運動粘度、動力粘度和條件粘度
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講這個之前,先看看“內力”degainian,yigeliutibeiwaibugaibianyaofashengbianxingshi,qineiburenyijiemiandelianggefangxiangshangchuxiandezuoyongli,chengweineili。tongsudilijie,niqudabieren,kerenjiashigelianjiazi,nengyonglidangzhu,zhejiujiaozuoneili。neilishikaochayutedingjiemianjishangde,ruguorenjiajiangneilijizhongyushouzhangzudangni,erniquedarenjianaodai,zhejiubeijule,xinghuajiao:怎麼不按照套路出手。
內力又可分解成與截麵相切(平)的力叫做切線力,也叫剪切力;而垂直於截麵的力叫正力,也叫法向力。怎麼會有兩個方向呢,因為力和我們截取的平麵不一定是平行的,這樣力就可以分解成垂直的兩個方向(高中物理經常作這種題目)。
zaijutidemiaoshuyixiajianqielidegainian,tongsudelijie,ruguoyigerencongyigezhuangmanbantongshuideshuiguanyiduanyouxianglingwaiyiduan,renduishuiguandepingxingzuoyonglijiweijianqieli。gailishitongguoshuidechuandicongrenchuandigeishuiguande,suoyibenzhishanghaishigeli,danweiziranshiniudun(N)。
應力的概念,所考察的截麵某一點單位麵積上的內力,叫做應力,單位N/m2。
說到這裏,已經出現了正向應力和剪切應力(Shear Stress)的概念了。正向應力咱們很少用,但剪切應力是咱們要講的。
2第二個關鍵名詞:剪切速率(shear rate)
還是上麵的例子,水管中的水,咱們可以把水想象分成無限的薄層,在流體流通的橫截麵上,就會產生速度差,如下圖:
這時,剪切速率=流速差/所取兩液麵的高度差
速度的單位 m/s,高度的單位m,那麼剪切速率的單位是1/ s,也寫作S-1。
說到這裏,估計有人煩了,這和粘度有毛關係?
別急,粘度馬上來了,這些先決條件要清楚,後續有大量和他們有關係的工作條件。
而且,這裏之所以花些筆墨來介紹以上兩個定義是因為,這是粘度測試的基礎,尤其是旋轉粘度儀原理。
3上述兩者的關係
剪切速率與剪切應力間具有如下關係:(F/A)=η(dv/dx),此比例係數η即被定義為液體的剪切粘度。這裏,F: 剪切力,A:麵積, dv/dx : 剪切速率。
這(zhe)個(ge)公(gong)式(shi)是(shi)牛(niu)頓(dun)同(tong)學(xue)發(fa)現(xian)的(de),後(hou)來(lai)人(ren)們(men)發(fa)現(xian)牛(niu)頓(dun)的(de)這(zhe)個(ge)理(li)論(lun)有(you)時(shi)候(hou)也(ye)不(bu)對(dui),那(na)麼(me),就(jiu)把(ba)符(fu)合(he)這(zhe)個(ge)公(gong)式(shi)的(de)流(liu)體(ti)叫(jiao)做(zuo)牛(niu)頓(dun)流(liu)體(ti),而(er)不(bu)符(fu)合(he)這(zhe)個(ge)定(ding)律(lv)的(de)流(liu)體(ti)就(jiu)叫(jiao)做(zuo)非(fei)牛(niu)頓(dun)流(liu)體(ti)。通(tong)俗(su)地(di)說(shuo),水(shui)就(jiu)是(shi)典(dian)型(xing)的(de)牛(niu)頓(dun)流(liu)體(ti),而(er)攪(jiao)勻(yun)了(le)的(de)生(sheng)雞(ji)蛋(dan)就(jiu)是(shi)非(fei)牛(niu)頓(dun)流(liu)體(ti)。對(dui)於(yu)咱(zan)們(men)潤(run)滑(hua)油(you)來(lai)說(shuo),沒(mei)有(you)VIM的油品基本都是牛頓流體,而具有VIM的則都是非牛頓流體。
牛頓流體的定義:剪切應力和剪切速率呈線性關係,粘度不隨著剪切速率而改變的流體。
當(dang)然(ran)隨(sui)著(zhe)科(ke)技(ji)的(de)進(jin)步(bu),人(ren)們(men)發(fa)現(xian)了(le)更(geng)多(duo)的(de)流(liu)體(ti)類(lei)型(xing),但(dan)已(yi)經(jing)不(bu)在(zai)咱(zan)們(men)本(ben)次(ci)討(tao)論(lun)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei),暫(zan)時(shi)按(an)下(xia)不(bu)表(biao)。如(ru)有(you)興(xing)趣(qu),可(ke)自(zi)己(ji)去(qu)查(zha)查(zha),如(ru)賓(bin)漢(han)姆(mu)流(liu)體(ti)(牙膏)。
動力粘度
動力粘度(dynamic viscosity),也被稱為動態粘度、絕對粘度或簡單粘度,定義為應力與應變速率之比,其數值上等於麵積為1㎡相距1m的兩平板,以1m/s的速度作相對運動時,因之間存在的流體互相作用所產生的內摩擦力。單位為N·s/㎡(牛頓秒每米方),即Pa·s(帕秒)。
工程上也常用泊(P)和厘泊(cP, Centipoise)作單位,這些單位的換算關係如下:1Pa.s=1000cP=1000mPa.s=10P
請問,這個大家是否眼熟,這裏的動力粘度其實就是剪切粘度η,在定義裏我們將所有的單位數據都定義為1。
幹說這個,估計沒感覺。看幾個粘度的實例:
常溫下,水的粘度為1cp,牛奶是3,花生油為10,果汁 55-75,酸奶150(40度),蜂蜜3000。這樣大家有概念了嗎?
按定義來說,動力粘度的定義為流體之間的內摩擦力,這個參數才是粘度的真實扛把子,而咱們平常經常說的油品粘度往往都不是動力粘度。
不隻在潤滑油行業,在幾乎所有的流體裏,動力粘度的測量都是很廣泛的,大家所熟悉的如發動機油掃描粘度SBV、車輛齒輪油的低溫粘度等都是測試動力粘度。這個公式是基本。因此,不理解動力粘度,後續將嚴重影響對粘度的理解。
運動粘度
yundongzhandudegainianshizheyangde,donglizhandushixuyaoyouyidingdewailitiaojianxiachengxingde,ruguomeiyouwaili,najiutanbushangzhandule,yinweimeiyourenhedexiangduiyundong,shuyupinghengzhuangkuang,yongliuxingdehua,jiaozuojianshang。
可ke運yun動dong粘zhan度du不bu一yi樣yang,運yun動dong粘zhan度du表biao征zheng的de是shi假jia設she沒mei有you外wai力li,隻zhi靠kao流liu體ti的de重zhong力li區qu分fen流liu體ti的de粘zhan稠chou度du,也ye就jiu是shi說shuo,外wai力li就jiu是shi自zi身shen的de重zhong力li,因yin此ci運yun動dong粘zhan度du表biao征zheng的de是shi在zai重zhong力li作zuo用yong下xia,不bu同tong的de流liu體ti的de流liu動dong情qing況kuang,大da家jia看kan到dao的de所suo有you測ce運yun動dong粘zhan度du的de設she備bei都dou是shi基ji於yu這zhe個ge原yuan理li的de。
說shuo到dao重zhong力li作zuo用yong影ying響xiang流liu動dong,除chu了le流liu體ti內nei部bu摩mo擦ca的de阻zu力li以yi外wai,還hai有you一yi個ge重zhong要yao的de參can數shu就jiu是shi密mi度du,如ru水shui銀yin和he水shui在zai重zhong力li的de作zuo用yong下xia肯ken定ding有you很hen大da的de差cha別bie,但dan這zhe種zhong差cha別bie可ke能neng更geng多duo的de體ti現xian是shi密mi度du上shang,因yin此ci咱zan們men需xu要yao解jie決jue密mi度du這zhe個ge變bian量liang,因yin此ci動dong力li粘zhan度du的de定ding義yi就jiu出chu來lai了le:
簡單的說,就是動力粘度/密度=運動粘度,運動粘度單位為單位為(m2)/s,有興趣的可以推演一下單位的換算,請注意,這個單位其實沒什麼意義。都是小學數學約分後的產物。
常用的還有另外的一個單位是Stokes,叫做斯,還有一個更小的叫做“Centistokes”讀作“厘斯”),這幾個單位的換算m2/s=1*104 Stroke=1*106 cst=1*106mm2/s。
換算單位:動力粘度 mpa/s,運動粘度:mm2/s,密度單位g/cm3
大(da)家(jia)常(chang)說(shuo)的(de)多(duo)少(shao)多(duo)少(shao)的(de)粘(zhan)度(du),其(qi)實(shi)說(shuo)的(de)是(shi)運(yun)動(dong)粘(zhan)度(du),但(dan)有(you)很(hen)多(duo)的(de)應(ying)用(yong),重(zhong)力(li)的(de)作(zuo)用(yong)其(qi)實(shi)都(dou)不(bu)大(da),比(bi)如(ru)低(di)溫(wen)下(xia)的(de)發(fa)動(dong)機(ji)油(you),但(dan)為(wei)什(shen)麼(me)大(da)家(jia)都(dou)習(xi)慣(guan)說(shuo)運(yun)動(dong)粘(zhan)度(du)呢(ne)?是(shi)因(yin)為(wei)這(zhe)個(ge)指(zhi)標(biao)更(geng)容(rong)易(yi)測(ce)試(shi),還(hai)很(hen)準(zhun)確(que)。而(er)動(dong)力(li)粘(zhan)度(du)則(ze)不(bu)容(rong)易(yi)測(ce),但(dan)對(dui)發(fa)動(dong)機(ji)油(you)來(lai)說(shuo),有(you)些(xie)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)動(dong)力(li)粘(zhan)度(du)是(shi)非(fei)測(ce)不(bu)可(ke)的(de),如(ru)CCS,MRV,HTHS粘度。看到了吧,J300裏麵總共4個粘度指標,3個都是動力粘度,隻有1個是運動粘度,可是大家還就喜歡說運動粘度(30,40,50等),真是那壺不開提哪壺。
我們再提一提在什麼條件下測試哪一類粘度:
運動粘度:理li論lun上shang隻zhi和he重zhong力li有you關guan係xi的de狀zhuang況kuang下xia才cai測ce,但dan現xian在zai已yi經jing言yan必bi稱cheng這zhe個ge粘zhan度du了le,變bian成cheng用yong來lai區qu分fen粘zhan稠chou度du的de尺chi子zi了le,其qi實shi是shi有you誤wu區qu的de,以yi至zhi於yu有you的de人ren都dou忘wang了le動dong力li粘zhan度du了le,不bu應ying該gai。動力粘度:dangcunzaiwaibuyinglishi,yijiqitafeizhonglitiaojiande,douyaoyongzhege。youqishifeiniudunliutishi,shuodaofeiniudunliutideliudong,zanmenhaishijugelizi,rufanqiejiang,dangwomenbatacongpinglinongchulaideshihou,xuyaodaliyaohuangbingyongliji,zheshiliutishoudaojianqielihuidaozhizhandubianxiao,rongyiliudong。erdangtafangzaihanbaozhongjiandeshihou,meiwailishi,tajiuhuizhandubiandaburongyiliudong,zhezhongjiushidianxingdefeiniudunliuti,zhegeshihouceshidezhanducaishichuncuidedonglizhandu。gaizhanduwomenhouxujieshaofadongjiyoudezhandudeshihouyiranhuiyongdao,qingdajialijiebingjinji。disangezhandu,tiaojianzhandu
恩氏、雷氏、賽氏三兄弟
這些其實都是用特殊的粘度測量儀所測定出來的結果。
我們不介紹其他兩種了,隻介紹賽氏,因為隻有它還常用,但也主要是在基礎油牌號中,尤其是一類和二類基礎油裏。
賽氏粘度,又叫賽波特(saybolt)粘度。是一定量的試樣,在規定溫度(如 100ºF、210ºF或122ºF等)下從賽氏粘度計流出200毫升所需的秒數,以“秒”單位。有賽氏通用粘度(Saybolt Universal Seconds,常用SSU 或SUS表示)及賽氏重油粘度(Saybolt Furol,常用SSF表示)之分,咱們潤滑油行業和SSF基本無緣,不提它。
請注意,該數值其實是個時間單位。我們常使用的餾分油都是SSU100 ºF,而光亮油用SSU210ºF。
賽(sai)氏(shi)粘(zhan)度(du)和(he)運(yun)動(dong)粘(zhan)度(du)之(zhi)間(jian)也(ye)有(you)一(yi)個(ge)換(huan)算(suan)公(gong)式(shi),不(bu)講(jiang)了(le)。其(qi)實(shi)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)方(fang)式(shi)就(jiu)是(shi)測(ce)算(suan)一(yi)下(xia),這(zhe)也(ye)沒(mei)啥(sha)難(nan)的(de),因(yin)為(wei)運(yun)動(dong)粘(zhan)度(du)最(zui)大(da)的(de)價(jia)值(zhi)就(jiu)在(zai)這(zhe)兒(er)了(le),否(fou)則(ze)這(zhe)指(zhi)標(biao)變(bian)成(cheng)了(le)廢(fei)柴(chai)了(le)。熟(shu)悉(xi)了(le)以(yi)後(hou)你(ni)一(yi)看(kan)牌(pai)號(hao),大(da)體(ti)就(jiu)已(yi)經(jing)知(zhi)道(dao)它(ta)的(de)運(yun)動(dong)粘(zhan)度(du)是(shi)多(duo)少(shao)了(le),因(yin)此(ci)這(zhe)個(ge)SSU的數值也就隻能是給大家看看大門而已。
哦,對了,基礎油領域還是要使用它的。別的,其實沒啥用了。
2023-09
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ARAL AG 德國亞拉股份公司創立於1898年成立,百年的石油公司,為德國境內最大的燃料及潤滑油供應商。總公司設於德國漢堡(Hamburg),分支機構遍布歐洲各地,是德國石油科技的權威。
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