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。
简介
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。
粘度单位
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。
常见的粘度数值
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:
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。
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”。