Два метода измерения и составления отчетов о вязкости, кинематический и абсолютный (также называемый динамическим), часто вызывают путаницу в умах тех, кто не использует их регулярно. В этой колонке я объясню разницу между ними и дам несколько советов о том, как их применять в смазочных материалах.
абсолютная вязкость
Абсолютная вязкость определяется как сопротивление жидкости сдвигу или способность жидкости сопротивляться деформации при приложении силы. Проще говоря, чем толще жидкость, тем больше энергии требуется, чтобы заставить ее течь. Строго говоря, кинематическая вязкость определяется как отношение абсолютной вязкости к плотности.
Плотность — это свойство, производное от массы, и поскольку масса и вес для практических целей прямо пропорциональны в любой точке поверхности Земли, кинематическую вязкость часто интерпретируют как сопротивление жидкости течению под действием силы тяжести.
Мне нравится думать о кинематической вязкости как о частном случае абсолютной вязкости. Силы сдвига, создаваемые гравитацией, на самом деле очень малы по сравнению с силами сдвига, возникающими в результате механического взаимодействия компонентов машины.
Проиллюстрируем эту разницу на примере. Предположим, у вас на столе стоит банка с медом и банка с водой. Банки прикреплены к столу и не могут двигаться. Если вы положите ложку в каждую банку и начнете помешивать, вы внесете сдвиг в жидкость.
Обратите внимание, что эти силы не вызваны силой тяжести, поэтому вы проводите испытание на абсолютную вязкость. Очевидно, что жидкостью с большим сопротивлением перемешиванию является мед, поэтому можно заключить, что абсолютная вязкость меда больше, чем абсолютная вязкость воды. Теперь возьмите эти банки, уберите их со стола и вылейте в сторону.
Вся жидкость вытечет из резервуара, в этом случае сила, вызывающая поток, создается силой тяжести. Итак, мы только что провели тест на кинематическую вязкость, который также показал, что мед имеет большую кинематическую вязкость, чем вода, потому что он имеет большее сопротивление вытеканию из банки.
Вязкость жидкости, кинематическая или абсолютная, меняется в зависимости от измеряемой температуры. Поэтому необходимо указать температуру, при которой измеряется вязкость.
кинематическая вязкость
В качестве строгого определения состояния движения, если известна плотность жидкости, абсолютную вязкость и кинематическую вязкость можно преобразовать напрямую. Эту связь можно выразить как:
Абсолютная вязкость=кинематическая вязкость x плотность
Для правильного использования этой формулы необходимо использовать соответствующие единицы СИ.
На данный момент мы показали, что тесты как на абсолютную, так и на кинематическую вязкость доказывают, что мед более вязкий, чем вода. Давайте посмотрим на другой пример.
Используя две одинаковые банки, закрепленные на столе, наполните одну медом, а другую майонезом. Теперь выполните тест на абсолютную вязкость, перемешивая жидкость. Тестирование покажет, что мед — более вязкая жидкость.
Переверните банку и проведите тест на кинематическую вязкость, который покажет, что майонез теперь представляет собой более вязкую жидкость (мед закончится быстрее, чем майонез). Во-первых, как объяснить разные результаты и, во-вторых, каковы последствия, по крайней мере, в отношении машинных смазок?
разница
Чтобы объяснить различные результаты, нам необходимо понять ньютоновские свойства жидкости. Если вы свяжете вязкость жидкости с величиной сдвига, который она испытывает, некоторые жидкости обладают вязкостью, которая не зависит от величины приложенной силы сдвига.
Их называют ньютоновскими жидкостями, хорошим примером которых является мед. Распределение вязкости некоторых жидкостей меняется в зависимости от величины испытываемого сдвига. Их называют неньютоновскими жидкостями, например майонезом.
Неньютоновские жидкости демонстрируют высокую вязкость при низкой скорости сдвига (испытание на кинематическую вязкость). Как и в случае с тестом на абсолютную вязкость, вязкость неньютоновских жидкостей уменьшается при более сильном сдвиге жидкости.
почему это важно
Так что же это означает для смазочных материалов?
1. Большинство смазочных материалов (см. исключения ниже) обладают свойствами, близкими к ньютоновским. Таким образом, измеряем ли мы кинематическую вязкость или абсолютную вязкость и отслеживаем ее тренды, особой разницы нет.
2. Масла, которые проявляют больше неньютоновских свойств:
Улучшенные смазочные материалы (масла с присадками, улучшающими индекс вязкости)
Деградированное масло
Нефтяные эмульсии, включая умеренное загрязнение твердыми веществами и/или жидкостями и воздухововлечение, все из которых могут образовывать эмульсии.
3. Учитывая, что на поток смазочной жидкости в машине влияют механически возникающие сдвиговые силы, а не сила тяжести, можно утверждать, что испытание на абсолютную вязкость является лучшим методом определения вязкости. Однако справедливо предположить, что любой фактор, влияющий на изменение абсолютной вязкости, может также влиять на изменения кинематической вязкости.
Пока мы измеряем и отслеживаем тенденции одним методом измерения (с соответствующей воспроизводимостью), мы сможем получить хорошие закономерности в данных. Несмотря на то, что мы проводим измерения кинематической вязкости и интуитивно знаем, что они неверны с точки зрения машины, они по-прежнему популярны. Поэтому придерживайтесь одного метода. Шутка: лучше все время ошибаться, чем иногда быть правым.
4. Кинематическая вязкость является распространенным методом измерения и составления отчетов о вязкости при анализе использованных смазочных материалов, по крайней мере, в большинстве коммерческих лабораторий. Как упоминалось в предыдущем абзаце, возможно, это не лучший подход, но он стал доминирующим благодаря истории и простоте использования.
5. Большинство коммерческих лабораторий используют автоматический вискозиметр для измерения кинематической вязкости. Большинство полевых лабораторных приборов измеряют абсолютную вязкость, но сообщают о ней как кинематическую вязкость, используя предположения о плотности жидкости и выполняя соответствующие расчеты.
Обычно это не является проблемой при получении результатов трендов, но важно гарантировать, что измерения вязкости всегда выполняются при одной и той же температуре. Это может быть комнатная температура, но перед тестированием всегда убедитесь, что масло успело достичь комнатной температуры в среде с контролируемым климатом.
И не пытайтесь слишком близко сравнивать результаты вашей коммерческой нефтяной лаборатории с результатами полевой лаборатории; они будут разными, но это потому, что они измеряют разные вещи. Должна быть некоторая корреляция, но она не будет полностью эквивалентной.
Вязкость часто считается наиболее важным свойством смазочного материала. Поэтому также важно уметь это измерить и понять. Надеюсь, это обеспечит более четкое понимание предмета.
