Через какую величину связаны коэффициенты кинематической и динамической вязкости

Сведения о вязкости

Вязкость – свойство газов и жидкостей оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и других видах деформации.

Различают динамическую (или абсолютную) вязкость и кинематическую вязкость.

Динамическая (абсолютная) вязкость µ – сила, действующая на единичную площадь плоской поверхности, которая перемещается с единичной скоростью относительно другой плоской поверхности, находящейся от первой на единичном расстоянии.

В системе СИ динамическая вязкость выражается в Па⋅с (паскаль-секунда), внесистемная единица П (пуаз).

Соотношение величин динамической вязкости в различных единицах измерения

Единицы измерения Па⋅с сП П кгс⋅с/м 2 Н⋅с/м 2 дин⋅с/cм 2 г/(см⋅с)
1 Па⋅с
паскаль-секунда
1 1000 10 0,102 1 10 10
1 сП
сантипуаз
0,001 1 0,01 0,0001 0,001 0,01 0,01
1 П
пуаз
0,1 100 1 0,01 0,1 1 1
1 кгс⋅с/м 2
килограмм-сила-секунда на квадратный метр
9,81 9806,7 98,07 1 9,81 98,07 98,07
1 Н⋅с/м 2
ньютон-секунда на квадратный метр
1 1000 10 0,102 1 10 10
1 дин⋅с/см 2
дина-секунда на квадратный сантиметр
0,1 100 1 0,01 0,1 1 1
1 г/(см⋅с)
грамм на сантиметр на секунду
0,1 100 1 0,01 0,1 1 1

Кинематическая вязкость ν – отношение динамической вязкости µ к плотности жидкости ρ.

где:
ν, м 2 /с – кинематическая вязкость;
μ, Па⋅с – динамическая вязкость;
ρ, кг/м 3 – плотность жидкости.

В системе СИ кинематическая вязкость выражается в м 2 /с (квадратный метр в секунду), внесистемная единица Ст (стокс).

Соотношение величин кинематической вязкости в различных единицах измерения

Источник

Какая связь между динамической и кинематической вязкостью

Вязкость – свойство газов и жидкостей оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и других видах деформации.

Различают динамическую (или абсолютную) вязкость и кинематическую вязкость.

Динамическая (абсолютная) вязкость µ – сила, действующая на единичную площадь плоской поверхности, которая перемещается с единичной скоростью относительно другой плоской поверхности, находящейся от первой на единичном расстоянии.

В системе СИ динамическая вязкость выражается в Па⋅с (паскаль-секунда), внесистемная единица П (пуаз).

Соотношение величин динамической вязкости в различных единицах измерения

Единицы измерения Па⋅с сП П кгс⋅с/м 2 Н⋅с/м 2 дин⋅с/cм 2 г/(см⋅с)
1 Па⋅с
паскаль-секунда
1 1000 10 0,102 1 10 10
1 сП
сантипуаз
0,001 1 0,01 0,0001 0,001 0,01 0,01
1 П
пуаз
0,1 100 1 0,01 0,1 1 1
1 кгс⋅с/м 2
килограмм-сила-секунда на квадратный метр
9,81 9806,7 98,07 1 9,81 98,07 98,07
1 Н⋅с/м 2
ньютон-секунда на квадратный метр
1 1000 10 0,102 1 10 10
1 дин⋅с/см 2
дина-секунда на квадратный сантиметр
0,1 100 1 0,01 0,1 1 1
1 г/(см⋅с)
грамм на сантиметр на секунду
0,1 100 1 0,01 0,1 1 1

Кинематическая вязкость ν – отношение динамической вязкости µ к плотности жидкости ρ.

где:
ν, м 2 /с – кинематическая вязкость;
μ, Па⋅с – динамическая вязкость;
ρ, кг/м 3 – плотность жидкости.

В системе СИ кинематическая вязкость выражается в м 2 /с (квадратный метр в секунду), внесистемная единица Ст (стокс).

Соотношение величин кинематической вязкости в различных единицах измерения

Вязкостью называется свойство жидкости сопротивляться внешнему воздействию благодаря внутреннему трению, возникающему между слоями.

Для определения вязкости существует два основных параметра: динамическая вязкость и кинематическая вязкость, которые связаны между собой соотношением:

lazy placeholder

Где ν – кинематическая вязкость, м 2 /с;

µ — динамическая вязкость, Па*с;

Между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга, возникает сила. Эта сила прямо пропорциональна скорости движения и площади соприкосновения.

В 1687 году И. Ньютоном был установлен закон вязкого течения жидкости:

lazy placeholder

где τ – касательные напряжения;

Коэффициент пропорциональности µ и назвали динамической вязкостью жидкости.

Динамическая и кинематическая вязкости зависят от температуры рабочей среды. Причем для газов и жидкостей эта зависимость различна. Это связано с различием во взаимодействии молекул. Для капельных жидкостей оба коэффициента убывают с возрастанием температуры.

lazy placeholder

Для определения вязкости используются специальные приборы – вискозиметры (U-образная стеклянная трубка). Одно из колен вискозиметра содержит впаянный капилляр, который оканчивается шариком. Под шариком и над ним нанесены метки, которые ограничивают определенный объем.

Для определения вязкости жидкости необходимо выбрать эталонную жидкость, вязкость которой является известной величиной. Для определения вязкости рабочей жидкости используется формула:

lazy placeholder

где µ — вязкость рабочей жидкости;

µ – вязкость эталонной жидкости;

t – время истечения через капилляр исследуемой жидкости;

t – время истечения через капилляр эталонной жидкости;

ρ – плотность исследуемой жидкости;

ρ – плотность эталонной жидкости.

Так же существует понятие условной вязкости. Это отношение времени истечения через вискозиметр испытуемой жидкости при рабочей температуре к времени истечения дистиллированной воды при температуре 20°С (водное число). Водное соотношение является постоянной величиной для каждого прибора. Это соотношения выражается условными градусами.

lazy placeholder

где ВУ – условная вязкость;

Еще один метод определения вязкости жидкости – метод Стокса.

lazy placeholder

Он заключается в бросании различных шариков в жидкость и измерении скорости их падения. На шарик действуют три силы: сила тяжести, выталкивающая сила и сила сопротивления окружающей среды.

lazy placeholder

где Fтяж – сила тяжести;

ρш – плотность шарика.

lazy placeholder

где FA – выталкивающая сила.

lazy placeholder

где Fc – сила сопротивления окружающей среды;

ϑ – скорость движения шарика.

lazy placeholder

Подставив выражения для сил, действующих на шарик в итоговое уравнение, можно найти вязкость жидкости:

lazy placeholder

Кинематическая и динамическая вязкость

Каждый тип жидкости обладает разным количеством сопротивлений деформации. Мера этого сопротивления называется вязкостью. Вязкость выражает устойчивость жидкости к напряжению или напряжению сдвига.

В общем, вязкость — это тонкость или толщина текучей среды. Отличным примером этого является различие вязкости воды и меда. Вода считается «тонкой», поэтому вязкость ниже. С другой стороны, мед значительно «толстый» и представляет собой жидкость с более высокой вязкостью.

Вязкость также может рассматриваться как мера трения жидкостей, так как она также описывает внутреннее сопротивление потока жидкости. Существует два способа отчета или измерения вязкости жидкости. Его можно либо выражать как динамическую вязкость, либо кинематическую вязкость. Многие из них смешиваются между этими двумя типами выражения вязкости, а некоторые даже считают их одними и теми же. На самом деле это два существенно разных выражения.

Динамическая вязкость, которая также называется абсолютной вязкостью или просто вязкостью, представляет собой количественное выражение устойчивости жидкости к потоку (сдвигу). Физические динамисты, инженеры-химики и механики обычно рассматривают использование греческой буквы mu (Âμ) в качестве символа для обозначения динамической вязкости. Химики и физики, с другой стороны, обычно используют «n» в качестве символа.

С другой стороны, кинематическая вязкость представляет собой отношение вязкой силы к инерционной силе. Инерционная сила характеризуется плотностью жидкости (р). Кинематическая вязкость символизируется греческой буквой nu (v).

Кинематическая вязкость математически определяется как:

Для единиц СИ оно выражается как m ^ 2 / s. Кинематическая вязкость также выражается в стоках (St) или сантистоках (ctsk или cSt) для единиц cgs. Он назван в честь Джорджа Габриэля Стоукса. Следует отметить, что вода (H2O) при 20 градусах Цельсия составляет около 1 сСт.

Кинематическую вязкость иногда называют диффузией импульса, поскольку она имеет ту же единицу по сравнению с коэффициентом диффузии массы и диффузии тепла. Поэтому он используется в безразмерных числах, что сравнивает коэффициент диффузии.

1. Динамическая вязкость — это количественное выражение устойчивости жидкости к потоку, а кинематическая вязкость — отношение вязкой силы жидкости к инерционной силе.

2. Динамическая вязкость символизируется либо «Âμ», либо «n», а кинематическая вязкость математически символизируется «v».

4. Динамическую вязкость иногда называют абсолютной вязкостью или просто вязкостью, а кинематическую вязкость иногда называют диффузией импульса.

Источник

Перевод кинематической вязкости в динамическую

Воспользуйтесь удобным конвертером перевода кинематической вязкости в динамическую онлайн. Поскольку соотношение кинематической и динамической вязкости зависит от плотности, то необходимо ее также указывать при расчете в калькуляторах ниже.

Плотность и вязкость следует указывать при одинаковой температуре.

Если задать плотность при температуре отличной от температуры вязкости повлечет некоторую ошибку, степень которой будет зависеть от влияния температуры на изменение плотности для данного вещества.

Калькулятор перевода кинематической вязкости в динамическую

Конвертер позволяет перевести вязкость с размерностью в сантистоксах [сСт] в сантипуазы [сП]. Обратите внимание, что численные значения величин с размерностями [мм2/с] и [сСт] для кинематической вязкости и [сП] и [мПа*с] для динамической – равны между собой и не требуют дополнительного перевода. Для других размерностей – воспользуйтесь таблицами ниже.

Данный калькулятор выполняет обратное действие предыдущему.

Таблицы перевода размерностей вязкости

В случае, если размерность Вашей величины не совпадает с используемой в калькуляторе, воспользуйтесь таблицами перевода.

Выберете размерность в левом столбце и умножьте свою величину на множитель, находящийся в ячейке на пересечении с размерностью в верхней строчке.

Табл. 1. Перевод размерностей кинематической вязкости ν
wrewer
Табл. 2. Перевод размерностей динамической вязкости μ
3r32

Связь динамической и кинематической вязкости

Вязкость жидкости определяет способность жидкости сопротивляться сдвигу при ее движении, а точнее сдвигу слоев относительно друг друга. Поэтому на производствах, где требуется перекачка различных сред, важно точно знать вязкость перекачиваемого продукта и правильно подбирать насосное оборудование.

В технике встречаются два вида вязкости.

Перевод кинематической вязкости в динамическую производят с помощью формулы, указанной ниже, через плотность при заданной температуре:

img 6slgwx

v – кинематическая вязкость,

n – динамическая вязкость,

p – плотность.

Таким образом, зная ту или иную вязкость и плотность жидкости можно выполнить пересчет одного вида вязкости в другой по указанной формуле или через конвертер выше.

Измерение вязкости

Понятия для этих двух типов вязкости присуще только жидкостям в связи с особенностями способов измерения.

Измерение кинематической вязкости используют метод истечения жидкости через капилляр (например используя прибор Уббелоде). Измерение динамической вязкости происходит через измерение сопротивление движения тела в жидкости (например сопротивление вращению погруженного в жидкость цилиндра).

От чего зависит значение величины вязкости?

Вязкость жидкости зависит в значительной мере от температуры. С увеличением температуры вещество становится более текучим, то есть менее вязким. Причем изменение вязкости, как правило, происходит достаточно резко, то есть нелинейно.

Поскольку расстояние между молекулами жидкого вещества намного меньше, чем у газов, у жидкостей уменьшается внутреннее взаимодействие молекул из-за снижения межмолекулярных связей.

Форма молекул и их размер, а также взаимоположение и взаимодействие могут определять вязкость жидкости. Также влияет их химическая структура.

Например, для органических соединений вязкость возрастает при наличии полярных циклов и групп.

Для насыщенных углеводородов – рост происходит при “утяжелении” молекулы вещества.

Источник

Вязкость

Из Википедии — свободной энциклопедии

Viscosity

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате макроскопическая работа, затрачиваемая на это перемещение, рассеивается в виде тепла. Твёрдые тела (стекло, металлы, полупроводники, диэлектрики, ферромагнетики) [1] также могут обладать вязкостью, но внутреннее трение в твёрдых телах в силу специфики явления обычно рассматривается отдельно в теории упругости и пластичности.

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Различают динамическую вязкость (единица измерения в Международной системе единиц (СИ) — паскаль-секунда, Па·с, в системе СГС — пуаз, П; 1 Па·с = 10 П, 1 сП = 10 −3 Па·с = 1 мПа·с) и кинематическую вязкость (единица измерения в СИ — м 2 /c, в СГС — стокс, Ст; 1 Ст = см 2 /с = 10 −4 м 2 /с, 1 сСт = 1 мм 2 /с = 10 −6 м 2 /с; внесистемная единица — градус Энглера). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести. Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Переход вещества из жидкого состояния в стеклообразное обычно связывают с достижением вязкости порядка 10 11 —10 12 Па·с.

Источник

Коэффициент вязкости — формулы, виды и размерность величины

Коэффициент вязкости – это величина, используемая для обозначения силы внутреннего трения текучих веществ. Вязкость – разновидность явлений переноса. Жидкости и газы оказывают сопротивление перемещению двух слоев относительно друг друга. Эта особенность характерна для текучих веществ, связана с движением частиц, из которых и состоят вещества.

f579021fa612c1c7fb768a207396f863

Вязкость называют внутренним трением. В его основе находится хаотическое движение молекул, передающих импульс между слоями. Такие импульсные обмены выравнивают скорости перемещения слоев.

Коэффициент динамической вязкости

Численное обозначение абсолютной вязкости является индексом сопротивляемости испытуемых веществ взаимному перемещению или скольжению их слоев.

Единицей измерения коэффициента в системе СИ приняты паскаль-секунды:

0845e3d9136a456e8c03e1bce2ba627b

Физическая основа динамического показателя заключается в его соответствии касательному напряжению, которое происходит между слоями вещества, перемещающимися относительно друг друга, при условии расстояния между ними, равного единице длины, и на скорости, равной единице.

6b2e4e1d080d6eccfed1a750f9329603

Вязкость жидкости определяется формулой, в которой динамический коэффициент определяет пропорциональность скорости движения слоев и расстояния между ними:

6b16da147cd245218c1fad71f957d741

τ – касательное напряжение;

µ — показатель пропорциональности, который является динамическим индексом вещества.

Закон вязкости жидкости был установлен Ньютоном в конце 17 века. Абсолютный показатель зависит от типа газа или жидкости, температуры веществ.

Коэффициент динамической вязкости газа

Для основных газов величины коэффициента при температуре 0 — 600 градусов Цельсия представлены в таблице:

ed421dd48d76250691bf2458e61ac05e

Коэффициент вязкости жидкостей

Для органических жидкостей показания напрямую зависят от температуры. Ниже приведена таблица со значениями абсолютного индекса для веществ при температурах от 0 до 100 градусов Цельсия.

Единица измерения – миллипаскаль-секунды, что соответствует сантипуазам.

aad2e1c0353a4b44757146d35d4c1722

Коэффициент динамической вязкости жидкостей уменьшается при условии нагревания вещества. Другими словами, чем выше температура жидкости, тем менее вязкой она становится.

Связь коэффициента вязкости с числами Рейнольдса и силой трения

Английский механик, физик и инженер Оскар Рейнольдс установил (1876 — 1883 гг.), что характер течения зависит от величины, не имеющей размерностью, и называемой числом Re.

67b7937caf54e8c6dc678b3fe3e8e107

Число Рейнольдса используют для отображения соотношения кинематической энергии вещества к энергопотерям на установленной длине в условиях внутреннего трения.

0ba8957a48bb0951dbb9dadb892967ec

Примеры решения задач

Попробуем решить следующую задачу.

Следует узнать эквивалентный диаметр сечения межтрубного пространства:

0aec8e5fa678766767dff12e73fcb5c9

Определение скорости воды на основе уравнения расхода:

1d9757b18f92e6cbefb059e044d09e73

По формуле Рейнольдса найти число Re:

87b6b7a966395c17466e56faf89dd37c

Подставляя значения, получаем:

bafcda7e90a7b6249fdc9d97cc2f0191

Ответ: режим перемещения воды в межтрубном пространстве является турбулентным.

Коэффициент кинематической вязкости

Кинематическая вязкость – это индекс, который отображает отношение абсолютного показателя вещества к его плотности при установленной температуре.

Физическая формула соотношения выглядит и единицы измерения можно увидеть на картинке:

57085873f979593021f02b42ded34e02

Действие 4. Вычисление кинематического показателя, исходя из формулы:

613806f675f746f9e36d3180273309ce

Подставив в уравнение полученные и имеющиеся расчетные данные, получим кинематический индекс вещества.

Заключение

Физический смысл коэффициента вязкости заключается в том, что он демонстрирует, чему равна величина F внутреннего трения, действующая на 1 ед. площади поверхности соприкасающихся слоев при единичном градиенте скорости.

Размерность данной величины и перевод из одних единиц измерения в другие показаны на картинке:

e387743ad104dc324a01b3afc89a306e

Источник

Комфорт
Adblock
detector