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粘稠度
鎖定
- 中文名
- 粘稠度
- 外文名
- viscosity
- 用 途
- 形容液體間的粘性大小
- 影響因素
- 濃度、温度、氣壓
- 形 成
- 速度梯度
- 屬 性
- 材料性質
粘稠度簡介
在一般範圍內,用粘稠度來形容液體粘稠的程度。具體來説,主要用粘度來表徵。粘度的介紹如下:通俗的講,粘度是通過物體在液體內部運動所受阻力來測定的(旋轉粘度計)。如果物體在液體內部以一定的速度運動所受阻力大,則液體粘度就比較大,反之亦然。還有一種方法也比較常用,是通過將液體流過同一個下部有孔的杯子(塗-2杯或塗-4杯)的時間來判斷粘度,時間越長,説明粘度越大,反之也亦然。
粘度的定義為一對平行板,面積為A,相距dr,板間充以某液體。今對上板施加一推力F,使其產生一速度變化du。由於液體的粘性將此力層層傳遞,各層液體也相應運動,形成一速度梯度du/dr,稱剪切速率,以r′表示。F/A稱為剪切應力,以τ表示。剪切速率與剪切應力間具有如下關係:(F/A)=η(du/dr)
影響粘度的因素:1.測定的誤差,如用旋轉粘度計測定時容器要足夠大和深,以免轉子和容器距離過近,器壁附近剪切力過大,引起粘度測定數據過大。2.温度的影響。流體的粘度明顯受環境温度的影響(壓力也有一定影響,但一般可忽略不計): 這種影響也是通過分子間的相互作用來實施的:通常的概念是温度升高流體體積膨脹,分子間距離拉遠,相互作用減弱,粘度下降;温度降低,流體體積縮小,分子間距離縮短,相互作用加強,粘度上升。由於粘度與温度關係密切,因此任何粘度數據都需註明測定時的温度。通常在低温區域温度對粘度的效應尤其顯著。 主要是這兩方面的影響。在測定粘度時一定要測定當時的温度,這樣的數據才有意義。就像測定氣體的密度一樣,一定要知道當時的温度和壓力。
[1]
粘稠度粘度單位
動態粘度μ
動態粘度的物理單位:SI單位為poiseuille(Pl),cgs單位為泊(P),該單位是以JeanLéonardMariePoiseuille命名的。poiseuille很少被使用,它相當於帕斯卡· 秒(Pa·s)或(N·s)/ m或kg /(m·s)。如果流體被置於距離一的兩個板之間,一個板以剪切應力為一個帕斯卡側向推動,並使其以X每米每秒進行移動,那麼它具有的粘度為1/X帕斯卡秒。例如,20℃下的水的粘度為1.002mPa·s,典型的機油可以具有約250mPa·s的粘度。實踐中使用的單位是Pa·s或下面提到的cgs單位泊。
[2]
動力粘度的cgs物理單位泊(P)也以Jean Poiseuille命名。在ASTM標準中,由於它等於SI的毫帕秒(mPa·s),所以更為普遍地將其表示為釐泊(cP)。例如,20℃下的水的粘度為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。
運動粘度 v
運動黏度的SI單位為m^2/s,它的cgs單位為斯托克斯(St),以 George Gabriel Stokes的名字命名,在美國常被用作單數形式。
1St = 1cm·s= 10m·s.
1cSt = 1mm·s= 10m·s.
水在20°C的運動粘度大約10−6 m2·s−1或1cSt。運動粘度有時被稱為動量的擴散係數,因為它類似於熱的擴散係數和質量的擴散係數。因此,在無量綱的數字中使用它來比較擴散係數的比值。
流動性
運動粘度的倒數為流動性,它通常以φ=1/μorF=1/μ的形式來表示。該量很少用在工程領域,單位為1/P, 或者cm·s/g。流動性的概念可以用來確定理想溶液的粘度。
粘稠度常見的粘度數值
空氣:空氣的粘度主要取決於温度。在15°C,空氣的粘度是1.81×10−5kg/(m·s),18.1μPa·s或1.81×10−5 Pa·s。15°C的運動粘度是1.48×10−5m²/s或14.8cSt。在25°C,粘度是18.6μPa·s和運動粘度15.7cSt。
水:在大約25°時,水的動態粘度是8.90×10−4 Pa·s或8.90×10−3dyn·s cm²或0.890 cPC。
作為温度的函數T(開爾文):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,液體水的粘度如表所示。
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 |
在0℃(273K) | 在27℃(300K) | |
---|---|---|
17.4 | 18.6 | |
8.4 | 9 | |
20.0 | ||
22.9 | ||
21.2 | 23.2 | |
15.0 | ||
11.2 | ||
9.5 |
流體 | 粘度(Pa·s) | 粘度(cP) |
---|---|---|
血液(37℃) | 3×10-4×10 | 3-4 |
2-10 | 2000-10000 | |
5-10 | 5000〜10000 | |
熔融玻璃 | 10-1000 | 10000-1000000 |
10-25 | 10000-25000 | |
熔融巧克力 | 45-130 | 45000-130000 |
50-100 | 50000-100000 | |
≈100 | ≈100000 | |
≈250 | ≈250000 | |
≈250 | ≈250000 |
液體 | 粘度(Pa·s) | 粘度(cP) |
---|---|---|
3.06×10 | 0.306 | |
6.04×10 | 0.604 | |
0.985 | 985 | |
1.3806 | 1380.6 | |
1.074×10 | 1.074 | |
1.61×10 | 16.1 | |
1.2 | 1200 | |
HFO-380 | 2.022 | 2022 |
1.526×10 | 1.526 | |
5.44×10 | 0.544 | |
機油(20°C) | 0.065 | 65 |
機油(20°C) | 0.319 | 319 |
1.863×10 | 1.863 | |
液氮(-196℃) | 1.58×10 | 0.158 |
1.945×10 | 1.945 | |
0.081 | 81 | |
2.3E8 | 2.3E11 | |
2.42×10 | 24.2 | |
8.94×10 | 0.894 |
固體 | 粘度(Pa·s) | 温度(°C) |
---|---|---|
3×10-6×10 | 25 | |
7.0×10 | 900 | |
7×10-1×10 | 1300-3000 | |
1×10-2×10 | 3000-4000 |
粘稠度黏度的測定
各國通常用的條件粘度有以下三種:
①恩氏粘度又叫恩格勒(Engler)粘度。是一定量的試樣,在規定温度(如:50℃、 80℃、100℃)下,從恩氏粘度計流出200毫升試樣所需的時間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時間(秒)之比。温度tº時,恩氏粘度用符號Et表示,恩氏粘度的單位為條件度。
②賽氏粘度,即賽波特(sagbolt)粘度。是一定量的試樣,在規定温度(如 100°F、210°F或122°F等)下從賽氏粘度計流出200毫升所需的秒數,以"秒"單位。賽氏粘度又分為賽氏通用粘度和賽氏重油粘度(或賽氏弗羅(Furol)粘度)兩種。
③雷氏粘度即雷德烏德(Redwood)粘度。是一定量的試樣,在規定温度下,從雷氏度計流出50毫升所需的秒數,以"秒"為單位。雷氏粘度又分為雷氏1號(Rt表示)和雷氏2號(用RAt表示)兩種。
上述三種條件粘度測定法,在歐美各國常用,我國除採用恩氏粘度計測定深色潤滑油及殘渣油外,其餘兩種粘度計很少使用。三種條件粘度表示方法和單位各不相同,但它們之間的關係可通過圖表進行換算。同時恩氏粘度與運動粘度也可換算,這樣就方便靈活得多了。
[4]
粘度的測定有許多方法,如轉桶法、落球法、阻尼振動法、杯式粘度計法、毛細管法等等。對於粘度較小的流體,如水、乙醇、四氯化碳等,常用毛細管粘度計測量;而對粘度較大流體,如蓖麻油、變壓器油、機油、甘油等透明(或半透明)液體,常用落球法測定;對於粘度為0.1~100Pa?s範圍的液體,也可用轉筒法進行測定。
粘稠度分類與計算
粘度分為動力粘度,運動粘度和條件粘度。將流動着的液體看作許多相互平行移動的液層, 各層速度不同,形成速度梯度(dv/dx),這是流動的基本特徵.由於速度梯度的存在,流動較慢的液層阻滯較快液層的流動,因此.液體產生運動阻力.為使液層維持一定的速度梯度運動,必須對液層施加一個與阻力相反的反向力. 在單位液層面積上施加的這種力,稱為切應力或剪切力τ(N/m2). 切變速率(D) D=d v /d x (S-1) 切應力與切變速率是表徵體系流變性質的兩個基本參數 牛頓來定義流體的粘度。兩不同平面但平行的流體,擁有相同的面積”A”,相隔距離”dx”,且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流動,牛頓假設保持此不同流速的力量正比於流體的相對速度或速度梯度,即: τ= ηdv/dx =ηD(牛頓公式) 其中η與材料性質有關,我們稱為“粘度”。
- 參考資料
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- 1. Edgeworth, R.; Dalton, B. J.; Parnell, T. (1984). "The pitch drop experiment". European Journal of Physics. 1984: 198–200. Retrieved 2009-03-31.
- 2. Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
- 3. Hirshfelder, J. O.; Curtis, C. F.; Bird, R. B. (1964). Molecular theory of gases and liquids (1st ed.). Wiley. ISBN 0-471-40065-3.
- 4. Smits, Alexander J.; Dussauge, Jean-Paul (2006). Turbulent shear layers in supersonic flow. Birkhäuser. p. 46. ISBN 0-387-26140-0.