Pekali kelikatan ialah parameter utama bagi bendalir atau gas yang berfungsi. Dari segi fizikal, kelikatan boleh ditakrifkan sebagai geseran dalaman yang disebabkan oleh pergerakan zarah yang membentuk jisim medium cecair (gas), atau, lebih mudah, rintangan pergerakan.
Apakah itu kelikatan
Percubaan empirikal yang paling mudah untuk menentukan kelikatan: jumlah air dan minyak yang sama dituangkan ke atas permukaan condong yang licin pada masa yang sama. Air mengalir lebih cepat daripada minyak. Dia lebih cair. Minyak yang bergerak dihalang daripada mengalir dengan cepat oleh geseran yang lebih tinggi antara molekulnya (rintangan dalaman - kelikatan). Oleh itu, kelikatan cecair adalah berkadar songsang dengan kecairannya.
Nisbah kelikatan: formula
Dalam bentuk yang dipermudahkan, proses pergerakan cecair likat dalam saluran paip boleh dipertimbangkan dalam bentuk lapisan selari rata A dan B dengan luas permukaan yang sama S, jarak antaranya ialah h.
Dua lapisan ini (A dan B) bergerak pada kelajuan yang berbeza (V dan V+ΔV). Lapisan A, yang mempunyai kelajuan tertinggi (V+ΔV), melibatkan lapisan B, yang bergerak pada kelajuan yang lebih rendah (V). Pada masa yang sama, lapisan B cenderung untuk memperlahankan kelajuan lapisan A. Maksud fizikal pekali kelikatan ialah geseran molekul, yang merupakan rintangan lapisan aliran, membentuk daya yang digambarkan oleh Isaac Newton oleh formula berikut:
F=µ × S × (ΔV/j)
Di sini:
- ΔV ialah perbezaan dalam halaju lapisan aliran bendalir;
- j – jarak antara lapisan aliran bendalir;
- S – luas permukaan lapisan aliran bendalir;
- Μ (mu) - pekali bergantung pada sifat cecair, dipanggil kelikatan dinamik mutlak.
Dalam unit SI, formulanya kelihatan seperti ini:
µ=(F × h) / (S × ΔV)=[Pa × s] (Pascal × saat)
Di sini F ialah daya graviti (berat) unit isipadu bendalir kerja.
Nilai kelikatan
Dalam kebanyakan kes, pekali kelikatan dinamik diukur dalam centipoise (cP) mengikut sistem unit CGS (sentimeter, gram, saat). Dalam amalan, kelikatan berkaitan dengan nisbah jisim cecair kepada isipadunya, iaitu, kepada ketumpatan cecair:
ρ=m / V
Di sini:
- ρ – ketumpatan cecair;
- m – jisim cecair;
- V ialah isipadu cecair.
Hubungan antara kelikatan dinamik (Μ) dan ketumpatan (ρ) dipanggil kelikatan kinematik ν (ν – dalam bahasa Yunani –bogel):
ν=Μ / ρ=[m2/s]
Dengan cara ini, kaedah untuk menentukan pekali kelikatan adalah berbeza. Sebagai contoh, kelikatan kinematik masih diukur mengikut sistem CGS dalam centistokes (cSt) dan dalam unit pecahan - stokes (St):
- 1St=10-4 m2/s=1 sm2/s;
- 1sSt=10-6 m2/s=1 mm2/s.
Menentukan kelikatan air
Kelikatan air ditentukan dengan mengukur masa yang diperlukan untuk bendalir mengalir melalui tiub kapilari yang ditentukur. Peranti ini ditentukur dengan cecair standard dengan kelikatan yang diketahui. Untuk menentukan kelikatan kinematik, diukur dalam mm2/s, masa aliran bendalir, diukur dalam saat, didarab dengan pemalar.
Unit perbandingan ialah kelikatan air suling, yang nilainya hampir malar walaupun suhu berubah. Pekali kelikatan ialah nisbah masa dalam saat masa yang diperlukan dalam isipadu tetap air suling untuk mengalir keluar dari orifis yang ditentukur kepada cecair yang sedang diuji.
Viskometer
Kelikatan diukur dalam darjah Engler (°E), Saybolt Universal Seconds ("SUS") atau darjah Redwood (°RJ) bergantung pada jenis viskometer yang digunakan. Ketiga-tiga jenis viskometer hanya berbeza dalam jumlah cecair mengalir keluar.
Viskometer mengukur kelikatan dalam darjah unit Eropah Engler (°E), dikira200sm3 medium cecair mengalir keluar. Viskometer yang mengukur kelikatan dalam Saybolt Universal Seconds ("SUS" atau "SSU" yang digunakan di AS) mengandungi 60 cm3 daripada cecair ujian. Di England, di mana darjah Redwood (°RJ) digunakan, viskometer mengukur kelikatan 50 cm3 cecair. Contohnya, jika 200 cm3 minyak tertentu mengalir sepuluh kali lebih perlahan daripada isipadu air yang sama, maka kelikatan Engler ialah 10°E.
Oleh kerana suhu ialah faktor utama dalam menukar pekali kelikatan, pengukuran biasanya diambil dahulu pada suhu malar 20°C, dan kemudian pada nilai yang lebih tinggi. Hasilnya dinyatakan dengan menambahkan suhu yang sesuai, contohnya: 10°E/50°C atau 2.8°E/90°C. Kelikatan cecair pada 20°C lebih tinggi daripada kelikatannya pada suhu yang lebih tinggi. Minyak hidraulik mempunyai kelikatan berikut pada suhu masing-masing:
190 cSt pada 20°C=45.4 cSt pada 50°C=11.3 cSt pada 100°C.
Terjemah nilai
Penentuan pekali kelikatan berlaku dalam sistem yang berbeza (Amerika, Inggeris, GHS), dan oleh itu selalunya perlu untuk memindahkan data dari satu sistem dimensi ke yang lain. Untuk menukar nilai kelikatan bendalir yang dinyatakan dalam darjah Engler kepada centistoke (mm2/s), gunakan formula empirik berikut:
ν(cSt)=7.6 × °E × (1-1/°E3)
Contohnya:
- 2°E=7.6 × 2 × (1-1/23)=15.2 × (0.875)=13.3 cSt;
- 9°E=7,6 × 9 × (1-1/93)=68.4 × (0.9986)=68.3 cSt.
Untuk menentukan dengan cepat kelikatan standard minyak hidraulik, formula boleh dipermudahkan seperti berikut:
ν(cSt)=7.6 × °E(mm2/s)
Mempunyai kelikatan kinematik ν dalam mm2/s atau cSt, anda boleh menukarnya kepada pekali kelikatan dinamik Μ menggunakan perhubungan berikut:
M=ν × ρ
Contoh. Merumuskan pelbagai formula penukaran untuk darjah Engler (°E), centistokes (cSt) dan centipoise (cP), andaikan minyak hidraulik dengan ketumpatan ρ=910 kg/m3 mempunyai kelikatan kinematik 12° E, yang dalam unit cSt ialah:
ν=7.6 × 12 × (1-1/123)=91.2 × (0.99)=90.3 mm2/s.
Kerana 1cSt=10-6m2/s dan 1cP=10-3N×s/m2, maka kelikatan dinamik ialah:
M=ν × ρ=90.3 × 10-6 910=0.082 N×s/m2=82 cP.
Faktor kelikatan gas
Ia ditentukan oleh komposisi (kimia, mekanikal) gas, kesan suhu, tekanan, dan digunakan dalam pengiraan dinamik gas yang berkaitan dengan pergerakan gas. Dalam amalan, kelikatan gas diambil kira semasa mereka bentuk pembangunan medan gas, di mana perubahan pekali dikira bergantung pada perubahan dalam komposisi gas (terutamanya penting untuk medan kondensat gas), suhu dan tekanan.
Kira kelikatan udara. Prosesnya akan serupa dengandua aliran yang dibincangkan di atas. Katakan dua aliran gas U1 dan U2 bergerak selari, tetapi pada kelajuan yang berbeza. Perolakan (penembusan bersama) molekul akan berlaku di antara lapisan. Akibatnya, momentum aliran udara yang bergerak lebih pantas akan berkurangan dan aliran udara yang bergerak lebih perlahan pada mulanya akan memecut.
Pekali kelikatan udara, menurut hukum Newton, dinyatakan dengan formula berikut:
F=-h × (dU/dZ) × S
Di sini:
- dU/dZ ialah kecerunan halaju;
- S – kawasan hentaman daya;
- Pekali h - kelikatan dinamik.
Indeks kelikatan
Indeks kelikatan (VI) ialah parameter yang mengaitkan perubahan dalam kelikatan dan suhu. Korelasi ialah hubungan statistik, dalam kes ini dua kuantiti, di mana perubahan suhu mengiringi perubahan sistematik dalam kelikatan. Semakin tinggi indeks kelikatan, semakin kecil perubahan antara dua nilai, iaitu, kelikatan bendalir kerja lebih stabil dengan perubahan suhu.
Kelikatan minyak
Asas minyak moden mempunyai indeks kelikatan di bawah 95-100 unit. Oleh itu, dalam sistem hidraulik mesin dan peralatan, cecair kerja yang cukup stabil boleh digunakan, yang mengehadkan perubahan luas dalam kelikatan dalam keadaan suhu kritikal.
Pekali kelikatan "Favorable" boleh dikekalkan dengan memasukkan ke dalam bahan tambahan khas minyak (polimer) yang diperoleh semasa penyulingan minyak. Mereka meningkatkan indeks kelikatan minyak untukakaun mengehadkan perubahan ciri ini dalam selang yang dibenarkan. Dalam amalan, dengan pengenalan jumlah bahan tambahan yang diperlukan, indeks kelikatan rendah minyak asas boleh ditingkatkan kepada 100-105 unit. Walau bagaimanapun, campuran yang diperoleh dengan cara ini merosot sifatnya pada tekanan tinggi dan beban haba, dengan itu mengurangkan keberkesanan bahan tambahan.
Dalam litar kuasa sistem hidraulik berkuasa, cecair kerja dengan indeks kelikatan 100 unit harus digunakan. Cecair bekerja dengan bahan tambahan yang meningkatkan indeks kelikatan digunakan dalam litar kawalan hidraulik dan sistem lain yang beroperasi dalam julat tekanan rendah / sederhana, dalam julat suhu terhad, dengan kebocoran kecil dan dalam operasi kelompok. Dengan peningkatan tekanan, kelikatan juga meningkat, tetapi proses ini berlaku pada tekanan melebihi 30.0 MPa (300 bar). Dalam amalan, faktor ini sering diabaikan.
Pengukuran dan pengindeksan
Menurut piawaian ISO antarabangsa, pekali kelikatan air (dan media cecair lain) dinyatakan dalam centistoke: cSt (mm2/s). Pengukuran kelikatan minyak proses hendaklah dijalankan pada suhu 0°C, 40°C dan 100°C. Walau apa pun, dalam kod gred minyak, kelikatan mesti ditunjukkan oleh angka pada suhu 40 ° C. Dalam GOST, nilai kelikatan diberikan pada 50°C. Gred yang paling biasa digunakan dalam hidraulik kejuruteraan berjulat daripada ISO VG 22 hingga ISO VG 68.
Minyak hidraulik VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 pada 40°C mempunyai nilai kelikatan yang sepadan dengan penandaannya: 22, 32, 46, 68 dan 100 cSt. Optimumkelikatan kinematik bendalir kerja dalam sistem hidraulik berjulat antara 16 hingga 36 cSt.
Persatuan Jurutera Automotif Amerika (SAE) telah menetapkan julat kelikatan pada suhu tertentu dan memberikan mereka kod yang sesuai. Nombor yang mengikuti W ialah kelikatan dinamik mutlak Μ pada 0°F (-17.7°C) dan kelikatan kinematik ν ditentukan pada 212°F (100°C). Pengindeksan ini digunakan untuk minyak sepanjang musim yang digunakan dalam industri automotif (transmisi, motor, dll.).
Kesan kelikatan pada hidraulik
Penentuan pekali kelikatan cecair bukan sahaja untuk kepentingan saintifik dan pendidikan, tetapi juga membawa nilai praktikal yang penting. Dalam sistem hidraulik, bendalir kerja bukan sahaja memindahkan tenaga dari pam ke motor hidraulik, tetapi juga melincirkan semua bahagian komponen dan mengeluarkan haba yang dihasilkan daripada pasangan geseran. Kelikatan bendalir kerja yang tidak sesuai untuk mod pengendalian boleh menjejaskan kecekapan semua hidraulik secara serius.
Kelikatan cecair kerja yang tinggi (minyak berketumpatan sangat tinggi) membawa kepada fenomena negatif berikut:
- Peningkatan rintangan kepada aliran bendalir hidraulik menyebabkan penurunan tekanan yang berlebihan dalam sistem hidraulik.
- Nyahpecutan kelajuan kawalan dan pergerakan mekanikal penggerak.
- Pembangunan peronggaan dalam pam.
- Sifar atau pelepasan udara terlalu rendah daripada minyak tangki hidraulik.
- Terlihatkehilangan kuasa (penurunan kecekapan) hidraulik kerana kos tenaga yang tinggi untuk mengatasi geseran dalaman bendalir.
- Peningkatan tork penggerak utama mesin disebabkan oleh peningkatan beban pam.
- Kenaikan suhu bendalir hidraulik disebabkan peningkatan geseran.
Oleh itu, makna fizikal pekali kelikatan terletak pada pengaruhnya (positif atau negatif) pada komponen dan mekanisme kenderaan, mesin dan peralatan.
Kehilangan kuasa hidraulik
Kelikatan cecair kerja yang rendah (minyak berketumpatan rendah) membawa kepada fenomena negatif berikut:
- Penurunan kecekapan isipadu pam akibat peningkatan kebocoran dalaman.
- Peningkatan kebocoran dalaman dalam komponen hidraulik keseluruhan sistem hidraulik - pam, injap, pengedar hidraulik, motor hidraulik.
- Peningkatan haus unit pengepaman dan kesesakan pam disebabkan oleh kelikatan cecair kerja yang tidak mencukupi yang diperlukan untuk menyediakan pelinciran bahagian yang menggosok.
Kebolehmampatan
Sebarang cecair dimampatkan di bawah tekanan. Berkenaan dengan minyak dan penyejuk yang digunakan dalam hidraulik kejuruteraan mekanikal, secara empirik telah ditetapkan bahawa proses mampatan adalah berkadar songsang dengan jisim cecair bagi setiap isipadu. Nisbah mampatan adalah lebih tinggi untuk minyak mineral, jauh lebih rendah untuk air dan jauh lebih rendah untuk cecair sintetik.
Dalam sistem hidraulik tekanan rendah mudah, kebolehmampatan bendalir mempunyai kesan yang boleh diabaikan pada pengurangan isipadu awal. Tetapi dalam mesin berkuasa dengan hidraulik tinggitekanan dan silinder hidraulik yang besar, proses ini menunjukkan dirinya dengan ketara. Untuk minyak mineral hidraulik pada tekanan 10.0 MPa (100 bar), isipadu berkurangan sebanyak 0.7%. Pada masa yang sama, perubahan dalam isipadu mampatan dipengaruhi sedikit oleh kelikatan kinematik dan jenis minyak.
Kesimpulan
Penentuan pekali kelikatan membolehkan anda meramalkan operasi peralatan dan mekanisme di bawah pelbagai keadaan, dengan mengambil kira perubahan dalam komposisi cecair atau gas, tekanan, suhu. Selain itu, kawalan penunjuk ini adalah relevan dalam sektor minyak dan gas, utiliti dan industri lain.
