В чем разница между динамической и кинематической вязкостью?

Вязкость является фундаментальным свойством материала при изучении потока жидкости в любом приложении. Двумя наиболее распространенными типами вязкости являются динамическая и кинематическая. Связь между этими двумя свойствами очень проста.

Динамическая вязкость (также называемая абсолютной вязкостью) — это измерение внутреннего сопротивления жидкости течению, а кинематическая вязкость — это отношение динамической вязкости к плотности. Исходя из приведенного выше выражения, две жидкости с одинаковой динамической вязкостью могут иметь очень разную кинематическую вязкость в зависимости от плотности, и наоборот. Поэтому не всегда легко понять физический смысл свойств этих двух материалов.

Проще говоря, динамическая вязкость дает вам информацию о силе, необходимой для обеспечения движения жидкости с определенной скоростью, а кинематическая вязкость показывает, насколько быстро жидкость течет при приложении определенной силы.

Внутреннее сопротивление потоку жидкости (динамическая вязкость) означает, что существуют силы, участвующие в вытеснении жидкости. Эта сила (F) пропорциональна:

1) Скорость сдвига (SR)

2) Площадь поверхности (А)

3) Динамическая вязкость (η)

F=ηA ×SR

В приведенном выше выражении (закон вязкости Ньютона) динамическая вязкость используется как константа пропорциональности между напряжением F/A и скоростью деформации или скоростью сдвига. Другой способ подумать о кинематической вязкости — осознать, что она имеет коэффициент диффузии [см 2 /с]. По этой причине кинематическую вязкость иногда называют диффузией импульса, аналогично диффузии тепла и массы. В этом смысле динамическая вязкость является более фундаментальным свойством, а кинематическая вязкость — производным свойством.

Исторически сложилось так, что предпочтительным методом измерения вязкости была кинематическая вязкость, поскольку он не требует измерения силы. В большинстве «кинематических» вискозиметров поток жидкости осуществляется под действием силы тяжести (g). Эти методы (капиллярный, вороночный...) просто измеряют время, необходимое жидкости для прохождения через заданную геометрию. Более точные вискозиметры основаны на измерении напряжения сдвига при заданной скорости сдвига. Это позволяет получить более полную характеристику характеристик вязкости (т.е. зависимости вязкости от скорости сдвига) сложных неньютоновских жидкостей.

Еще одним различием между этими двумя объектами недвижимости является уникальность их единиц. Единицами динамической вязкости являются МПа в единицах СИ и эквивалентные CP (сантиметры) в CGS. С другой стороны, наиболее распространенными единицами кинематической вязкости являются единицы СИ в сантиметрах в секунду и CGS в сантистоксах (сантиметровая трубка), но также зависит от отрасли или применения, измеряется ли она более чем в одной произвольной единице. Так обстоит дело с универсальными секундами Saybolt (SUS) в нефтяной промышленности, где в качестве меры вязкости используется время, необходимое для прохождения 60 см3 жидкости через калибровочную трубку при температуре 38 градусов. Другой пример - использование «чашки» для измерения времени, необходимого данному образцу для прохождения через воронку заданной геометрии. Эти методы часто используются в качестве измерителей индекса вязкости, поскольку они не дают последовательных результатов, которые могут быть переданы различным лабораториям.

Так какой из них вам следует использовать? Если вас интересуют взаимодействия между молекулами, которые можно объяснить с точки зрения механического напряжения, то динамическая вязкость будет более подходящей. Например, динамическая вязкость может определять влияние изменений состава на молекулярные взаимодействия и вязкость. Напротив, кинематическая вязкость стала стандартом в нефтяной промышленности из-за простоты кинематического вискозиметра. По этой причине кинематическая вязкость более удобна, когда интерес представляют движение жидкости и поля скоростей, поскольку она несет информацию о распространении движения, вызванного трением.