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粘稠度 编辑
在一般范围内,用粘稠度来形容液体粘稠的程度。具体来说,主要用粘度来表征。粘度的介绍如下:通俗的讲,粘度是通过物体在液体内部运动所受阻力来测定的(旋转粘度计)。如果物体在液体内部以一定的速度运动所受阻力大,则液体粘度就比较大,反之亦然。
中文名:粘稠度
外文名:viscosity
用途:形容液体间的粘性大小
影响因素:浓度、温度、气压
形成:速度梯度
属性:材料性质
在一般范围内,用粘稠度来形容液体粘稠的程度。具体来说,主要用粘度来表征。粘度的介绍如下:通俗的讲,粘度是通过物体在液体内部运动所受阻力来测定的(旋转粘度计)。如果物体在液体内部以一定的速度运动所受阻力大,则液体粘度就比较大,反之亦然。还有一种方法也比较常用,是通过将液体流过同一个下部有孔的杯子(涂-2杯或涂-4杯)的时间来判断粘度,时间越长,说明粘度越大,反之也亦然。
粘度的定义为一对平行板,面积为A,相距dr,板间充以某液体。今对上板施加一推力F,使其产生一速度变化du。由于液体的粘性将此力层层传递,各层液体也相应运动,形成一速度梯度du/dr,称剪切速率,以r′表示。F/A称为剪切应力,以τ表示。剪切速率与剪切应力间具有如下关系:(F/A)=η(du/dr)
此比例系数η即被定义为液体的剪切粘度(另有拉伸粘度,剪切粘度平时使用较多,一般不加区别简称粘度时多指剪切粘度),故η=(F/A)/(du/dr)=τ/r′。
影响粘度的因素:1.测定的误差,如用旋转粘度计测定时容器要足够大和深,以免转子和容器距离过近,器壁附近剪切力过大,引起粘度测定数据过大。2.温度的影响。流体的粘度明显受环境温度的影响(压力也有一定影响,但一般可忽略不计): 这种影响也是通过分子间的相互作用来实施的:通常的概念是温度升高流体体积膨胀,分子间距离拉远,相互作用减弱,粘度下降;温度降低,流体体积缩小,分子间距离缩短,相互作用加强,粘度上升。由于粘度与温度关系密切,因此任何粘度数据都需注明测定时的温度。通常在低温区域温度对粘度的效应尤其显著。 主要是这两方面的影响。在测定粘度时一定要测定当时的温度,这样的数据才有意义。就像测定气体的密度一样,一定要知道当时的温度和压力。
动态粘度μ
动态粘度的物理单位:SI单位为poiseuille(Pl),cgs单位为泊(P),该单位是以JeanLéonardMariePoiseuille命名的。poiseuille很少被使用,它相当于帕斯卡· 秒(Pa·s)或(N·s)/ m或kg /(m·s)。如果流体被置于距离一的两个板之间,一个板以剪切应力为一个帕斯卡侧向推动,并使其以X每米每秒进行移动,那么它具有的粘度为1/X帕斯卡秒。例如,20℃下的水的粘度为1.002mPa·s,典型的机油可以具有约250mPa·s的粘度。实践中使用的单位是Pa·s或下面提到的cgs单位泊。
动力粘度的cgs物理单位泊(P)也以Jean Poiseuille命名。在ASTM标准中,由于它等于SI的毫帕秒(mPa·s),所以更为普遍地将其表示为厘泊(cP)。例如,20℃下的水的粘度为1.002mPa·s = 1.002cP。
1 Pl = 1 Pa·s
1 P = 0.1Pa·s = 0.1kg·m·s
1cP = 1mPa·s = 0.001Pa·s = 0.001N·s·m= 0.001kg·m ·s。
运动粘度 v
运动黏度的SI单位为m^2/s,它的cgs单位为斯托克斯(St),以 George Gabriel Stokes的名字命名,在美国常被用作单数形式。
1St = 1cm·s= 10m·s.
1cSt = 1mm·s= 10m·s.
水在20°C的运动粘度大约10−6 m2·s−1或1cSt。运动粘度有时被称为动量的扩散系数,因为它类似于热的扩散系数和质量的扩散系数。因此,在无量纲的数字中使用它来比较扩散系数的比值。
流动性
运动粘度的倒数为流动性,它通常以φ=1/μorF=1/μ的形式来表示。该量很少用在工程领域,单位为1/P, 或者cm·s/g。流动性的概念可以用来确定理想溶液的粘度。
空气:空气的粘度主要取决于温度。在15°C,空气的粘度是1.81×10−5kg/(m·s),18.1μPa·s或1.81×10−5 Pa·s。15°C的运动粘度是1.48×10−5m²/s或14.8cSt。在25°C,粘度是18.6μPa·s和运动粘度15.7cSt。
水:在大约25°时,水的动态粘度是8.90×10−4 Pa·s或8.90×10−3dyn·s cm²或0.890 cPC。
作为温度的函数T(开尔文):μ= 10×B / C(T−),A= 2.414×10−5 Pa·s,B = 247.8 K C = 140 K。在不同温度下,液体水的粘度如表所示。
其他动态黏度如下:
温度(°C) | 粘度(mPa·s) |
---|---|
10 | 1.308 |
20 | 1.002 |
30 | 0.7978 |
40 | 0.6531 |
50 | 0.5471 |
60 | 0.4658 |
70 | 0.4044 |
80 | 0.3550 |
90 | 0.3150 |
100 | 0.2822 |
气体 | 在0℃(273K) | 在27℃(300K) |
---|---|---|
空气 | 17.4 | 18.6 |
氢 | 8.4 | 9 |
氦 | 20.0 | |
氩 | 22.9 | |
氙 | 21.2 | 23.2 |
二氧化碳 | 15.0 | |
甲烷 | 11.2 | |
乙烷 | 9.5 |
流体 | 粘度(Pa·s) | 粘度(cP) |
---|---|---|
血液(37℃) | 3×10-4×10 | 3-4 |
蜜糖 | 2-10 | 2000-10000 |
糖蜜 | 5-10 | 5000〜10000 |
熔融玻璃 | 10-1000 | 10000-1000000 |
巧克力酱 | 10-25 | 10000-25000 |
熔融巧克力 | 45-130 | 45000-130000 |
番茄酱 | 50-100 | 50000-100000 |
猪油 | ≈100 | ≈100000 |
花生酱 | ≈250 | ≈250000 |
缩短 | ≈250 | ≈250000 |
液体 | 粘度(Pa·s) | 粘度(cP) |
---|---|---|
丙酮 | 3.06×10 | 0.306 |
苯 | 6.04×10 | 0.604 |
蓖麻油 | 0.985 | 985 |
玉米糖浆 | 1.3806 | 1380.6 |
乙醇 | 1.074×10 | 1.074 |
乙二醇 | 1.61×10 | 16.1 |
甘油(20℃Ç) | 1.2 | 1200 |
HFO-380 | 2.022 | 2022 |
汞 | 1.526×10 | 1.526 |
甲醇 | 5.44×10 | 0.544 |
机油(20°C) | 0.065 | 65 |
机油(20°C) | 0.319 | 319 |
硝基苯 | 1.863×10 | 1.863 |
液氮(-196℃) | 1.58×10 | 0.158 |
丙醇 | 1.945×10 | 1.945 |
橄榄油 | 0.081 | 81 |
沥青 | 2.3E8 | 2.3E11 |
硫酸 | 2.42×10 | 24.2 |
水 | 8.94×10 | 0.894 |
固体 | 粘度(Pa·s) | 温度(°C) |
---|---|---|
花岗岩 | 3×10-6×10 | 25 |
软流圈 | 7.0×10 | 900 |
上地幔 | 7×10-1×10 | 1300-3000 |
下地幔 | 1×10-2×10 | 3000-4000 |
黏度的测定
各国通常用的条件粘度有以下三种:
①恩氏粘度又叫恩格勒(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tº时,恩氏粘度用符号Et表示,恩氏粘度的单位为条件度。
②赛氏粘度,即赛波特(sagbolt)粘度。是一定量的试样,在规定温度(如 100°F、210°F或122°F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。
③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0.1~100Pa?s范围的液体,也可用转筒法进行测定。
分类与计算
粘度分为动力粘度,运动粘度和条件粘度。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.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,称为切应力或剪切力τ(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: τ= ηdv/dx =ηD(牛顿公式) 其中η与材料性质有关,我们称为“粘度”。
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