a 表 示 一 定 （ /D） 下 的 粘 度 ， 称 表 观粘 度 。 又 称 黏 性 系 数 、 剪 切 粘 度 或 动 力 粘 度 。 流 体 的 一 种 物 理 属 性 ， 用 以 衡 量 流 体 的 粘性 ， 对 于 牛 顿 流 体 ， 可 用 牛 顿 粘 性 定 律 定 义 之 ： 式 中 为 流 体 的 黏 度 ； yx 为 剪 切 应 力 ； ux 为 速 度 分 量 ； x、 y 为 坐 标 轴

5、 ； dux/dy 为 剪 切 应 变 率 。 流 体 的 粘 度 与 其 密 度 的 比 值 称 为 运 动 粘 度 ， 以 v 表 示 。 粘 度 随 温 度 的 不 同 而 有 显 著 变 化 ， 但 通 常 随 压 力 的 不 同 发 生 的 变 化 较 小 。 液 体 粘 度随 着 温 度 升 高 而 减 小 ， 气 体 粘 度 则 随 温 度 升 高 而 增 大 。 对 于 溶 液 ， 常 用 相 对 粘 度 r表 示 溶 液 粘 度 和 溶 剂 粘 度 之 比 ， 即 ： 相 对 粘 度 与 浓 度 C 的 关 系 可 表 示 为 ： r 1 【 】 C K【 】 C 式 中 【

6、 】 为 溶 液 的 特 性 粘 度 ， K为 系 数 。 【 】 、 K均 与 浓 度 无 关 。 不 同 流 体 的 粘 度 差 别 很 大 。 在 压 强 为 101.325kPa、 温 度 为 20 的 条 件 下 ， 空 气、 水 和 甘 油 的 动 力 粘 度 和 运 动 粘 度 为 ： 空 气 17.910Pas， v 14.810m/s 水 1.0110Pas， v 1.0110m/s甘 油 1.499Pas， v 1.1910m/s由 于 粘 度 的 作 用 ， 使 物 体 在 流 体 中 运 动 时 受 到 摩 擦 阻 力 和 压 差 阻 力 ， 造 成 机 械 能 的损

7、耗 （ 见 流 动 阻 力 ） 。 各 种 流 体 的 粘 度 数 据 ， 主 要 由 实 验 测 得 。 常 用 的 粘 度 计 有 毛 细 管 式 、 落 球 式 、 锥板 式 、 转 筒 式 等 。 在 工 业 上 有 时 用 特 定 形 式 的 粘 度 计 来 测 定 特 定 的 条 件 粘 度 。 如 炼 油 工业 中 常 用 恩 氏 粘 度 （ 或 恩 格 拉 粘 度 ） 作 为 石 油 产 品 的 一 个 指 标 ， 它 表 示 某 一 温 度 下200cm 油 品 与 同 体 积 20 纯 水 ， 从 恩 氏 粘 度 计 中 流 出 所 需 时 间 之 比 。 恩 氏 粘 度

8、与 动 力粘 度 的 关 系 可 按 经 验 公 式 换 算 。 又 如 橡 胶 工 业 中 常 用 门 尼 粘 度 为 衡 量 橡 胶 平 均 分 子量 及 可 塑 性 的 一 个 指 标 。 在 缺 少 粘 度 实 验 数 据 时 ， 可 按 理 论 公 式 或 经 验 公 式 估 算 粘 度 。 对 于 压 力 不 太 高 的 气体 ， 估 算 结 果 较 准 ； 对 于 液 体 则 较 差 。 对 非 均 相 流 体 （ 如 低 浓 度 悬 浮 液 ） 的 粘 度 ， 可 以用 爱 因 斯 坦 公 式 估 算 ： 式 中 m 为 悬 浮 液 的 粘 度 ； 为 连 续 相 液 体 的

9、粘 度 ; 为 悬 浮 液 中 分 散 相 的 体 积 分数 ； d 为 分 散 相 粘 度 。 当 分 散 相 为 固 体 颗 粒 时 ， d ， ； 当 分 散 相 为 气 泡 时 ， d 0， m=(1+) 。3.粘 度 测 定 有 ： 动 力 粘 度 、 运 动 粘 度 和 条 件 粘 度 三 种 测 定 方 法 。 (1)动 力 粘 度 ： t 是 二 液 体 层 相 距 1 厘 米 ， 其 面 积 各 为 1(平 方 厘 米 )相 对 移 动 速 度为 1 厘 米 /秒 时 所 产 生 的 阻 力 ， 单 位 为 克 /里 米 秒 。 1 克 /厘 米 秒 =1 泊 一 般 ： 工

10、 业 上 动力 粘 度 单 位 用 泊 来 表 示 。 (2)运 动 粘 度 ： 在 温 度 t 时 ， 运 动 粘 度 用 符 号 表 示 ， 在 国 际 单 位 制 中 ， 运 动 粘度 单 位 为 斯 ， 即 每 秒 平 方 米 (m2/s)， 实 际 测 定 中 常 用 厘 斯 ， (cst)表 示 厘 斯 的 单 位 为 每秒 平 方 毫 米 (即 1cst=1mm2/s)。 运 动 粘 度 广 泛 用 于 测 定 喷 气 燃 料 油 、 柴 油 、 润 滑 油等 液 体 石 油 产 品 深 色 石 油 产 品 、 使 用 后 的 润 滑 油 、 原 油 等 的 粘 度 ， 运 动

11、粘 度 的 测 定 采用 逆 流 法 (3)条 件 粘 度 ： 指 采 用 不 同 的 特 定 粘 度 计 所 测 得 的 以 条 件 单 位 表 示 的 粘 度 ， 各 国 通常 用 的 条 件 粘 度 有 以 下 三 种 ： 恩 氏 粘 度 又 叫 思 格 勒 (Engler)粘 度 。 是 一 定 量 的 试 样 ， 在 规 定 温 度 (如 ： 50、 80 、 100 )下 ， 从 恩 氏 粘 度 计 流 出 200 毫 升 试 样 所 需 的 时 间 与 蒸 馏 水 在 20流 出 相 同 体 积 所 需 要 的 时 间 (秒 )之 比 。 温 度 t时 ， 恩 氏 粘 度 用 符

12、 号 Et 表 示 ， 恩氏 粘 度 的 单 位 为 条 件 度 。 赛 氏 粘 度 ， 即 赛 波 特 (sagbolt)粘 度 。 是 一 定 量 的 试 样 ， 在 规 定 温 度 (如 100ºF、 F210F 等 )下 从 赛 氏 粘 度 计 流 出 200 毫 升 所 需 的 秒 数， 以 “秒 ”单 位 。 赛 氏 粘 度 又 分 为 赛 氏 通 用 粘 度 和 赛 氏 重 油 粘 度 (或 赛 氏 弗 罗 (Furol)粘度 )两 种 。 雷 氏 粘 度 即 雷 德 乌 德 (Redwood)粘 度 。 是 一 定 量 的 试 样 ， 在 规 定 温 度 下， 从 雷

13、 氏 度 计 流 出 50 毫 升 所 需 的 秒 数 ， 以 “秒 ”为 单 位 。 雷 氏 粘 度 又 分 为 雷 氏 1 号 (Rt表 示 )和 雷 氏 2 号 (用 RAt 表 示 )两 种 。上 述 三 种 条 件 粘 度 测 定 法 ， 在 欧 美 各 国 常 用 ， 我 国 除 采 用 恩 氏 粘 度 计 测 定 深 色 润 滑油 及 残 渣 油 外 ， 其 余 两 种 粘 度 计 很 少 使 用 。 三 种 条 件 粘 度 表 示 方 法 和 单 位 各 不 相 同 ， 但它 们 之 间 的 关 系 可 通 过 图 表 进 行 换 算 。 同 时 恩 氏 粘 度 与 运 动 粘

14、 度 也 可 换 算 ， 这 样 就 方 便灵 活 得 多 了 。 粘 度 的 测 定 有 许 多 方 法 ， 如 转 桶 法 、 落 球 法 、 阻 尼 振 动 法 、 杯 式 粘 度 计 法 、 毛 细 管法 等 等 。 对 于 粘 度 较 小 的 流 体 ， 如 水 、 乙 醇 、 四 氯 化 碳 等 ， 常 用 毛 细 管 粘 度 计 测 量 ； 而对 粘 度 较 大 流 体 ， 如 蓖 麻 油 、 变 压 器 油 、 机 油 、 甘 油 等 透 明 （ 或 半 透 明 ） 液 体 ， 常 用落 球 法 测 定 ； 对 于 粘 度 为 0.1 100Pas 范 围 的 液 体 ， 也

15、可 用 转 筒 法 进 行 测 定 。4.其 他 概 念 ： 实 验 室 测 定 粘 度 的 原 理 一 般 大 都 是 由 斯 托 克 斯 公 式 和 泊 肃 叶 公 式 导 出有 关 粘 滞 系 数 的 表 达 式 ， 求 得 粘 滞 系 数 。 粘 度 的 大 小 取 决 于 液 体 的 性 质 与 温 度 ， 温度 升 高 ， 粘 度 将 迅 速 减 小 。 因 此 ， 要 测 定 粘 度 ， 必 须 准 确 地 控 制 温 度 的 变 化 才 有 意 义 。粘 度 参 数 的 测 定 ， 对 于 预 测 产 品 生 产 过 程 的 工 艺 控 制 、 输 送 性 以 及 产 品 在

16、使 用 时 的 操 作性 ， 具 有 重 要 的 指 导 价 值 ， 在 印 刷 、 医 药 、 石 油 、 汽 车 等 诸 多 行 业 有 着 重 要 的 意 义 。1845 年 ， 英 国 数 学 家 、 物 理 学 家 斯 托 克 斯 （ G. G. Stokes, 1819-1903） 和 法国 的 纳 维 （ C.L.M.H. Navier） 等 人 分 别 推 导 出 粘 滞 流 体 力 学 中 最 基 本 的 方 程 组 ， 即纳 维 -斯 托 克 斯 方 程 ， 奠 定 了 传 统 流 体 力 学 的 基 础 。1851 年 ， 斯 托 克 斯 推 导 出 固 体 球 体 在 粘 性 介 质 中 作 缓 慢 运 动 时 所 受 的 阻 力 的 计 算公 式 ， 得 出 在 给