粘度知識(shí)以及粘度單位換算

概述

　　液體在流動(dòng)時(shí)，在其分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)，稱為液體的黏性，粘性的大小用黏度表示，粘度又分為動(dòng)力黏度與運(yùn)動(dòng)黏度度。

　　粘度基礎(chǔ)知識(shí)：粘度分為動(dòng)力粘度，運(yùn)動(dòng)粘度和條件粘度。

黏度簡(jiǎn)介

　　將流動(dòng)著的液體看作許多相互平行移動(dòng)的液層, 各層速度不同,形成速度梯度（dv/dx）,這是流動(dòng)的基本特征.（見圖）　由于速度梯度的存在,流動(dòng)較慢的液層阻滯較快液層的流動(dòng),因此.液體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力.為使液層維持一定的速度梯度運(yùn)動(dòng),必須對(duì)液層施加一個(gè)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(yīng)力τ（N/m2）.　切變速率（D） D=d v /d x （S-1）　切應(yīng)力與切變速率是表征體系流變性質(zhì)的兩個(gè)基本參數(shù)　牛頓以圖4-1的模式來定義流體的粘度。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(dòng)，牛頓假設(shè)保持此不同流速的力量正比于流體的相對(duì)速度或速度梯度，即：　τ= ηdv/dx =ηD（牛頓公式） 其中η與材料性質(zhì)有關(guān)，我們稱為“粘度”。

黏度定義

　　將兩塊面積為1m2的板浸于液體中,兩板距離為1米,若加1N的切應(yīng)力,使兩板之間的相對(duì)速率為1m/s,則此液體的粘度為1Pa.s?！∨ｎD流體：符合牛頓公式的流體。 粘度只與溫度有關(guān)，與切變速率無關(guān)， τ與D為正比關(guān)系?！》桥ｎD流體：不符合牛頓公式 τ/D=f（D），以ηa表示一定（τ/D）下的粘度，稱表觀粘度?！?/span>

　　又稱黏性系數(shù)、剪切粘度或動(dòng)力粘度。流體的一種物理屬性，用以衡量流體的粘性，對(duì)于牛頓流體，可用牛頓粘性定律定義之：

　　式中μ為流體的黏度；τyx為剪切應(yīng)力；ux為速度分量；x、y為坐標(biāo)軸；dux/dy為剪切應(yīng)變率。流體的粘度μ與其密度ρ的比值稱為運(yùn)動(dòng)粘度，以v表示。

　　粘度隨溫度的不同而有顯著變化，但通常隨壓力的不同發(fā)生的變化較小。液體粘度隨著溫度升高而減小，氣體粘度則隨溫度升高而增大。對(duì)于溶液，常用相對(duì)粘度μr表示溶液粘度μ和溶劑粘度μ之比，即：

　　相對(duì)粘度與濃度C的關(guān)系可表示為：

　　μr＝1＋【μ】C＋K′【μ】C＋…

　　式中【μ】為溶液的特性粘度，

　　K′為系數(shù)。【μ】、K′均與濃度無關(guān)。

　　不同流體的粘度差別很大。在壓強(qiáng)為101.325kPa、溫度為20℃的條件下，空氣、水和甘油的動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度為：

　　空氣　μ＝17.9×10^-6Pa·s，　v＝14.8×10^-6m/s

　　水　μ＝1.01×10^-3Pa·s，　v＝1.01×10^-6m/s　

　　甘油　μ＝1.499Pa·s，　v＝1.19×10^-3m/s

　　由于粘度的作用，使物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到摩擦阻力和壓差阻力，造成機(jī)械能的損耗（見流動(dòng)阻力）。

　　各種流體的粘度數(shù)據(jù)，主要由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。常用的粘度計(jì)有毛細(xì)管式、落球式、錐板式、轉(zhuǎn)筒式等。在工業(yè)上有時(shí)用特定形式的粘度計(jì)來測(cè)定特定的條件粘度。如煉油工業(yè)中常用恩氏粘度（或恩格拉粘度）作為石油產(chǎn)品的一個(gè)指標(biāo)，它表示某一溫度下200cm油品與同體積20℃純水，從恩氏粘度計(jì)中流出所需時(shí)間之比。恩氏粘度與動(dòng)力粘度的關(guān)系可按經(jīng)驗(yàn)公式換算。又如橡膠工業(yè)中常用門尼粘度為衡量橡膠平均分子量及可塑性的一個(gè)指標(biāo)。

　　在缺少粘度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可按理論公式或經(jīng)驗(yàn)公式估算粘度。對(duì)于壓力不太高的氣體，估算結(jié)果較準(zhǔn)；對(duì)于液體則較差。對(duì)非均相流體（如低濃度懸浮液）的粘度，可以用愛因斯坦公式估算：

　　式中μm為懸浮液的粘度；μ為連續(xù)相液體的粘度;φ為懸浮液中分散相的體積分?jǐn)?shù)；μd為分散相粘度。當(dāng)分散相為固體顆粒時(shí)，μd→∞，；當(dāng)分散相為氣泡時(shí)，μd→0，μm=（1+φ）μ 。

　　粘度是流體粘滯性的一種量度，是流體流動(dòng)力對(duì)其內(nèi)部摩擦現(xiàn)象的一種表示。粘度大表現(xiàn)內(nèi)摩擦力大，分子量越大，碳?xì)浣Y(jié)合越多，這種力量也越大。 粘度對(duì)各種潤(rùn)滑油、質(zhì)量鑒別和確定用途，及各種燃料用油的燃燒性能及用度等有決定意義。在同樣餾出溫度下，以烷烴為主要組份的石油產(chǎn)品粘度低，而粘溫性較好，即粘度指數(shù)較高，也就是粘度隨溫度變化而改變的幅度較??；含環(huán)烷烴（或芳烴）組份較多的油品粘度較高，即粘溫性較差；含膠質(zhì)和芳烴較多油品粘度zui高，粘溫性zui差，即粘度指數(shù)zui低。 粘度常用運(yùn)動(dòng)粘度表示，單位mm2/ｓ。重質(zhì)燃料油粘度大，經(jīng)預(yù)熱使運(yùn)動(dòng)粘度達(dá)到18~20mm2/ｓ（40℃），有利于噴油嘴均勻噴油。

粘度測(cè)定

　　　粘度測(cè)定有：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和條件粘度三種測(cè)定方法?！?/span>

　　（1）動(dòng)力粘度：ηt是二液體層相距1厘米，其面積各為1（平方厘米）相對(duì)移動(dòng)速度為1厘米/秒時(shí)所產(chǎn)生的阻力，單位為克/厘米·秒。1克/厘米·秒=1泊一般：工業(yè)上動(dòng)力粘度單位用泊來表示。　

　　（2）運(yùn)動(dòng)粘度：在溫度t℃時(shí)，運(yùn)動(dòng)粘度用符號(hào)γ表示，在單位制中，運(yùn)動(dòng)粘度單位為斯，即每秒平方米（m2/s），實(shí)際測(cè)定中常用厘斯，（cst）表示厘斯的單位為每秒平方毫米（即 1cst=1mm2/s）。運(yùn)動(dòng)粘度廣泛用于測(cè)定噴氣燃料油、柴油、潤(rùn)滑油等液體石油產(chǎn)品深色石油產(chǎn)品、使用后的潤(rùn)滑油、原油等的粘度，運(yùn)動(dòng)粘度的測(cè)定采用逆流法　

　　（3）條件粘度：指采用不同的特定粘度計(jì)所測(cè)得的以條件單位表示的粘度，各國(guó)通常用的條件粘度有以下三種：

　　①恩氏粘度又叫思格勒（Engler）粘度。是一定量的試樣，在規(guī)定溫度（如：50℃、 80℃、100℃）下，從恩氏粘度計(jì)流出200毫升試樣所需的時(shí)間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時(shí)間（秒）之比。溫度tº時(shí)，恩氏粘度用符號(hào)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(guī)定溫度（如 100ºF、F210ºF或122ºF等）下從賽氏粘度計(jì)流出200毫升所需的秒數(shù)，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(guī)定溫度下，從雷氏度計(jì)流出50毫升所需的秒數(shù)，以“秒”為單位。雷氏粘度又分為雷氏1號(hào)（Rt表示）和雷氏2號(hào)（用RAt表示）兩種。

　　上述三種條件粘度測(cè)定法，在歐美各國(guó)常用，我國(guó)除采用恩氏粘度計(jì)測(cè)定深色潤(rùn)滑油及殘?jiān)屯猓溆鄡煞N粘度計(jì)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(guān)系可通過圖表進(jìn)行換算。同時(shí)恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度也可換算，這樣就方便靈活得多了?！?/span>

　　粘度的測(cè)定有許多方法，如轉(zhuǎn)桶法、落球法、阻尼振動(dòng)法、杯式粘度計(jì)法、毛細(xì)管法等等。對(duì)于粘度較小的流體，如水、乙醇、四氯化碳等，常用毛細(xì)管粘度計(jì)測(cè)量；而對(duì)粘度較大流體，如蓖麻油、變壓器油、機(jī)油、甘油等透明（或半透明）液體，常用落球法測(cè)定；對(duì)于粘度為0.1～100Pa•s范圍的液體，也可用轉(zhuǎn)筒法進(jìn)行測(cè)定。

其他概念

　　實(shí)驗(yàn)室測(cè)定粘度的原理一般大都是由斯托克斯公式和泊肅葉公式導(dǎo)出有關(guān)粘滯系數(shù)的表達(dá)式，求得粘滯系數(shù)?！≌扯鹊拇笮∪Q于液體的性質(zhì)與溫度，溫度升高，粘度將迅速減小。因此，要測(cè)定粘度，必須準(zhǔn)確地控制溫度的變化才有意義。粘度參數(shù)的測(cè)定，對(duì)于預(yù)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的工藝控制、輸送性以及產(chǎn)品在使用時(shí)的操作性，具有重要的指導(dǎo)價(jià)值，在印刷、醫(yī)藥、石油、汽車等諸多行業(yè)有著重要的意義。

　　1845年，英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家斯托克斯（G. G. Stokes, 1819-1903）和法國(guó)的納維（C.L.M.H. Navier）等人分別推導(dǎo)出粘滯流體力學(xué)中zui基本的方程組，即納維-斯托克斯方程，奠定了傳統(tǒng)流體力學(xué)的基礎(chǔ)。

　　1851年，斯托克斯推導(dǎo)出固體球體在粘性介質(zhì)中作緩慢運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力的計(jì)算公式，得出在給定力（重力）的作用下，阻力與流速、粘滯系數(shù)成比例，即關(guān)于阻力的斯托斯公式。

　　納維-斯托克斯方程是數(shù)學(xué)中zui為難解的非線性方程中的一類，尋求它的解是非常困難的事。直至今天，大約也只有70多個(gè)解，只有大約一百多個(gè)特解被解出來，是zui復(fù)雜的、尚未被完*的*數(shù)學(xué)難題之一。

粘度單位換算表

動(dòng)力粘度單位換算

　　1厘泊（1cP）=1毫帕斯卡 .秒 （1mPa.s）

　　100厘泊（100cP）=1泊 （1P）

　　1000毫帕斯卡.秒 （1000mPa.s）=1帕斯卡 .秒 （1Pa.s）

動(dòng)力粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算

　　η=ν. ρ

　　式中η--- 試樣動(dòng)力粘度（mPa.s）

　　ν--- 試樣運(yùn)動(dòng)粘度（mm2/s）

　　ρ--- 與測(cè)量運(yùn)動(dòng)粘度相同溫度下試樣的密度（g/cm3）

恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度換算

　（有一個(gè)計(jì)算公式可參考國(guó)標(biāo)（GB-T 1723-1993 涂料粘度測(cè)定法）