Что такое вязкость лакокрасочных материалов и как её определить

ОПРЕДЕЛЕНИЕ коэффициента вязкости (внутреннего трения) жидкости методом Стокса

Фамилия И.О.
_________________   Группа __________   Дата ______

Введение

Вязкость (внутренне трение)
обуславливается силой трения, возникающей при относительном смещении слоев
жидкости. Вязкость жидкости характеризуется коэффициентом вязкости. Эта
величина определяет свойства жидкости и связывает силу внутреннего трения в
жидкости со скоростью ее частиц.

Физический смысл коэффициента вязкости можно выяснить
из следующих соображений. При установившемся потоке жидкости в трубе различные
слои движущейся жидкости имеют различные скорости. Наибольшую скорость имеет
слой, текущий по центральной части трубы. Слой, непосредственно прилегающий к
стенкам трубы, благодаря прилипанию частичек жидкости к стенкам трубы, имеет
скорость . Поэтому распределение скорости текущей
жидкости по трубе определяется величиной  (градиент
скорости), которая показывает изменение скорости на единицу длины радиуса
трубы. Согласно закону Ньютона, сила внутреннего трения между слоями
определяется формулой:

где       η – коэффициент вязкости;

             — градиент скорости;

S –
площадь поверхности, к которой приложена сила.

Из этой формулы следует:

Если предположить, что S равняется
единице поверхности и градиент скорости равен единице, то η = F, то
есть коэффициент вязкости численно равен силе внутреннего трения между слоями,
действующей на единицу поверхности при градиенте скорости равном единице.

В системе СИ коэффициент вязкости измеряется в Ньютон
секундах на квадратный метр и имеет размерность

Основными методами измерения коэффициента вязкости
являются метод истечения жидкости из капилляра, разработанный Пуазейлем и метод
падения шарика, разработанный Стоксом.

В настоящей работе описывается метод Стокса. Маленький
шарик, изготовленный из материала, плотность которого больше плотности
исследуемой жидкости, опускается в исследуемую жидкость, находящуюся в длинной
трубке. На движущейся шарик действуют три силы:

1.Сила тяжести

где       r – радиус шарика;

            ρ – плотность материала шарика;

g –
ускорение силы тяжести ().

2.Сила Архимеда, направленная против
движения шарика:

здесь ρ₁ – плотность
вязкой жидкости.

3.Сила внутреннего трения (сила
сопротивления движения шарика). Эта сила также направлена против движения
шарика. Стокс на основании теоретических исследований установил, что если шарик
движется в жидкости, не вызывая при своем движении никаких завихрений, то сила
сопротивления движения шарика определяется формулой

где  —
скорость падения шарика, r – радиус шарика, η – коэффициент вязкости
жидкости.

Следует учесть, что при движении шарика
имеет место не трение шарика о жидкость, а трение отдельных слоев жидкости друг
о друга, так как шарик обволакивается тонким слоем жидкости, и этот слой
жидкости движется вместе с шариком.

Сила трения с увеличением скорости
движения шарика возрастает, следовательно, при движении шарика скорость его
может достигнуть такой величины, при которой все три силы, действующие на
шарик, будут уравновешены, то есть равнодействующая их будет равна нулю. Такое
движение шарика будет равномерным, и шарик будет двигаться по инерции с
постоянной скоростью. Уравнение динамики для такого движения будет:

или

откуда

При движении шарика в цилиндрическом сосуде с
радиусом R и высотой h учет наличия
стенок, дна сосуда и верхней поверхности приводит к следующему выражению для
коэффициента вязкости, установленному теоретически

здесь   R – радиус цилиндра, h – высота
жидкости.

Для шариков малых радиусов 1-2 мм и трубок достаточно
большого диаметра  малая величина. Ею можно в
наших расчетах пренебречь и расчеты вести по формуле (53).

Следует помнить, что коэффициент вязкости зависит от
температуры. При повышении температуры коэффициент вязкости уменьшается.
Поэтому при определении коэффициента вязкости следует указать температуру.

Порядок выполнения работы

1.Получив у лаборанта микрометр и
несколько стальных и чугунных шариков, определить диаметры шариков при помощи
микрометра с точностью до 0,01 мм. Плотность стали принять равной , плотность свинца — , плотность масла —

2.Температуру считать равной
комнатной температуре.

3.Измерить расстояние между метками
на трубке, в которой должен двигаться шарик.

4.Секундомером определить время
прохождения шариком расстояния между красными линиями ab (рис.22).

Глаз следует поместить так, чтобы отсутствовала ошибка
на параллакс. Опыт повторяют с двумя-тремя шариками.

5.Скорость определяется из
соотношения

6.Данные опыта подставить в формулу
(53).

7.Для каждого шарика  отдельно
измеряют время падения и рассчитывают коэффициент вязкости. Затем определяют

8.Найти относительную и абсолютную
ошибки измерения.

Вязкость сыра

Сыр — это пищевой продукт, получаемый из молока путем введения молочнокислых бактерий, ферментов, способствующих его свертыванию, либо посредством плавления молочных продуктов.

Сыры классифицируются на твердые, мягкие, плавленые, рассольные. Показатель вязкости целесообразно рассматривать у плавленых сыров.

Вязкость данного продукта снижается при повышении содержания в нем влаги. На нее также влияет зрелость исходного сырья, вид и доза солей-плавителей, активная кислотность сыра. В слабой степени на вязкость влияет содержание в сырье жира, хотя он и увеличивает пластичность сырной массы.

Зависимость вязкости моторного масла от температуры

С ростом температуры вязкость моторного масла падает, т.е. масло становится более жидким. Вязкость масла может уменьшаться в интервале температур от 0 °С до +100 °С в сотни и тысячи раз. На практике этот эффект используется при замене масла – масло всегда меняют после прогрева двигателя, т.е. когда масло разжижается, иначе слить его максимально полно с двигателя нельзя.

«Обычное минеральное» моторное масло при 0 °С гуще воды более чем в сотни и тысячи раз, а при +100 °С всего лишь в десятки. Кинематическая вязкость моторного масла показывает именно «степень густоты» моторного масла. Она измеряется в сСт (сантиСтоксы или мм /с, 1 сСт = 1 мм /с).

Скорость падения кинематической вязкости с ростом температуры характеризуется ИНДЕКСОМ ВЯЗКОСТИ масла. Проще говоря, индекс вязкости показывает «степень разжижения» масла. Это безразмерная величина, т.е. не измеряется в каких-либо единицах (метрах, километрах, килограммах и т.д.) – это просто цифра!

Чем ниже индекс вязкости моторного масла, тем сильнее масло разжижается, т.е. толщина масляной пленки становится очень маленькой (а за этим следует повышенный износ). Чем выше индекс вязкости моторного масла, тем меньше масло разжижается, т.е. обеспечивается необходимая для защиты трущихся поверхностей толщина масляной пленки.

На практике, в случае реальных моторных масел, низкий индекс вязкости означает плохой запуск двигателя при низких температурах или плохая его защита от износа при высоких температурах.

Пример: отечественное масло M10ДМ (или М10Г2к) – минеральное масло (индекс вязкости ИВ ~100…110), запуск двигателя (при исправном состоянии) при -15 °С затруднен; Shell Rimula D 10W-30 (ИВ~130) – запуск двигателя при его исправном состоянии гарантирован при -25 °С – почувствуйте разницу!

Вывод: чем выше индекс вязкости моторного масла, тем в более широком температурном диапазоне (окружающей среды) масло обеспечивает работоспособность двигателя – обеспечивается более легкий пуск двигателя при низких температурах и достаточная толщина масляной пленки (и, соответственно, защита двигателя от износа) при высоких температурах.

Теоретически, все производители моторных масел хотели бы получить продукт с максимально высоким индексом вязкости (> 300), но к сожалению, это невозможно по причине ряда физических законов. Высококачественные минеральные моторные масла обычно имеют индекс вязкости (ИВ) 120-140, полусинтетические 130-150, синтетические 140-170. На канистрах, этикетках, этот параметр, как правило, не указывается, из-за «излишней сложности восприятия» для потребителя. Вы всегда можете потребовать от представителя производителя масла. Она не является секретной или конфиденциальной!

1. Вязкость – (внутреннее трение) – свойство жидких и газообразных тел оказывать сопротивление их течению – перемещению одного слоя тела относительно другого – под действием внутренних сил. Может быть выражена в единицах вязкости кинематической, динамической, условной и удельной. Физическая модель вязкости жидкого или газообразного тела – это сила, которую необходимо приложить для равномерного перемещения одной пластины относительно покоящейся, при условии, что их разделяет жидкость или газ, отнесенная к площади пластины. В этом случае приложенная сила оказывается равной абсолютной (динамической) вязкости.
2. Кинематическая вязкость – основной эксплуатационный параметр для всех видов моторных и трансмиссионных масел (а также и масел индустриальной номенклатуры). По определению – отношение динамической вязкости ( h ) к плотности ( d ) жидкости или газа при той же температуре: n = h / d

В системе СИ за единицу кинематической вязкости принят квадратный метр за секунду (м2/с), равный кинематической вязкости, при которой динамическая вязкость среды с плотностью 1 кг/м3 равна 1 Па Ч с. В системе СГС принят стокс.

Влияние на работу двигателя: от вязкости масла зависят следующие факторы

1. Толщина образуемой масляной пленки в парах трения (надежность разделения трущихся поверхностей при высоких температурах, стойкость к разрушению до добавления противоизносных присадок)
2. Легкость пуска двигателя в холодную погоду
3. Мощность двигателя (потери на трение, компрессия в ЦПГ)
4. Коэффициент полезного действия двигателя
5. Количество осадков образующихся в картерном масле
6. Расход топлива
7. Расход масла

Сила вязкого трения

Сила вязкого трения F, действующая на жидкость, пропорциональна (в простейшем случае сдвигового течения вдоль плоской стенки) скорости относительного движения v тел и площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h:

F→∝−v→⋅Sh{\displaystyle {\vec {F}}\propto -{\frac {{\vec {v}}\cdot S}{h}}}

Коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости. Этот закон был предложен Исааком Ньютоном в 1687 году и носит его имя (закон вязкости Ньютона). Экспериментальное подтверждение закона было получено в начале XIX века в опытах Кулона с крутильными весами и в экспериментах Хагена и Пуазёйля с течением воды в капиллярах.

Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

η=13⟨u⟩⟨λ⟩ρ,{\displaystyle \eta ={\frac {1}{3}}\langle u\rangle \langle \lambda \rangle \rho ,}

где ⟨u⟩{\displaystyle \langle u\rangle } — средняя скорость теплового движения молекул, ⟨λ⟩{\displaystyle \langle \lambda \rangle } − средняя длина свободного пробега. Из этого выражения в частности следует, что вязкость не очень разреженных газов практически не зависит от давления, поскольку плотность ρ{\displaystyle \rho } прямо пропорциональна давлению, а длина пробега ⟨λ⟩{\displaystyle \langle \lambda \rangle } — обратно пропорциональна. Такой же вывод следует и для других кинетических коэффициентов для газов, например, для коэффициента теплопроводности. Однако этот вывод справедлив только до тех пор, пока разрежение газа не становится столь малым, что отношение длины свободного пробега к линейным размерам сосуда (число Кнудсена) не становится по порядку величины равным единице; в частности, это имеет место в сосудах Дьюара (термосах).

С повышением температуры вязкость большинства газов увеличивается, это объясняется увеличением средней скорости молекул газа u{\displaystyle u}, растущей с температурой как T{\displaystyle {\sqrt {T}}}.

Влияние температуры на вязкость газов

В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при увеличении температуры).

Формула Сазерленда может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры:

μ=μT+CT+C(TT)32,{\displaystyle \mu =\mu _{0}{\frac {T_{0}+C}{T+C}}\left({\frac {T}{T_{0}}}\right)^{3/2},}

где

μ — динамическая вязкость (в Па·с) при заданной температуре T;

μ — контрольная вязкость (в Па·с) при некоторой контрольной температуре T;

T — заданная температура в кельвинах;

T — контрольная температура в кельвинах;

C — постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

Эту формулу можно применять для температур в диапазоне 0 < T < 555 K и при давлениях менее 3,45 МПа с ошибкой менее 10 %, обусловленной зависимостью вязкости от давления.

Постоянная Сазерленда и контрольные вязкости газов при различных температурах приведены в таблице ниже:

Газ	C, K	T, K	μ, мкПа·с
Воздух	120	291,15	18,27
Азот	111	300,55	17,81
Кислород	127	292,25	20,18
Углекислый газ	240	293,15	14,8
Угарный газ	118	288,15	17,2
Водород	72	293,85	8,76
Аммиак	370	293,15	9,82
Оксид серы(IV)	416	293,65	12,54
Гелий	79,4	273	19

Вязкость жидкостей

Динамическая вязкость

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

τ=−η∂v∂n,{\displaystyle \tau =-\eta {\frac {\partial v}{\partial n}},}

Коэффициент вязкости η{\displaystyle \eta } (коэффициент динамической вязкости, динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что η{\displaystyle \eta } будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля-Андраде:

η=CewkT{\displaystyle \eta =Ce^{w/kT}}

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества VM{\displaystyle V_{M}}. Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение:

η=cVM−VC,{\displaystyle \eta ={\frac {c}{V_{M}-V_{C}}},}

где:

• c{\displaystyle {c}} — константа, характерная для определенной жидкости;
• VC{\displaystyle V_{C}} — собственный объем, занимаемый частицами жидкости.

Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкость

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной:

ν=ηρ,{\displaystyle \nu ={\frac {\eta }{\rho }},}

и эта величина получила название кинематической вязкости.

Здесь ρ{\displaystyle \rho } — плотность жидкости; η{\displaystyle \eta } — коэффициент динамической вязкости.

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом: 1 сСт = 1 мм²/c = 10−6 м²/c.

Условная вязкость

Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают — °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 см³ испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 см³ дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле:

ν=7,4⋅10−6Et,{\displaystyle \nu =7,4\cdot 10^{-6}E_{t},}

где ν{\displaystyle \nu } — кинематическая вязкость (в м2/с), а Et{\displaystyle E_{t}} — условная вязкость (в °ВУ) при температуре t.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье — Стокса):

σij=η(∂vi∂xj+∂vj∂xi),{\displaystyle \sigma _{ij}=\eta \left({\frac {\partial v_{i}}{\partial x_{j}}}+{\frac {\partial v_{j}}{\partial x_{i}}}\right),}

где σi,j{\displaystyle \sigma _{i,j}} — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Примечания

1. Внутреннее трение в металлах, полупроводниках, диэлектриках и ферромагнетиках: Сб. статей (рус.) / Под ред. Ф. Н. Тавадзе. — М.: Наука, 1978. — 235 с.
2. В общем случае это не так.
3. Хмельницкий Р. А. Физическая и коллоидная химия: Учебних для сельскохозяйственных спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1988. — С. 40. — 400 с. — ISBN 5-06-001257-3.
4. Попов Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и превмосистем : Учеб. для машиностроительных вузов. — М. : Машиностроение, 176. — С. 175. — 424 с.
5. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. — Ленинград, Наука, 1975. — с. 226.
6. Ojovan M. Viscous flow and the viscosity of melts and glasses. Physics and Chemistry of Glasses, 53 (4) 143—150 (2012).

Газы и неньютоновские жидкости

Вязкость газообразных сред определяется в зависимости от их температуры. Для идеального газа можно воспользоваться формулой Сазерленда (формула 2.5). Эта формула применима в диапазоне температур от абсолютного нуля до 555 К и в диапазоне давлений не более 3,45 МПа.

Кинематическая вязкость неньютоновских жидкостей вычисляется по приведённому закону Навье — Стокса (формула 2.6), где σ_ij — тензор вязких напряжений. К неньютоновским жидкостям относят псевдопластики (кровь, краска, кетчуп, лава и др.), а также дилатантные жидкости (жидкости с плотно перемешанными частичками, у которых вязкость резко возрастает при росте деформации сдвига).

Динамическая вязкость

Динамическая вязкость определяет величину сопротивления текучести жидкости при перемещении ее слоя площадью 1 см2 на расстояние в 1 см со скоростью 1 см/сек. В СИ (Международной системе единиц) данный показатель измеряется в Па•с (паскаль•секунда). В системе же СГС единицей измерения вязкости является пуаз (в честь Ж. Пуазейля, французского физика).

Чем выше вязкость жидкости, тем, соответственно, больше время ее истечения. Например, чем дольше по времени краска, нефть, смола, мед или любая другая жидкая среда будет вытекать через воронку, тем больше будет вязкость данного вещества.

С точки зрения физики динамическая вязкость обозначает потерю давления за единицу времени (поэтому в системе СИ этот параметр и измеряется в Па•с). У жидкостей данный параметр снижается при росте температуры (то есть когда среда нагревается, она течет легче) и повышается при увеличении давления.

Сила внутреннего трения в жидкости

(12)

т. е. она прямо пропорциональна
динамическому коэффициенту вязкости,
площади трущихся слоёв
и градиенту скорости.

В системе СИ динамический коэффициент
вязкости имеет размерность
.
В системе СГС за единицу динамического
коэффициента вязкости принимаютпуаз
(Пз). Размерностьпуаза –Следовательно,или

При расчётах наиболее частоприменяюткинематическийкоэффициент вязкости,

.
(13)

Название «кинематический» этот
коэффициент получил в связи с тем, что
в его размерность входят единицы
измерения только кинематических
параметров и не входят единицы силы

В системе СИ кинематический коэффициент
вязкости измеряется в (м2/с), в
системе СГС – см2/с илистокс
(Ст). Величину, в 100 раз меньшуюстокса,называютсантистоксом.

В практике, наряду с упомянутыми единицами
измерения вязкости жидкости, используют
условныйградус Энглера(Е),
определяемый одним из приборов для
измерения вязкости – вискозиметром
Энглера.

Под условным градусом Энглера
понимают отношение времени истечениям3(200 см3) испытуемой жидкости, при
данной температуре из латунного
цилиндрического сосуда с коническим
дном через калиброванное отверстие
диаметром 2,8 мм, к времени истечения
из этого же сосудам3дистиллированной воды при температуре
20С.

По известному значению вязкости в
условных градусах Энглера,
кинематический коэффициент вязкости,,
определяют по формуле

.
(14)

Вязкость жидкостей в значительной
степени зависит от температуры. При
этом вязкость капельных жидкостей с
увеличением температуры уменьшается
(таблица 2), а вязкость газов возрастает.
Это объясняется тем, что природа вязкости
капельных жидкостей и газов различна.
В газах средняя скорость теплового
движения и длина свободного пробега
молекул возрастает с повышением
температуры, что приводит к увеличению
вязкости. В капельных жидкостях молекулы
могут лишь колебаться относительно
среднего положения. Cростом температуры скорости колебательных
движений молекул увеличиваются. Это
облегчает возможность преодоления
удерживающих их связей, и жидкость
становится более подвижной и менее
вязкой.

Таблица 2 —
Коэффициент кинематической вязкости
воды при различных температурах

t, °C	ν, см2/с	t, °C	ν, см2/с	t, °C	ν, см2/с	t, °C	ν, см2/с	t, °C	ν, см2/с	t, °C	ν, см2/с
0,0179	6	0,0147	12	0,0124	18	0,0106	30	0,0080	45	0,0060
2	0,0167	8	0,0139	14	0,0118	20	0,0101	35	0,0072	50	0,0055
4	0,0157	10	0,0131	16	0,0112	25	0,0090	40	0,0065	60	0,0048

Кинематический коэффициент вязкости
капельных жидкостей при давленияхслабо зависит от давления. В таблице 3
приведены значения коэффициента
кинематической вязкости для некоторых
жидкостей.

Таблица 3 – Коэффициент кинематической
вязкости для некоторых жидкостей

Жидкость	t, °C	ν, см2/с	Жидкость	t, °C	ν, см2/с
Цельное молоко	20	0,00174	Безводный глицерин	20	20
Патока	18	60
Керосин	15	0,027	Легкая нефть	18	0,025
Мазут	18	2,0	Тяжелая нефть	18	0,14
Масло АМГ-10	50	0,01	ртуть	15	0,00011

Кинематический коэффициент вязкости
газов при увеличении давления уменьшается.

Для чего используется масло?

Работа двигателя внутреннего сгорания предполагает непрерывное взаимодействие его конструктивных элементов. Представим на секунду, что мотор работает «на сухую». Что с ним произойдет? Во-первых, сила трения повысит температуру внутри устройства. Во-вторых, произойдет деформация и износ деталей. И, наконец, все это приведет к полной остановке ДВС и невозможности его дальнейшего использования.  Правильно подобранное моторное масло выполняет следующие функции:

Работа моторного масла

• защищает мотор от перегрева,
• предотвращает быстрый износ механизмов,
• препятствует образованию коррозии,
• выводит нагар, сажу и продукты сгорания топлива за пределы двигательной системы,
• способствует увеличению ресурса силового агрегата.

Таким образом, нормальное функционирование моторного отдела без смазывающей жидкости невозможно.

Важно! Заливать в мотор транспортного средства нужно только то масло, вязкость которого соответствует требованиям автопроизводителей. В этом случае коэффициент полезного действия будет максимальным, а износ рабочих узлов – минимальным

Доверять мнениям продавцов-консультантов, друзей и специалистов автосервисов, если они расходятся с инструкцией к автомобилю, не стоит. Ведь только производитель может знать наверняка, чем стоит заправлять мотор.

Детальное рассмотрение параметров, указанных в таблице

Дело в том, что когда проектировались таблицы и рассматривался алгоритм создания зависимости вязкости масла от температуры, учитывались имеющиеся на тот момент технологии автомобилестроения.

То есть в конце XX века все двигатели строились по приблизительно одной и той же технологии. Температура, контактная нагрузка, создаваемое масляным насосом давление, схема и исполнение магистралей находились примерно на одном и том же технологическом уровне.

Именно под технологии того времени создавались первые таблицы, увязывающие вязкость масла и температуру, при которой оно может эксплуатироваться. Хотя на самом деле стандарт по SAE в чистом виде не привязывается к температуре окружающей среды, а лишь оговаривает вязкостные показатели масла при определенной температуре.

Значение букв и цифр на канистре

В зимний коэффициент (с буквой «W») входят следующие параметры:

• вязкость при прокачивании смазочного материала по магистралям масляным насосом;
• вязкость при проворачивании коленчатого вала (для современных двигателей этот показатель учитывается в коренных и шатунных шейках, а также в шейках распределительного вала).

О чем говорят цифры на канистре — видео

В летний коэффициент (идущий через дефис после буквы «W») включаются два основных параметра, один второстепенный, и один производный, рассчитываемый из предыдущих параметров:

• кинематическая вязкость при 100 °C (то есть при средней рабочей температуре в нагретом ДВС);
• динамическая вязкость при 150 °C (определяется для представления о вязкости масла в паре трения кольцо/цилиндр – одном из ключевых узлов в работе двигателя);
• кинематическая вязкость при температуре 40 °C (показывает, как поведет себя масло в момент летнего пуска двигателя, а также используется для изучения скорости самопроизвольного стекания масляной пленки в поддон под действием времени);
• индекс вязкости – указывает на свойство смазочного материала оставаться стабильным при изменении рабочей температуры.

Зачастую для зимнего ограничения по температуре предусматривается несколько значений. Например, для взятого в качестве примера масла 5W-30, допустимая температура окружающего воздуха при гарантированном прокачивании смазки по системе должна быть не ниже –35 °C. А для гарантированного проворачивания коленчатого вала стартером – не ниже –30 °C.

Класс по SAE	Вязкость низкотемпературная	Вязкость высокотемпературная
Проворачивание	Прокачиваемость	Вязкость, мм2/с при t=100°С	Min вязкость HTHS, мПа*с при t=150°С и скорости сдвига 10**6 с**-1
Мах вязкость, мПа*с, при температуре, °С	Min	Мах
0W	6200 при -35 °С	60000 при -40 °С	3,8	—	—
5W	6600 при -30 °С	60000 при -35 °С	3,8	—	—
10W	7000 при -25 °С	60000 при -30 °С	4,1	—	—
15W	7000 при -20 °С	60000 при -25 °С	5,6	—	—
20 W	9500 при -15 °С	60000 при -20 °С	5,6	—	—
25 W	13000 при -10 °С	60000 при -15 °С	9,2	—	—
20	—	—	5,6		2,6
30	—	—	9,3		2,9
40	—	—	12,5		3,5 (0W-40; 5W-40;10W-40)
40	—	—	12,5		3,7 (15W-40; 20W-40; 25W-40)
50	—	—	16,3		3,7
60	—	—	21,9		3,7

Здесь и возникают противоречивые показания в таблицах вязкости масла, выложенных на разных ресурсах. Второй весомой причиной разных значений в таблицах вязкости выступает изменение технологии производства двигателей и предъявляемые требования к вязкостным параметрам. Но об этом ниже.

Динамическая вязкость газов и паров в интервале температуры от -220 до 1000°С

В таблице представлена динамическая вязкость газов и паров в зависимости от температуры (при отрицательной и положительной температуре).

Динамическая вязкость газов в таблице выражена в Па·сек с множителем 10-8. Например, коэффициент динамической вязкости азота N₂ при нормальных условиях (при температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении) равен 1665·10-8 или 0,00001665 Па·с.

Указана динамическая вязкость следующих газов и паров: азот N₂, окись азота NO, закись азота N₂O₅, аммиак NH₃, аргон Ar, водород H₂, водяной пар H₂O, воздух, гелий He, кислород O₂, криптон Kr, ксенон Xe, метан CH₄, неон Ne, сернистый газ SO₂, углекислый газ CO₂, окись углерода CO, этан C₂H₆, этилен C₂H₄.

По данным таблицы видно, что наиболее вязким газом при комнатной температуре является газ неон — вязкость неона равна 3113·10-8 Па·с.

Ньютоновские и неньютоновские среды

Ньютоновская жидкость – это такая жидкость, вязкость которой можно высчитать с помощью формулы Ньютона.

К таким средам относятся вода и растворы. Коэффициент вязкости жидкости в таких средах может зависеть от таких факторов, как температура, давление или строение атома вещества, однако градиент скорости всегда останется неизменным.

Неньютоновские жидкости – это такие среды, в которых упомянутое выше значение может изменяться, а значит, формула Ньютона здесь действовать не будет. К таким веществам относятся все дисперсные среды (эмульсии, аэрозоли, суспензии). Сюда же относится и кровь. Об этом более подробно поговорим далее.

Вязкость жидкостей

Динамическая вязкость

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Для так называемых ньютоновских жидкостей (которых вокруг нас большинство) справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

τ=−η∂v∂n.{\displaystyle \tau =-\eta {\frac {\partial v}{\partial n}}.}

Коэффициент вязкости η{\displaystyle \eta } (коэффициент динамической вязкости, динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что η{\displaystyle \eta } будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля — Андраде:

η=CewkT.{\displaystyle \eta =Ce^{w/kT}.}

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества VM{\displaystyle V_{M}}. Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение

η=cVM−VC,{\displaystyle \eta ={\frac {c}{V_{M}-V_{C}}},}

где:

c{\displaystyle c} — константа, характерная для определенной жидкости;

VC{\displaystyle V_{C}} — собственный объём, занимаемый частицами жидкости.

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкость

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной

ν=ηρ,{\displaystyle \nu ={\frac {\eta }{\rho }},}

и эта величина получила название кинематической вязкости.

Здесь ρ{\displaystyle \rho } — плотность жидкости; η{\displaystyle \eta } — коэффициент динамической вязкости.

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом: 1 сСт = 1 мм2/c = 10−6 м2/c.

Условная вязкость

Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают — °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 мл испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле

ν=7,4⋅10−6Et,{\displaystyle \nu =7,4\cdot 10^{-6}E_{t},}

где ν{\displaystyle \nu } — кинематическая вязкость (в м2/с), а Et{\displaystyle E_{t}} — условная вязкость (в °ВУ) при температуре t.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье — Стокса):

σij=η(∂vi∂xj+∂vj∂xi),{\displaystyle \sigma _{ij}=\eta \left({\frac {\partial v_{i}}{\partial x_{j}}}+{\frac {\partial v_{j}}{\partial x_{i}}}\right),}

где σi,j{\displaystyle \sigma _{i,j}} — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.[источник не указан 104 дня]