Введение в вязкость
Проще говоря, вязкость — это мера, используемая для определения сопротивления потоку жидкости. Это внутреннее трение возникает, когда частицы жидкости трутся друг о друга и вызывают своего рода «липкость». Эта концепция находит свое важное место во многих областях, начиная от нефтяной промышленности, пищевой промышленности и производства напитков и заканчивая медициной.
Понимание вязкости необходимо для обеспечения бесперебойной работы и оптимизации процессов, особенно тех, которые связаны с перемещением и обработкой жидкостей. Целью данного руководства является углубленное изучение тонкостей вязкости как свойства жидкости путем объяснения ее принципов, измерения и широкого применения в различных отраслях.
Водоподобные, полувязкие и вязкие
Для гидродинамики вязкость является жизненно важным понятием. Он описывает способность жидкости сопротивляться течению. Жидкость течет медленнее, если она имеет более высокую вязкость. Нашими основными тремя терминами для выражения этого свойства являются водоподобный, полувязкий и вязкий.
Водоподобные: этот термин относится к жидкостям с низкой вязкостью (например, к воде), которые текут легко и быстро, например, соки или напитки на основе чая или химические вещества, такие как спирт или масло, среди других.
Полувязкий: Этот термин относится к жидкостям средней густоты. Они не текут свободно, как водоподобные жидкости, но не такие густые, как вязкие. Примеры включают оливковое масло или мед комнатной температуры.
Вязкий: этот термин обозначает высоковязкие, густые и медленно движущиеся жидкости, такие как патока, сироп или глицерин.
Помните, что вязкость меняется в зависимости от температуры; следовательно, жидкость может быть более водянистой при нагревании (менее плотной) или более густой при охлаждении.
Иногда необходимо точно описать, насколько густая или жидкая жидкость. Поэтому мы используем «сантипуаз» вместо таких терминов, как полуутолщенный/полуутолщенный/водоподобный/утолщенный/утолщенный/полутонкий/очень тонкий. Это способ количественной оценки вязкости, которая относится к сопротивлению любой жидкости течению.
Понимание сантипуаза и его значения
Сантипуаз (сП) — это единица измерения вязкости жидкости, наиболее часто используемая в промышленности. Он представляет собой сопротивление, которое должна течь жидкость, при этом один сантипуаз равен вязкости воды при комнатной температуре. Это помогает легче понять и сравнить вязкость различных жидкостей.
Различные вещества демонстрируют разные уровни липкости или сопротивления течению, измеряемые в сантипуазах (сП) в зависимости от их вязкости. Вот 20 наименований и соответствующие им вязкости:
Арахисовое масло: Арахисовое масло обладает высокой вязкостью, о чем свидетельствует его значение 250 000 сП, что делает его густым и липким.
Томатная паста: Это еще одно вязкое вещество, имеющее вязкость 190 000 сП.
Вазелин: Типичный предмет домашнего обихода имеет вязкость 64 000 сП.
Чернила (паста): Вязкость составляет 45 000 сП и классифицируется как высоковязкая.
Масло-SAE 140: Вязкость=2200 сП; относится к классу вязких.
Шампунь: Его приблизительный диапазон вязкости составляет от 800 до 1000 сП, поэтому его категорически можно назвать вязким веществом.
Лосьон для рук/тела: Полувязкий, поскольку его вязкость составляет около 700 сП.
Пластизол: Этот материал также имеет своего рода полувязкость из-за его относительно более высокой вязкости = 700 сП.
Масло-SAE 90 имеет полувязкость с низким показателем - 590 сП.
Лонжеронный лак: Находится между группами полувязкости с умеренным значением, равным 420 сП.
Соевое масло: Соевое масло относится к категории полузагустевших, поскольку его вязкость составляет 160 сП.
Кленовый сироп относится к категории полузагустевших, поскольку его вязкость зафиксирована на уровне 144 сП.
Масло SAE 20: И наоборот, его вязкость составляет 125 сП и относится к категории полувязких.
Кукурузное масло: Его вязкость составляет 72 сП, поэтому оно относится к группе полувязких масел.
Жидкие чернила: Его вязкость даже выше, чем у кукурузного масла, и составляет около 25 сП.
Одеколоны/Парфюмерия: Плотный из-за низкой вязкости от одного до семи сантипуаз (сП).
Вода: Текучесть воды составляет 1 сП, что означает, что это очень вязкое вещество.
Воздух: Например, воздух имеет вязкость около 0,018 сП и поэтому не подпадает под категорию вязких жидкостей.
Серная кислота: Несмотря на свою опасность, степень вязкости серной кислоты составляет 0,2 сП, что весьма минимально.
Ртуть представляет собой плотную жидкость с относительно высокой вязкостью, примерно 1,55 сантипуаз (сП). по сравнению с ранее упомянутыми веществами.
Важность вязкости жидкостей
Различия в консистенции жидкостей могут иметь прямое влияние на поведение и функции. Например, на процессы добычи и переработки сырой нефти влияет приверженность нефтяной промышленности внутреннему характеру сырой нефти. Пищевая промышленность также сталкивается с подобной проблемой, поскольку продукты могут быть желеобразными или жидкими в зависимости от их густоты, что обусловлено вязкостью соусов или напитков. По сути, сохранение качества продукции и оптимизация производственного процесса могут быть достигнуты только в том случае, если понимать и контролировать их вязкость.
Общие применения вязкости
Вязкость находит широкое применение во многих отраслях промышленности. В фармацевтической промышленности его используют для определения правильных дозировок жидких лекарств. В автомобильной промышленности очень важно выбирать подходящие смазочные материалы. В пищевых продуктах и напитках вязкость влияет на вкусовые ощущения и выдачу продуктов. В лакокрасочной промышленности от этого зависит простота нанесения и время высыхания. Таким образом, понимание и контроль вязкости являются неотъемлемой частью успеха этих отраслей.
Измерение вязкости
Знания о вязкости данной жидкости часто имеют решающее значение; однако фактическое его измерение может вызвать проблемы. Было разработано несколько методов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Методы измерения вязкости
Капиллярные вискозиметры Измерьте время, необходимое жидкости для прохождения через небольшую трубку или капилляр. Скорость течения линейно пропорциональна вязкости.
Ротационные вискозиметры: В этом случае шпиндель вводится в жидкость и затем постоянно вращается. Рассчитав сопротивление таким движениям, можно легко узнать, какой вязкостью обладает данная жидкость.
Вискозиметры с падающим шариком: Цилиндрический контейнер, наполненный этим веществом, содержит один шарик, падающий внутрь. Конечная скорость (скорость, с которой падает мяч) показывает, насколько густая или тонкая эта жидкость.
Вискозиметры: инструменты для измерения вязкости
Для измерения вязкости с помощью вискозиметров существуют различные типы, специально разработанные для конкретных целей. Таким образом, выбор среди них зависит от таких факторов, как колебания температуры измеряемой жидкости и степень точности, требуемая во время экспериментов.
Критические переменные при измерении вязкости
Переменные, влияющие на измерение вязкости, включают температуру, поскольку вязкость может резко меняться при изменении температуры. Давление также очень важно, особенно для газов и высоковязких жидкостей. Пытаясь получить более точные измерения вязкости, вам следует учитывать, какие инструменты используются, а также насколько точно они вычисляют значения. Таким образом, знание этих переменных становится важным при любых измерениях вязкости.
Ньютоновские и неньютоновские жидкости
Температура, давление и состав являются одними из факторов, влияющих на вязкость жидкости. Знание этих факторов жизненно важно в отраслях, где важно регулирование поведения жидкости, таких как производство продуктов питания и напитков, нефть и газ, фармацевтика и обрабатывающая промышленность.
Связь между температурой и вязкостью
Между температурой и вязкостью жидкостей существует обратная зависимость. В результате повышения температуры кинетическая энергия молекул также увеличивается, заставляя их энергично двигаться. Это уменьшает вязкость; проще говоря, жидкость становится менее густой и течет легче. Примером может служить мед, который, как правило, легче разливать в нагретом виде, поскольку его температура падает с повышением температуры.
Соотношение давления и вязкости
Поскольку жидкости почти никогда не сжимаются под давлением в отличие от газов, их объем не изменяется. Однако давление влияет на их вязкость. В большинстве жидкостей повышенное давление повышает вязкость. Молекулы сближаются, что затрудняет поток. Эта зависимость давления от вязкости может быть особенно значимой в промышленных процессах под высоким давлением или в глубоководных исследованиях, где разница в давлении может существенно повлиять на поведение жидкости.
Состав при различных уровнях вязкости
Состав жидкости также влияет на ее вязкость за счет различного количества и типов молекул, которые она содержит. Например, вода более плотная, чем нефть из-за разницы в их молекулярной структуре. Более того, вязкость растворителей с растворенными веществами может изменяться. Другими словами, добавление сахара в воду приведет к получению воды с более высокой плотностью. Таким образом, возникает необходимость понять, как смесь реагирует на изменения ее составляющих, приводящие к изменению вязкости.
Выводы и будущие тенденции в измерении вязкости
Вязкость, которую часто называют «толщиной» жидкости, зависит, помимо других факторов, от температуры, давления или состава. Эти отношения сложно переплетены, в результате чего возникают жидкости с разной вязкостью, которые они проявляют в различных средах, которые мы обсуждали выше. Важность понимания этих взаимоотношений в нескольких отраслях, от производства до глубоководных исследований, невозможно переоценить; это позволит исследователям прогнозировать и контролировать поведение разнообразных смесей и растворов.
Методы измерения вязкости: что дальше?
Эти будущие тенденции и разработки важны для промышленных процессов и способствуют инновациям и повышению эффективности в различных отраслях.
Часто задаваемые вопросы о вязкости жидкости
Вопрос: Что подразумевается под вязкостью?
Ответ: Вязкость измеряет, какое сопротивление оказывает жидкость при деформации или свободном течении; он измеряет степень внутреннего трения внутри напитка или сока.
Вопрос: Как вы измеряете вязкость?
A: Существуют различные типы, такие как капиллярные, вращательные и вибрационные вискозиметры, используемые для измерения вязкости с помощью устройств, называемых вискозиметрами.
Вопрос: Дайте определение динамической вязкости.
A: Динамическая или абсолютная вязкость относится к сопротивлению жидкости потоку из-за напряжения сдвига – η (эта). Его можно измерить либо в паскалях-секундах (Па·с), либо в пуазах (П).
Вопрос: Что означает кинематика?
Ответ: Кинематическая вязкость представляет собой соотношение между двумя параметрами: динамической вязкостью и плотностью жидкости. Он обозначается ν (ню), а единицей измерения является либо стокс (Ст), либо квадратный метр в секунду (м²/с).
Вопрос: Как температура влияет на вязкость?
О: Как правило, чем выше температура, тем ниже вязкость. Это происходит потому, что по мере того, как молекулы в жидкости или жидкости получают больше энергии, они движутся быстрее, а это означает, что для преодоления любых межмолекулярных сил требуется меньше энергии.
Вопрос: В каких единицах измеряется вязкость?
A: Единицей СИ для динамической вязкости является Паскаль-секунда (Па·с) или Пуаз (П), тогда как кинематическая вязкость измеряется квадратными метрами в секунду (м²/с) или Сток (С).
Вопрос: Какова вязкость воды?
Ответ: Вода становится гуще при понижении температуры, но обычно ее абсолютное значение составляет около 0,001 пуаза или 1 сантипуаз при 20 °C.
Вопрос: Как закон вязкости определяет вязкость?
Ответ: Закон вязкости гласит, что напряжение сдвига, действующее на жидкость в условиях течения, прямо пропорционально скорости деформации сдвига внутри нее. Математически это можно представить как τ = µ(du/dy), где τ представляет напряжение сдвига, µ обозначает динамическую вязкость, а (du/dy) обозначает градиент скорости или скорость изменения скорости относительно расстояния.
Вопрос: Можете ли вы привести примеры типичных применений, связанных с измерением свойств вязкости?
Ответ: Измерение вязкости используется во многих отраслях промышленности, таких как пищевая, фармацевтическая, нефтяная и лакокрасочная. Это определяет поведение потока жидкостей и является гарантией того, что продукция соответствует стандартам.
Вопрос: Почему вязкость важна для потока жидкости?
Ответ: Сила вязкости в жидкости может иметь решающее влияние на поток жидкости, поскольку она может привести к некоторому сопротивлению потоку или даже к силам трения внутри жидкости. Это влияет на уровни эффективности различных систем в отношении производительности жидкости, например, скорости потока и других.
