Odabir motornog ulja ozbiljan je zadatak za svakog auto-entuzijasta. A glavni parametar po kojem treba napraviti odabir je viskoznost ulja. Viskozitet ulja karakterizira stupanj debljine motorne tekućine i njegovu sposobnost da održi svoja svojstva pod temperaturnim promjenama.
Pokušajmo shvatiti u kojim jedinicama treba mjeriti viskoznost, koje funkcije obavlja i zašto igra ogromnu ulogu u radu cijelog motornog sistema.
Rad motora s unutarnjim sagorijevanjem uključuje kontinuiranu interakciju njegovih strukturnih elemenata. Zamislimo na trenutak da motor radi na suho. Šta će biti s njim? Prvo, sila trenja će povećati temperaturu unutar uređaja. Drugo, doći će do deformacije i habanja dijelova. I konačno, sve će to dovesti do potpunog zaustavljanja motora s unutarnjim sagorijevanjem i nemogućnosti njegove daljnje upotrebe. Pravilno odabrano motorno ulje obavlja sljedeće funkcije:
- štiti motor od pregrijavanja,
- sprečava brzo trošenje mehanizama,
- sprečava nastanak korozije,
- uklanja čađ, čađ i produkte sagorijevanja goriva izvan sistema motora,
- pomaže u povećanju resursa pogonske jedinice.
Stoga je normalno funkcioniranje motornog odjela bez tekućine za podmazivanje nemoguće.
Bitan! Sipajte u motor vozilo Potrebno vam je samo ulje čija viskoznost zadovoljava zahtjeve proizvođača automobila. U ovom slučaju, efikasnost će biti maksimalna, a trošenje radnih jedinica minimalno. Ne biste trebali vjerovati mišljenjima prodajnih savjetnika, prijatelja i stručnjaka za autoservis ako se razlikuju od uputa za automobil. Uostalom, samo proizvođač može sa sigurnošću znati čime napuniti motor.
Indeks viskoznosti ulja
Koncept viskoznosti ulja podrazumijeva sposobnost tečnosti da bude viskozna. Određuje se pomoću indeksa viskoznosti. Indeks viskoznosti ulja je vrijednost koja pokazuje stepen viskoznosti uljne tekućine pri promjenama temperature. Maziva visokog stepena viskoznosti imaju sljedeća svojstva:
- Kada je motor hladan, zaštitni film ima jaku fluidnost, što osigurava brzo i ujednačena distribucija maziva po cijeloj radnoj površini;
- zagrijavanje motora uzrokuje povećanje viskoznosti filma. Ovo svojstvo vam omogućava održavanje zaštitnog filma na površinama pokretnih dijelova.
One. Ulja s visokim indeksom viskoznosti lako se prilagođavaju temperaturnim preopterećenjima, dok nizak indeks viskoznosti motornog ulja ukazuje na manju sposobnost. Takve tvari imaju tečnije stanje i formiraju tanak zaštitni film na dijelovima. U uvjetima negativnih temperatura, motorna tekućina s niskim indeksom viskoznosti će otežati pokretanje agregata, a na visokim temperaturama neće moći spriječiti velike sile trenja.
Indeks viskoznosti se izračunava prema GOST 25371-82. Možete ga izračunati koristeći internetske usluge na Internetu.
Kinematička i dinamička viskoznost
Stupanj duktilnosti materijala motora određuju dva pokazatelja - kinematička i dinamička viskoznost.
Motorno ulje
Kinematički viskozitet ulja je pokazatelj koji odražava njegovu tečnost na normalnim (+40 stepeni Celzijusa) i visokim (+100 stepeni Celzijusa) temperaturama. Metoda za mjerenje ove vrijednosti zasniva se na upotrebi kapilarnog viskozimetra. Uređaj mjeri vrijeme potrebno da uljna tekućina iscuri na datim temperaturama. Kinematički viskozitet se mjeri u mm 2 /s.
Dinamički viskozitet ulja se također izračunava empirijski. Prikazuje silu otpora uljne tekućine koja nastaje prilikom kretanja dva sloja ulja, razmaknutih 1 centimetar i koji se kreću brzinom od 1 cm/s. Mjerne jedinice za ovu količinu su Pascal sekunde.
Određivanje viskoznosti ulja mora se odvijati pod različitim temperaturnim uslovima, jer tečnost nije stabilna i mijenja svoja svojstva na niskim i visokim temperaturama.
U nastavku je prikazana tabela viskoziteta motornog ulja prema temperaturi.
Objašnjenje oznake motornog ulja
Kao što je ranije napomenuto, viskoznost je glavni parametar zaštitne tekućine, karakterizirajući njenu sposobnost da osigura performanse vozila u različitim klimatskim uslovima.
Prema međunarodnom SAE klasifikacijskom sistemu, motorna maziva mogu biti tri vrste: zimska, ljetna i cjelogodišnja.
Ulje namijenjeno za zimsku upotrebu označeno je brojem i slovom W, na primjer 5W, 10W, 15W. Prvi simbol oznake označava raspon negativnih radnih temperatura. Slovo W – od engleska riječ"Zima" - zima - obavještava kupca o mogućnosti korištenja maziva u teškim uvjetima niske temperature. Ima veću fluidnost od svog ljetnog pandana kako bi osigurao lako pokretanje na niskim temperaturama. Tečni film trenutno obavija hladne elemente i olakšava njihovo pomicanje.
Granica negativnih temperatura na kojima ulje ostaje u funkciji je sljedeća: za 0W - (-40) stepeni Celzijusa, za 5W - (-35) stepeni, za 10W - (-25) stepeni, za 15W - (-35) stepeni.
Ljetna tekućina ima visoku viskoznost, što omogućava da se film čvršće "zalijepi" za radne elemente. Na previsokim temperaturama, ovo ulje se ravnomjerno raspoređuje po radnoj površini dijelova i štiti ih od jakog trošenja. Ovo ulje je označeno brojevima, na primjer, 20,30,40, itd. Ova brojka karakterizira granicu visoke temperature u kojoj tekućina zadržava svoja svojstva.
Bitan! Šta znače brojevi? Brojevi ljetnog parametra ni na koji način ne znače maksimalna temperatura, na kojoj vozilo može da radi. One su uslovne i nemaju nikakve veze sa stepenom skale.
Ulje viskoziteta od 30 radi normalno na temperaturama okruženje do +30 stepeni Celzijusa, 40 – do +45 stepeni, 50 – do +50 stepeni.
Lako je prepoznati univerzalno ulje: njegova oznaka uključuje dva broja i slovo W između njih, na primjer, 5w30. Njegova upotreba podrazumijeva sve klimatske uslove, bilo da su oštre zime ili vruća ljeta. U oba slučaja, ulje će se prilagoditi promjenama i održati funkcionalnost cijelog sistema motora.
Usput, klimatski raspon univerzalnog ulja određuje se jednostavno. Na primjer, za 5W30 varira od minus 35 do +30 stepeni Celzijusa.
Cjelogodišnja ulja su zgodna za korištenje, zbog čega se češće nalaze na policama auto kuća nego ljetne i zimske opcije.
Da biste dobili bolju predstavu o tome koji je viskozitet motornog ulja prikladan u vašem području, ispod je tabela koja prikazuje raspon radnih temperatura za svaku vrstu maziva.
Prosječni rasponi performansi ulja
Nakon što smo shvatili šta znače brojevi u viskoznosti ulja, prijeđimo na sljedeći standard. Klasifikacija motornog ulja prema viskoznosti također utječe na API standard. Ovisno o vrsti motora, API oznaka počinje slovom S ili C. S označava benzinske motore, C znači dizel motore. Drugo slovo klasifikacije označava klasu kvaliteta motornog ulja. I što je ovo slovo dalje od početka abecede, to je boljeg kvaliteta zaštitna tečnost.
Za sisteme benzinskih motora postoje sljedeće oznake:
- SC – godina proizvodnje prije 1964
- SD – godina proizvodnje od 1964. do 1968. godine.
- SE – godina proizvodnje od 1969. do 1972. godine.
- SF – godina proizvodnje od 1973. do 1988. godine.
- SG – godina proizvodnje od 1989. do 1994. godine.
- SH – godina proizvodnje od 1995. do 1996. godine.
- SJ – godina proizvodnje od 1997. do 2000. godine.
- SL – godina proizvodnje od 2001. do 2003. godine.
- SM – godina proizvodnje nakon 2004
- SN – automobili opremljeni savremeni sistem neutralizacija izduvnih gasova.
za dizel:
- CB – godina proizvodnje prije 1961
- CC – godina proizvodnje prije 1983
- CD – godina izdanja prije 1990
- CE – godina proizvodnje prije 1990. (turbo motor).
- CF – godina proizvodnje od 1990, (turbo motor).
- CG-4 – godina proizvodnje od 1994, (turbo motor).
- CH-4 – godina proizvodnje: 1998
- CI-4 – moderni automobili (turbo motor).
- CI-4 plus je mnogo viša klasa.
Ono što je dobro za jedan motor, u opasnosti je da se popravi za drugi.
Motorno ulje
Mnogi vlasnici automobila sigurni su da vrijedi odabrati viskoznija ulja, jer su ona ključ za dugotrajan rad motora. Ovo je ozbiljna zabluda. Da, stručnjaci ulijevaju ulje visokog stupnja viskoznosti ispod haube trkaćih automobila kako bi postigli maksimalan vijek trajanja pogonske jedinice. Ali obični putnički automobili opremljeni su drugačijim sistemom, koji će se jednostavno ugušiti ako je zaštitni film predebeo.
Koja je viskoznost ulja dopuštena za korištenje u motoru određene mašine opisana je u bilo kojem priručniku za upotrebu.
Uostalom, prije pokretanja masovne prodaje modela, proizvođači automobila proveli su veliki broj testova, uzimajući u obzir moguće načine vožnje i rad tehnička sredstva u raznim klimatskim uslovima. Analizom ponašanja motora i njegove sposobnosti da održi stabilan rad pod određenim uslovima, inženjeri su uspostavili prihvatljive parametre za podmazivanje motora. Odstupanje od njih može izazvati smanjenje snage pogonskog sistema, njegovo pregrijavanje, povećanje potrošnje goriva i još mnogo toga.
Motorno ulje u motoru
Zašto je stepen viskoznosti toliko važan u radu mehanizama? Zamislite na trenutak unutrašnjost motora: između cilindara i klipa postoji razmak, čija veličina bi trebala omogućiti moguće širenje dijelova uslijed visokih temperaturnih promjena. Ali za maksimalnu efikasnost, ovaj zazor mora imati minimalnu vrijednost, sprečavajući da izduvni plinovi koji nastaju tokom sagorijevanja mješavine goriva uđu u sistem motora. Kako bi se osiguralo da se tijelo klipa ne zagrije od kontakta s cilindrima, koristi se motorno mazivo.
Nivo viskoznosti ulja mora osigurati performanse svakog elementa pogonskog sistema. Proizvođači agregata moraju postići optimalan omjer minimalnog razmaka između trljajućih dijelova i uljnog filma, sprječavajući prijevremeno trošenje elemenata i produžavajući radni vijek motora. Slažete se, sigurnije je vjerovati službenim predstavnicima marke automobila, znajući kako je to znanje stečeno, nego vjerovati "iskusnim" vozačima koji se oslanjaju na intuiciju.
Šta se dešava kada se motor pokrene?
Ako je vaš "željezni prijatelj" cijelu noć stajao na hladnom, onda će sljedećeg jutra viskozitet ulja ulivenog u njega biti nekoliko puta veći od izračunate radne vrijednosti. U skladu s tim, debljina zaštitnog filma će premašiti praznine između elemenata. Kada se hladan motor pokrene, njegova snaga opada i temperatura u njemu raste. Tako se motor zagrijava.
Bitan! Tokom zagrevanja, ne biste trebali davati povećano opterećenje. Pregusto mazivo će ometati kretanje glavnih mehanizama i dovesti do smanjenja vijeka trajanja vozila.
Viskoznost motornog ulja na radnim temperaturama
Nakon što se motor zagrije, sistem hlađenja se aktivira. Jedan ciklus motora izgleda ovako:
- Pritisak na papučicu gasa povećava brzinu motora i povećava opterećenje na njemu, zbog čega se povećava sila trenja dijelova (budući da previše adstrigentna tekućina još nije imala vremena da uđe u praznine između dijelova),
- temperatura ulja raste,
- smanjuje se stepen njegove viskoznosti (povećava se fluidnost),
- smanjuje se debljina sloja ulja (curenje u praznine između dijelova),
- sila trenja se smanjuje,
- Temperatura uljnog filma se smanjuje (djelimično uz pomoć rashladnog sistema).
Svaki motorni sistem radi na ovom principu.
Viskoznost motornih ulja na temperaturi od – 20 stepeni
Ovisnost viskoznosti ulja o radnoj temperaturi je očigledna. Kao što je očigledno da visoki nivo zaštita motora ne bi trebalo da se smanji tokom čitavog perioda rada. Najmanje odstupanje od norme može dovesti do nestanka filma motora, što će zauzvrat negativno utjecati na "bezobrani" dio.
Svaki motor sa unutrašnjim sagorevanjem, iako ima sličan dizajn, ima unikatni set potrošačka svojstva: snaga, efikasnost, ekološka prihvatljivost i obrtni moment. Ove razlike se objašnjavaju razlikom u zazorima motora i radnim temperaturama.
Kako bi se što preciznije odabralo ulje za vozilo, razvijene su međunarodne klasifikacije motornih tekućina.
Klasifikacija predviđena SAE standardom obavještava vlasnike automobila o prosječnom rasponu radne temperature. API, ACEA itd. klasifikacije daju jasniju predstavu o mogućnosti korištenja maziva u određenim vozilima.
Posljedice punjenja visokoviskoznog ulja
Postoje trenuci kada vlasnici automobila ne znaju kako odrediti potrebnu viskoznost motornog ulja za svoj automobil, te popuniti onu koju preporučuju prodavači. Šta se događa ako je duktilnost veća od potrebne?
Ako ulje visokog viskoziteta "prska" u dobro zagrijanom motoru, onda nema opasnosti za motor (pri normalnim brzinama). U tom će se slučaju temperatura unutar jedinice jednostavno povećati, što će dovesti do smanjenja viskoznosti maziva. One. situacija će se vratiti u normalu. Ali! Redovno ponavljanje ovog uzorka značajno će smanjiti vijek trajanja motora.
Ako iznenada „date gas“, uzrokujući povećanje brzine, stepen viskoznosti tečnosti neće odgovarati temperaturi. To će uzrokovati prekoračenje maksimalne dozvoljene temperature u motornom prostoru. Pregrijavanje će uzrokovati povećanje sile trenja i smanjenje otpornosti dijelova na habanje. Inače, samo ulje će takođe izgubiti svoja svojstva u prilično kratkom vremenskom periodu.
Nećete moći odmah saznati da viskozitet ulja nije prikladan za vozilo.
Prvi "simptomi" će se pojaviti tek nakon 100-150 hiljada kilometara. A glavni pokazatelj će biti povećanje razmaka između dijelova. Međutim, čak ni iskusni stručnjaci neće moći definitivno povezati povećanu viskoznost i brzo smanjenje vijeka trajanja motora. Upravo iz tog razloga službene autoservisne radionice često zanemaruju zahtjeve proizvođača vozila. Osim toga, isplativo im je popravljati pogonske jedinice automobila čiji je garantni rok već istekao. Zato je odabir stepena viskoznosti ulja težak zadatak za svakog ljubitelja automobila.
Preniska viskoznost: da li je opasno?
Motorno ulje
Niska viskoznost može uništiti benzinske i dizel motore. Ova činjenica se objašnjava činjenicom da se pri povećanim radnim temperaturama i opterećenjima motora povećava fluidnost omotačkog filma, zbog čega ionako tekuća zaštita jednostavno "izlaže" dijelove. Rezultat: povećana sila trenja, povećana potrošnja goriva, deformacija mehanizama. Nemoguće je dugo upravljati automobilom s napunjenom tekućinom niske viskoznosti - gotovo odmah će se zaglaviti.
Neki moderni modeli motora zahtijevaju korištenje takozvanih ulja za uštedu energije smanjenog viskoziteta. Ali mogu se koristiti samo ako postoje posebna odobrenja proizvođača automobila: ACEA A1, B1 i ACEA A5, B5.
Stabilizatori gustine ulja
Zbog stalnih temperaturnih preopterećenja, viskoznost ulja postepeno počinje opadati. A posebni stabilizatori mogu pomoći u vraćanju. Mogu se koristiti u motorima bilo koje vrste čije je trošenje dostiglo prosječan ili visok nivo.
Stabilizatori omogućavaju:
Stabilizatori
- povećati viskozitet zaštitnog filma,
- smanjiti količinu čađi i naslaga na cilindrima motora,
- smanjiti emisije štetne materije u atmosferi,
- obnavlja zaštitni sloj ulja,
- postići "tišinu" u radu motora,
- spriječiti oksidacijske procese unutar kućišta motora.
Korištenje stabilizatora omogućava ne samo povećanje perioda između zamjene ulja, već i vraćanje izgubljenog korisne karakteristike zaštitni sloj.
Vrste specijalnih maziva koje se koriste u proizvodnji
Mazivo za mašine za vreteno ima svojstva niske viskoznosti. Upotreba takve zaštite je racionalna na motorima koji imaju malo opterećenje i rade pri velikim brzinama. Najčešće se takvo mazivo koristi u proizvodnji tekstila.
Podmazivanje turbine. Njegova glavna karakteristika je zaštita svih radnih mehanizama od oksidacije i prijevremenog habanja. Optimalni viskozitet turbinskog ulja omogućava ga korištenje u pogonima turbokompresora, plinskih, parnih i hidrauličkih turbina.
VMGZ ili celosezonsko hidraulično zgusnuto ulje. Ova tečnost je idealna za opremu koja se koristi u regionima Sibira, krajnjeg severa i Daleki istok. Ovo ulje je namenjeno za motore sa unutrašnjim sagorevanjem opremljenim sa hidraulički pogoni. VMGZ se ne dijeli na ljetna i zimska ulja, jer njegova upotreba podrazumijeva samo klimu niske temperature.
Sirovine za hidrauličko ulje su komponente niske viskoznosti koje sadrže mineralnu bazu. Kako bi ulje postiglo željenu konzistenciju, dodaju mu se posebni aditivi.
Viskoznost hidrauličkog ulja prikazana je u donjoj tabeli.
OilRite je još jedno mazivo koje se koristi za očuvanje i liječenje mehanizama. Ima vodootpornu grafitnu podlogu i zadržava svojstva u temperaturnom rasponu od minus 20 stepeni Celzijusa do plus 70 stepeni Celzijusa.
zaključci
Jasan odgovor na pitanje: "Koji je najbolji viskozitet motornog ulja?" ne i ne može biti. Stvar je u tome da je potreban stepen duktilnosti za svaki mehanizam - bilo da je to tkalački stan ili motor trkaćih automobila - različit i ne može se odrediti "nasumično". Potrebne parametre tekućina za podmazivanje proizvođači izračunavaju empirijski, tako da se pri odabiru tekućine za vaše vozilo prvenstveno vodite uputama programera. A nakon toga možete pogledati tabelu viskoziteta motornog ulja prema temperaturi.
Viskoznost- ovo je svojstvo tečnosti da se odupre silama smicanja. Viskoznost je svojstvo svojstveno i kapljičnim tekućinama i plinovima, koje se manifestira samo kada se kreće, ne može se otkriti u mirovanju i manifestira se u obliku unutrašnjeg trenja kada se susjedne čestice tekućine kreću. Viskoznost karakteriše stepen tečnosti tečnosti i pokretljivost njenih čestica. Viskoznost tečnosti objašnjava otpor i gubitak pritiska koji nastaje kada se kreću kroz cevi, kanale i druge kanale, kao i kada se u njima kreću strana tela.
Isaac Newton je bio aktivno uključen u proučavanje svojstava unutrašnjeg trenja tekućine, postavljajući temelje za doktrinu viskoznosti. Newton je sugerirao (kasnije potvrđeno eksperimentom) da su sile otpora koje nastaju prilikom takvog klizanja slojeva proporcionalne površini dodira slojeva i brzini klizanja. Kao rezultat toga, I. Newton je dobio ovisnost koja karakterizira odnos između viskoznosti i fenomena unutrašnjeg trenja, koji je nazvan istoimenim zakonom.
Pustite da tečnost teče duž ravnog zida u paralelnim slojevima. Svaki sloj će se kretati svojom brzinom, a brzina slojeva će se povećavati kako se udaljavaju od zida.
Razmotrimo dva sloja tekućine koji se kreću na udaljenosti Δy jedan od drugog. Budući da između slojeva postoji sila trenja i zbog međusobnog kočenja, različiti slojevi imaju različite brzine i sloj A se kreće brzinom v, a sloj B kreće brzinom (v+Δv). Vrijednost Δv je apsolutni pomak sloja A preko sloja B, a vrijednost Δv/Δy je relativni pomak ili gradijent brzine. Tada, tokom kretanja, nastaje tangencijalni napon τ (tau), koji karakteriše trenje po jedinici površine (naprezanje unutrašnjeg trenja).
Napon unutarnjeg trenja ima fizičko značenje ovisno o:
Gdje F tr- sila unutrašnjeg trenja, N; S- kontaktna površina površina, m2.
Tada će, prema Newtonovom zakonu, odnos između stresa i relativnog pomaka biti:
one. napon unutrašnjeg trenja proporcionalan gradijentu brzine.
Faktor proporcionalnosti µ (mu) se zove koeficijent dinamičkog viskoziteta. Iz formule je jasno da je dinamički koeficijent viskoznosti numerički jednak unutrašnjem naprezanju trenja u slučaju kada je relativna brzina dvije ravnine A i B, razmaknute jedna od druge na udaljenosti od 1 m, jednaka 1 m. /s.
Dimenzija koeficijenta dinamičke viskoznosti proizlazi iz formule. Od napona τ je sila po jedinici površine, tada je njena dimenzija jednaka:
Dimenzija gradijenta brzine:
Otuda i dimenzija koeficijenta dinamičkog viskoziteta:
Dakle, jedinica mjerenja dinamičke viskoznosti u SI sistemu jedinica se uzima kao:
IN fizički sistem Jedinica dinamičkog viskoziteta je poise, označena sa " P»:
Dinamička viskoznost kapljičnih tekućina, čije su molekule smještene vrlo blizu jedna drugoj, opada s povećanjem temperature zbog povećanja brzine Brownovog kretanja, što slabi pričvrsne veze, odnosno adhezijska sila.
Zavisnost koeficijenta μ na temperaturi općenito se izražava formulom:
gdje je vrijednost na t= 0°C; A I b- eksperimentalni koeficijenti u zavisnosti od fizičko-hemijskih svojstava (vrste) tečnosti; t- temperatura tečnosti u °C.
U plinovima se sile privlačenja između molekula manifestiraju samo pod jakom kompresijom, i to u normalnim uslovima molekule plina su u stanju haotičnog toplinskog kretanja i trenje slojeva plina jedan o drugi nastaje samo zbog sudara molekula. Kako temperatura raste, brzina molekula raste, broj njihovih sudara raste, a viskoznost raste.
Za slatku vodu, Poiseuille je dobio formulu:
Za vazduh je poznata Millikanova formula:
U hidraulici, za karakterizaciju viskoznih svojstava plinova i para, ponekad se umjesto dinamičkog koristi drugi koeficijent viskoznosti, označen slovom η (eta) i vezano za dinamički koeficijent pomoću jednačine
gdje je g ubrzanje gravitacije, m/s 2 .
Očigledno, ovaj koeficijent viskoznosti η ima dimenziju:
U ovom slučaju, jedinica mjere η u tehničkom sistemu jedinica je
U hidraulici i proizvodnji tzv koeficijent kinematičke viskoznosti ν(nu), definiran kao omjer dinamičke viskoznosti i gustine:
Dimenzija koeficijenta kinematičke viskoznosti:
U sistemu SI, jedinica usvojena za ν je .
Jedinica mjerenja koeficijenta ν u fizičkom sistemu služi kao Stokes, označen sa “ St»:
Na primjer, kinematički koeficijent viskoznosti vode je jednak
Recipročna vrijednost dinamičke viskoznosti se naziva fluidnost.
Viskoznost za sve kapljične tekućine opada s povećanjem temperature. Da biste dobili tačne hidraulične proračune, preporučuje se da imate grafikon (ili tabelu) zavisnosti viskoznosti od temperature, na osnovu posebnih laboratorijskih određivanja. Trebali biste biti veoma oprezni prilikom rukovanja razne vrste nomogrami i formule koje se koriste za određivanje viskoziteta mješavine dva ili više različitih naftnih derivata.
Zove se graf koji karakteriše zavisnost promene viskoznosti tečnosti od temperature viskogram(Sl. 1.3).
Sl.1.3. Viskogram
Odrediti viskozitet tekućine na bilo kojoj proizvoljnoj temperaturi T Reynolds-Filonov formula se koristi sa dovoljnom preciznošću:
Gdje ν - viskozitet na poznatoj temperaturi T , u- koeficijent strmine viskograma, koji karakteriše ugao nagiba tangentnog viskograma na osu apscise (slika 1.4) i određuje se formulom:
Slika 1.4 Određivanje koeficijenta nagiba viskograma
Dakle, moguće je karakterizirati bilo koju tekućinu i odrediti njen viskozitet na bilo kojoj temperaturi, znajući koordinate dvije proizvoljne točke na viskogramu. Vrijedi napomenuti da je za kapljične tekućine koeficijent viskograma pozitivan, međutim, postoje tekućine čija se viskoznost malo mijenja s promjenama temperature; za plinovite tekućine koeficijent viskograma je negativan. Postoje tečnosti čija viskoznost malo zavisi od temperature; one su složene hemijska jedinjenja i koriste se kao radnici u hidrauličnim mašinama, kao što su viskozne spojnice.
Postoje tečnosti za koje I. Newtonov zakon ne važi. Za razliku od običnih Njutnovskih fluida, ove tečnosti se nazivaju nenjutnovski ili abnormalno.
Vrijednosti kinematičke viskoznosti ν vode i zraka
Viskoznost različitih vrsta tekućine istog imena, na primjer, ulja, ovisno o hemijski sastav i molekularna struktura može imati različita značenja.
Za viskozna ulja, prosječne vrijednosti u= 0,05 + 0,1 za 1°C.
Viskoznost tečnosti, kako pokazuju eksperimenti, takođe zavisi od pritiska. Kako pritisak raste, on se obično povećava. Izuzetak je voda, kod koje na temperaturama do 32 °C viskoznost opada s povećanjem pritiska. Pri pritiscima koji se sreću u praksi (do 20 MPa), promjena viskoziteta tekućina je vrlo mala i ne uzima se u obzir u konvencionalnim hidrauličkim proračunima.
VISKOZITET, svojstvo tečnosti (ili gasa) da se odupre strujanju.
Viskoznost se također smatra jednim od fenomena prijenosa koji određuje disipaciju energije tokom deformacije medija. Viskoznost čvrstih materija ima niz karakteristika i obično se razmatra odvojeno (vidi Unutrašnje trenje).
Za vrijeme laminarnog kretanja tekućine između dvije ravnoparalelne ploče, od kojih je jedna nepokretna, a druga se kreće brzinom ν, molekularni sloj neposredno uz donju ploču ostaje nepomičan, a sloj uz gornju ploču će se kretati maksimalno brzina (sl.). Protok tečnosti karakteriše gradijent brzine γ? = dv/dz, što ukazuje na brzinu promene brzine od sloja do sloja u pravcu okomitom na kretanje tečnosti. Ako se brzina mijenja linearno, tada je γ?= v/d, gdje je d razmak između ploča. Količina γ se još naziva i brzina smicanja.
Prema osnovnom zakonu viskoznog strujanja koji je ustanovio I. Newton (objavljen 1687.), napon smicanja τ = F/S, koji uzrokuje strujanje fluida, proporcionalan je gradijentu brzine strujanja: τ = ηγ?. Koeficijent proporcionalnosti η naziva se koeficijent dinamičke viskoznosti ili jednostavno viskozitet. Karakteriše otpor tečnosti prema protoku. Viskoznost se takođe može smatrati mjerom energije koja se raspršuje u obliku topline dok teče fluid. Do disipacije energije dolazi zbog prijenosa impulsa. Vrijednosti koeficijenta viskoznosti i snage W disipirane po jedinici volumena zbog viskoznosti povezane su relacijom: W = ηγ? 2.
Relacija koju je uspostavio Newton vrijedi samo u slučaju kada η ne ovisi o brzini smicanja. Mediji u kojima je ovaj uslov zadovoljen nazivaju se Njutnovskim (vidi Njutnov fluid).
SI jedinica dinamičke viskoznosti je Pa s [u CGS je poaz (dina s/cm2): 1 pois = 0,1 Pa s]. Vrijednost φ= 1/η, recipročna vrijednost viskoznosti, naziva se fluidnost. Često se razmatra i kinematička viskoznost ν = η/ρ (gdje je ρ gustina supstance), mjerena u m 2 / s (SI) i Stokes (GHS). Viskoznost tečnosti i gasova se meri pomoću viskozimetara (vidi Viskozometrija).
Viskoznost idealnih gasova određena je relacijom: η = (1/3)mn??, gde je m masa molekula, n broj molekula po jedinici zapremine, ? - prosječna brzina molekula, ? je slobodni put molekula.
Viskoznost plinova raste pri zagrijavanju, dok se viskoznost tekućina, naprotiv, smanjuje. To je zbog različitih molekularnih mehanizama viskoznosti u ovim sistemima. Postoje dva mehanizma prijenosa momenta: kinetički (ne uključuje sudare između molekula) i sudarski. Prvi je dominantan u razređenom gasu, drugi - u gustom gasu i tečnosti.
U plinovima su udaljenosti između molekula znatno veće od radijusa djelovanja molekularnih sila, pa je viskoznost plinova posljedica haotičnog (toplinskog) kretanja molekula, uslijed čega se molekule kreću od sloja do sloja, usporavajući niz tok. Od prosječne brzine molekula? raste s porastom temperature, viskoznost plinova se povećava kada se zagrijavaju.
Viskoznost tekućina, gdje je udaljenost između molekula mnogo manja nego u plinovima, prvenstveno je posljedica međumolekularnih interakcija koje ograničavaju pokretljivost molekula. Kako temperatura raste, međusobno kretanje molekula postaje lakše, međumolekulske interakcije slabe i, posljedično, unutrašnje trenje tekućine se smanjuje.
Viskoznost tekućine određena je veličinom i oblikom molekula, njihovim relativnu poziciju i jačina međumolekulskih interakcija. Viskoznost zavisi od hemijske strukture molekula tečnosti. Da, viskozitet organska materija povećava se uvođenjem polarnih grupa i prstenova u molekulu. U homolognom nizu (zasićeni ugljovodonici, alkoholi, organske kiseline itd.) viskoznost jedinjenja raste sa povećanjem molekulske mase.
Viskoznost otopina ovisi o njihovoj koncentraciji i može biti veća ili manja od viskoziteta čistog otapala. Viskoznost ekstremno razrijeđenih suspenzija linearno ovisi o zapreminskom udjelu φ suspendiranih čestica: η = η 0 (1 + αφ) (Einsteinova formula), gdje je η 0 viskozitet disperzijskog medija. Koeficijent α zavisi od oblika čestica; posebno za sferne čestice α = 2,5. Slična zavisnost viskoznosti od volumnog udjela uočena je u otopinama globularnih proteina.
Viskoznost može varirati u širokim granicama. Slijede vrijednosti viskoziteta nekih tečnosti i gasova na temperaturi od 20°C (u 10 -3 Pa s): gasovi - vodonik 0,0088, azot 0,0175, kiseonik 0,0202; tečnosti - voda 1.002, etanol 1.200, živa 1.554, nitrobenzen 2.030, glicerin 1.485.
Tečni helijum ima najmanji viskozitet. Na temperaturi od 2,172 K prelazi u superfluidno stanje, u kojem je viskozitet nula (vidi Superfluidnost). Viskoznost gasova je stotine puta manja od viskoznosti običnih tečnosti. Viskoznost rastopljenih metala je po redu veličine bliska viskoznosti običnih tečnosti.
Polimerne otopine i taline imaju visoku viskoznost. Viskoznost čak i razrijeđenih polimernih otopina je značajno veća od viskoznosti spojeva male molekularne težine. To je zbog činjenice da su veličine polimernih makromolekula toliko velike da različiti dijelovi iste makromolekule završavaju u slojevima koji se kreću različitim brzinama, što uzrokuje dodatni otpor protoku. Viskoznost koncentriranijih otopina polimera postaje još veća zbog preplitanja makromolekula jedna s drugom. Jedna od metoda za procjenu molekularne težine polimera temelji se na mjerenju viskoziteta otopina.
Prisustvo u polimernim rastvorima prostornih struktura formiranih adhezijom makromolekula dovodi do pojave takozvanog strukturnog viskoziteta, koji (za razliku od viskoziteta njutnovskih tečnosti) zavisi od smičnog naprezanja (ili brzine) (vidi Reologija). Kada strukturirani fluid teče, radite spoljne sile troši se ne samo na prevladavanje unutrašnjeg trenja, već i na uništavanje strukture.
Lit.: Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M. Kurs opšta fizika. Mehanika i Molekularna fizika. 2nd ed. M., 1969; Filippova O. E., Khokhlov A. R. Viskoznost razrijeđenih polimernih otopina. M., 2002; Schramm G. Osnove praktične reologije i reometrije. M., 2003.
U stanju ravnoteže različite faze supstance miruju jedna u odnosu na drugu. Njihovim relativnim kretanjem javljaju se sile kočenja (viskozitet) koje teže smanjenju relativne brzine. Mehanizam viskoznosti se može svesti na razmjenu impulsa uređenog kretanja molekula između različitih slojeva u plinovima i tekućinama. Pojava viskoznih sila trenja u plinovima i tekućinama naziva se procesima prijenosa. Viskoznost čvrstih materija ima niz značajnih karakteristika i razmatra se zasebno.
DEFINICIJA
Kinematički viskozitet definira se kao omjer dinamičke viskoznosti () i gustine supstance. Obično se označava slovom (nu). Zatim zapisujemo matematičku definiciju koeficijenta kinematičke viskoznosti kao:
gdje je gustina gasa (tečnosti).
Pošto je u izrazu (1) gustina supstance u nazivniku, onda je, na primer, razređeni vazduh pri pritisku od 7,6 mm Hg. Art. a temperatura od 0 o C ima kinematičku viskoznost dvostruko veću od glicerina.
Kinematički viskozitet vazduha pri normalnim uslovima se često smatra jednakim, stoga se pri kretanju u atmosferi koristi Stokesov zakon kada proizvod polumjera tijela (cm) i njegove brzine () ne prelazi 0,01.
Kinematički viskozitet vode u normalnim uvjetima se često smatra reda veličine , stoga se pri kretanju u vodi primjenjuje Stokesov zakon kada proizvod polumjera tijela (cm) i njegove brzine () ne prelazi 0,001.
Kinematički viskozitet i Reynoldsovi brojevi
Reynoldsovi brojevi (Re) su izraženi pomoću kinematičke viskoznosti:
gdje su linearne dimenzije tijela koje se kreće u materiji, i brzina kretanja tijela.
U skladu s izrazom (2), za tijelo koje se kreće konstantnom brzinom, broj se smanjuje ako se kinematička viskoznost povećava. Ako je Re broj mali, tada u frontalnom otporu sile viskoznog trenja prevladavaju nad silama inercije. i obrnuto, veliki brojevi Reynolds, koji se uočava pri niskim kinematičkim viskoznostima, ukazuje na prioritet sila inercije nad trenjem.
Reynoldsov broj je mali pri datoj vrijednosti kinematičke viskoznosti, kada su veličina tijela i brzina njegovog kretanja male.
Jedinice mjerenja kinematičkog koeficijenta viskoznosti
Osnovna SI jedinica za kinematičku viskoznost je:
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
| Vježbajte | Metalna kugla (njena gustina je jednaka ) je jednoliko spuštena u tečnost (gustina tečnosti je jednaka kinematičkoj viskoznosti). Pri kojem maksimalnom mogućem prečniku kuglice će strujanje oko nje ostati laminarno? Uzmite u obzir da se prijelaz na turbulentno strujanje događa pri Re=0,5. Uzmite prečnik lopte kao karakterističnu veličinu. |
| Rješenje | Hajde da napravimo crtež Koristeći drugi Newtonov zakon, dobijamo izraz: gdje je Arhimedova sila i sila viskoznog trenja. U projekciji na osu Y, jednačina (1.1) će imati oblik: U ovom slučaju imamo: pri čemu:
Zamjenom rezultata (1.3)-(1.5) u (1.2) imamo: Reynoldsov broj je u našem slučaju definiran kao:
|
u industriji, naučna djelatnostČesto je potrebno izračunati koeficijent viskoznosti tečnosti. Rad sa konvencionalnim ili dispergovanim medijima u obliku aerosola i gasnih emulzija zahteva poznavanje fizičkih svojstava ovih supstanci.
Koliki je viskozitet tečnosti?
Newton je također postavio temelje za nauku reologije. Ova grana proučava otpor tvari pri kretanju, odnosno viskozitet.
U tekućinama i plinovima, molekuli kontinuirano djeluju. Udaraju se, odguruju se ili jednostavno prolete. Kao rezultat toga, čini se da slojevi materije međusobno djeluju, dajući brzinu svakom od njih. Fenomen takve interakcije između molekula tečnosti/gasova naziva se viskozitet ili unutrašnje trenje.
Da bismo bolje ispitali ovaj proces, potrebno je demonstrirati eksperiment sa dvije ploče, između kojih se nalazi tekući medij. Ako pomjerite gornju ploču, sloj tekućine koji se "lijepi" za nju također će se početi kretati određenom brzinom v1. Nakon kratkog vremenskog perioda, primjećujemo da se i donji slojevi tekućine počinju kretati po istoj putanji brzinama v2, v3...vn, itd., sa v1>v2, v3...vn. Brzina najnižeg ostaje nula.
Koristeći plin kao primjer, gotovo je nemoguće izvesti takav eksperiment, jer su sile interakcije molekula jedna s drugom vrlo male, i to neće biti moguće vizualno registrirati. Ovdje govorimo i o slojevima, o brzini kretanja ovih slojeva, dakle viskoznost postoji iu plinovitom mediju.
Njutnovski i nenjutnovski mediji
Njutnov fluid je fluid čija se viskoznost može izračunati korišćenjem Njutnove formule.
Takvi mediji uključuju vodu i otopine. Koeficijent viskoznosti tečnosti u takvim medijima može zavisiti od faktora kao što su temperatura, pritisak ili atomska struktura supstance, ali gradijent brzine će uvek ostati nepromenjen.
Nenjutnove tekućine su mediji u kojima se gore navedena vrijednost može mijenjati, što znači da se Newtonova formula ovdje neće primjenjivati. Takve tvari uključuju sve dispergirane medije (emulzije, aerosole, suspenzije). Ovo takođe uključuje krv. Kasnije ćemo o tome detaljnije.
Krv kao unutrašnja sredina tijela
Kao što znate, 80% krvi čini plazma, koja ima tekuće agregatno stanje, a preostalih 20% su eritrociti, trombociti, leukociti i razne inkluzije. Ljudska crvena krvna zrnca imaju prečnik od 8 nm. Kada miruju, formiraju agregate u obliku novčića, dok značajno povećavaju viskozitet tečnosti. Ako je protok krvi aktivan, ove "strukture" se raspadaju, a unutrašnje trenje se shodno tome smanjuje.
Koeficijenti srednjeg viskoziteta
Interakcija slojeva medijuma međusobno utiče na karakteristike čitavog sistema tečnosti ili gasa. Viskoznost je jedan primjer fizičkog fenomena koji se zove trenje. Zahvaljujući tome, gornji i donji sloj medija postepeno izjednačavaju brzinu svoje struje i na kraju postaje jednaka nuli. Viskoznost se takođe može okarakterisati kao otpor jednog sloja medija prema drugom.
Da bismo opisali takve pojave, razlikuju se dvije kvalitativne karakteristike unutrašnjeg trenja:
- koeficijent dinamičkog viskoziteta (dinamički viskozitet tečnosti);
- kinetički koeficijent viskoznosti (kinetički viskozitet).
Obje veličine su povezane jednačinom υ = η / ρ, gdje je ρ gustoća medija, υ kinetička viskoznost, a η dinamička viskoznost.
Metode za određivanje viskoznosti tečnosti
Viskozometrija je mjerenje viskoznosti. On moderna pozornica U razvoju nauke, vrijednost viskoznosti tekućine može se naći na praktičan način na četiri načina:
1. Kapilarna metoda. Da biste to izveli, trebate imati dvije posude povezane staklenim kanalom malog promjera poznata dužina. Također morate znati vrijednosti tlaka u jednoj i u drugoj posudi. Tečnost se stavlja u stakleni kanal i tokom određenog vremenskog perioda teče iz jedne tikvice u drugu.
Daljnji proračuni se vrše korištenjem Poiseuilleove formule za pronalaženje vrijednosti koeficijenta viskoznosti fluida.
U praksi, tečni mediji mogu biti mješavine zagrijane na 200-300 stepeni. Obična staklena cijev bi se u takvim uvjetima jednostavno deformisala ili čak rasprsnula, što je nedopustivo. Moderni kapilarni viskozimetri izrađeni su od visokokvalitetnog i otpornog materijala koji lako podnosi takva opterećenja.
2. Medicinska metoda po Hesseu. Za izračunavanje viskoznosti tečnosti na ovaj način potrebno je imati ne jednu, već dvije identične kapilarne instalacije. U jedan od njih je unapred postavljen medij poznata vrijednost unutrašnje trenje, au drugom - ispitna tečnost. Zatim se mjere dvije vremenske vrijednosti i pravi se proporcija kojom se dolazi do željenog broja.
3. Rotaciona metoda. Za njegovo izvođenje potrebno je imati strukturu od dva koaksijalna cilindra. To znači da jedan od njih mora biti unutar drugog. Tečnost se ulijeva u prostor između njih, a zatim se unutrašnji cilindar ubrzava. Ova ugaona brzina se takođe prenosi fluidu. Razlika u momentu omogućava da se izračuna viskozitet medija.
4. Određivanje viskoznosti tekućine Stokesovom metodom. Za izvođenje ovog eksperimenta morate imati Heppler viskozimetar, koji je cilindar napunjen tekućinom. Prije početka eksperimenta, napravite dvije oznake na cilindru i izmjerite dužinu između njih. Zatim uzimaju loptu određenog radijusa R i spuštaju je u tečni medij. Da biste odredili brzinu njegovog pada, pronađite vrijeme potrebno objektu da se pomakne s jedne oznake na drugu. Poznavajući brzinu lopte, možete izračunati viskozitet tečnosti.
Praktična primjena viskozimetara
Određivanje viskoznosti tečnosti je od velike praktične važnosti u industriji prerade nafte. Prilikom rada sa višefaznim, dispergovanim medijima, važno ih je poznavati fizička svojstva, posebno unutrašnjeg trenja. Moderni viskozimetri su izrađeni od izdržljivih materijala, a u njihovoj proizvodnji koriste se napredne tehnologije. Sve ovo zajedno vam omogućava da radite sa visoke temperature i pritisak bez štete po samu opremu.
Viskoznost fluida igra veliku ulogu u industriji jer transport, prerada i proizvodnja, na primjer, ulja zavise od vrijednosti unutrašnjeg trenja tečne mješavine.
Koju ulogu igra viskoznost u medicinskoj opremi?
Protok gasne mešavine kroz endotrahealnu cev zavisi od unutrašnjeg trenja ovog gasa. Promjena viskoznosti medija ovdje ima različit učinak na prodiranje zraka kroz aparat i ovisi o sastavu mješavine plina.
Uvod lijekovi, vakcine putem šprica su također sjajan primjer efekti srednjeg viskoziteta. Riječ je o padovima pritiska na kraju igle prilikom ubrizgavanja tekućine, iako se u početku vjerovalo da se ova fizička pojava može zanemariti. Pojava visokog pritiska na vrhu - ovo je rezultat unutrašnjeg trenja.
Zaključak
Viskozitet medija je jedan od fizičke veličine, koji ima veliku praktičnu primjenu. U laboratoriji, industriji, medicini - u svim ovim oblastima se vrlo često pojavljuje koncept unutrašnjeg trenja. Rad najjednostavnije laboratorijske opreme može ovisiti o stupnju viskoznosti medija koji se koristi za istraživanje. Čak ni prerađivačka industrija ne može bez znanja iz oblasti fizike.
