En état d’équilibre, les différentes phases d’une substance sont au repos les unes par rapport aux autres. Avec leur mouvement relatif, des forces de freinage (viscosité) apparaissent, qui tendent à réduire la vitesse relative. Le mécanisme de la viscosité peut être réduit à l’échange d’impulsion du mouvement ordonné des molécules entre différentes couches de gaz et de liquides. L'émergence de forces de friction visqueuses dans les gaz et les liquides est appelée processus de transfert. La viscosité des solides présente un certain nombre de caractéristiques importantes et est considérée séparément.

DÉFINITION

Viscosité cinématique est défini comme le rapport entre la viscosité dynamique () et la densité de la substance. Il est généralement désigné par la lettre (nu). Ensuite, nous écrivons la définition mathématique du coefficient de viscosité cinématique comme suit :

où est la densité du gaz (liquide).

Puisque dans l'expression (1) la densité de la substance est au dénominateur, alors, par exemple, de l'air raréfié à une pression de 7,6 mm Hg. Art. et une température de 0 o C a une viscosité cinématique deux fois supérieure à celle de la glycérine.

La viscosité cinématique de l'air dans des conditions normales est souvent considérée comme égale à , par conséquent, lors d'un déplacement dans l'atmosphère, la loi de Stokes est appliquée lorsque le produit du rayon du corps (cm) et de sa vitesse () ne dépasse pas 0,01.

La viscosité cinématique de l'eau dans des conditions normales est souvent considérée comme étant de l'ordre de , par conséquent, lors d'un déplacement dans l'eau, la loi de Stokes est appliquée lorsque le produit du rayon du corps (cm) et de sa vitesse () ne dépasse pas 0,001.

Viscosité cinématique et nombres de Reynolds

Les nombres de Reynolds (Re) sont exprimés en utilisant la viscosité cinématique :

où sont les dimensions linéaires d'un corps en mouvement dans la matière, et est la vitesse de mouvement du corps.

Conformément à l'expression (2), pour un corps se déplaçant à vitesse constante, le nombre diminue si la viscosité cinématique augmente. Si le nombre Re est petit, alors dans la résistance frontale, les forces de frottement visqueux prédominent sur les forces d'inertie. Et vice versa, gros chiffres Les Reynolds, observés à de faibles viscosités cinématiques, indiquent la priorité des forces d'inertie sur le frottement.

Le nombre de Reynolds est petit à une valeur donnée de viscosité cinématique, lorsque la taille du corps et la vitesse de son mouvement sont petites.

Unités de mesure du coefficient de viscosité cinématique

L'unité SI de base pour la viscosité cinématique est :

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

Viscosité des liquides | Viscosité de l'eau, du lait, de l'essence, de l'huile, de l'alcool

Date de: 2008-12-10

Viscosité - la propriété d'un liquide à résister au mouvement relatif (cisaillement) des particules liquides. Cette propriété est due à l'apparition de forces de friction internes dans un liquide en mouvement, puisqu'elles n'apparaissent que lorsqu'il se déplace en raison de la présence de forces d'adhésion entre ses molécules. Les caractéristiques de viscosité sont : coefficient de viscosité dynamique μ Et coefficient de viscosité cinématique ν .

L'unité du coefficient de viscosité dynamique dans le système CGS est la poise (P) : 1 P = 1 dyne s/cm 2 = 1 g/(cm s). Un centième de poise est appelé centipoise (cP) : 1 cP = 0,01P. Dans le système MKGSS, l'unité du coefficient de viscosité dynamique est kgf·s/m2 ; dans le système SI - Pa·s. La relation entre les unités est la suivante : 1 P = 0,010193 kgf s/m 2 = 0,1 Pa s ; 1 kgf s/m 2 =98,1 P=9,81 Pa.s.

Coefficient de viscosité cinématique

ν = μ /ρ,

L'unité du coefficient de viscosité cinématique dans le système CGS est le stokes (St), soit 1 cm 2 /s, ainsi que le centistokes (cSt) : 1 cSt = 0,01 St. Dans les systèmes MKGSS et SI, l'unité du coefficient de viscosité cinématique est m 2 /s : 1 m 2 /s = 10 4 St.

La viscosité d'un liquide diminue avec l'augmentation de la température. L'effet de la température sur le coefficient dynamique de viscosité des liquides est estimé par la formule μ = μ 0 · ea(t-t 0), Où μ = μ 0 - valeurs du coefficient de viscosité dynamique, respectivement, à température t et t 0 degrés; UN- exposant selon le type de liquide ; pour les huiles, par exemple, ses valeurs varient entre 0,025 et 0,035.

Pour les huiles et liquides lubrifiants utilisés dans les machines et les systèmes hydrauliques, une formule a été proposée qui relie le coefficient de viscosité cinématique et la température :

ν t= ν 50 ·(50/t 0) n ,

Où ν t- coefficient de viscosité cinématique en température t 0 ;
ν 50 - coefficient de viscosité cinématique à une température de 50 0 C ;
t - température à laquelle il est nécessaire de déterminer la viscosité, 0 C ;
n- exposant variant de 1,3 à 3,5 ou plus selon la valeur ν 50 .

Avec une précision suffisante n peut être déterminé par l’expression n=lg ν 50 +2,7. Valeurs n en fonction de la viscosité initiale ν à 50 0 C sont données dans le tableau ci-dessous

Valeurs coefficients de viscosité dynamique et cinématique de certains liquides sont donnés dans le tableau ci-dessous

La valeur des coefficients de viscosité cinématique et dynamique de l'eau douce

Source: Vilner Ya.M. Manuel de référence sur l'hydraulique, les machines hydrauliques et les entraînements hydrauliques.

Commentaires sur cet article !!

Répondre droghkin: Que doivent faire les étudiants intéressés par la viscosité tabulée de l'eau dans le système GHS ? Si à l'école on vous apprend à travailler uniquement en SI, alors à l'université après un cours de mécanique vous enverrez ce SI loin et pour longtemps. Parce que compter dessus n'est tout simplement pas pratique.

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L'eau H 2 O est un fluide newtonien et son écoulement est décrit par la loi du frottement visqueux de Newton, dans l'équation dont le coefficient de proportionnalité est appelé coefficient de viscosité, ou simplement viscosité.

La viscosité de l'eau dépend de la température. La viscosité cinématique de l'eau est de 1,006·10 -6 m 2 /s à une température de 20°C.

Le tableau présente les valeurs de la viscosité cinématique de l'eau en fonction de la température à pression atmosphérique (760 mm Hg). Les valeurs de viscosité sont données dans la plage de température de 0 à 300°C. À des températures de l'eau supérieures à 100°C, sa viscosité cinématique est indiquée dans le tableau sur la ligne de saturation.

La viscosité cinématique de l'eau change de valeur lorsqu'elle est chauffée et refroidie. D'après le tableau, il est clair que À mesure que la température de l'eau augmente, sa viscosité cinématique diminue. Si l’on compare la viscosité de l’eau à différentes températures, par exemple entre 0 et 300°C, il est évident qu’elle diminue d’environ 14 fois. Autrement dit, l'eau devient moins visqueuse lorsqu'elle est chauffée et une viscosité élevée de l'eau est obtenue si l'eau est refroidie autant que possible.

Les valeurs du coefficient de viscosité cinématique à différentes températures sont nécessaires pour calculer la valeur du nombre de Reynolds, qui correspond à un certain régime d'écoulement d'un liquide ou d'un gaz.

Si l'on compare la viscosité de l'eau avec la viscosité d'autres fluides newtoniens, par exemple avec, ou avec, alors l'eau aura une viscosité plus faible. Les liquides organiques sont moins visqueux que l'eau - le benzène et les gaz liquéfiés, par exemple.

Viscosité dynamique de l'eau en fonction de la température

Les viscosités cinématique et dynamique sont liées l'une à l'autre via la valeur de densité. Si la viscosité cinématique est multipliée par la densité, on obtient la valeur du coefficient de viscosité dynamique (ou simplement viscosité dynamique).

La viscosité dynamique de l'eau à une température de 20°C est de 1004·10 -6 Pa·s. Le tableau présente les valeurs du coefficient de viscosité dynamique de l'eau en fonction de la température à pression atmosphérique normale (760 mm Hg). La viscosité dans le tableau est indiquée à des températures de 0 à 300°C.

La viscosité dynamique diminue lorsque l'eau est chauffée, l'eau devient moins visqueuse et lorsqu'elle atteint

Le coefficient de viscosité est un paramètre clé du fluide ou du gaz de travail. DANS termes physiques La viscosité peut être définie comme le frottement interne provoqué par le mouvement des particules qui composent la masse d'un milieu liquide (gazeux) ou, plus simplement, la résistance au mouvement.

Qu'est-ce que la viscosité

Le moyen le plus simple de déterminer la viscosité consiste à verser simultanément des quantités égales d’eau et d’huile sur une surface lisse et inclinée. L'eau s'écoule plus vite que l'huile. C'est plus fluide. L'huile en mouvement ne peut pas s'écouler rapidement en raison d'une friction plus élevée entre ses molécules (résistance interne - viscosité). Ainsi, la viscosité d'un liquide est inversement proportionnelle à sa fluidité.

Coefficient de viscosité : formule

Sous une forme simplifiée, le processus de déplacement d'un fluide visqueux dans un pipeline peut être considéré sous la forme de couches plates parallèles A et B de même surface S, dont la distance est h.

Ces deux couches (A et B) se déplacent avec différentes vitesses(V et V+ΔV). La couche A, qui a la vitesse la plus élevée (V+ΔV), implique le mouvement de la couche B, qui se déplace à une vitesse plus faible (V). Dans le même temps, la couche B tend à ralentir la vitesse de la couche A. La signification physique du coefficient de viscosité est que le frottement des molécules, qui représentent la résistance des couches d'écoulement, forme une force décrite par la formule suivante :

F = µ × S × (ΔV/h)

• ΔV est la différence de vitesse de déplacement des couches d'écoulement de fluide ;
• h est la distance entre les couches de l'écoulement du fluide ;
• S est la surface de la couche d'écoulement du fluide ;
• μ (mu) - un coefficient dépendant de est appelé viscosité dynamique absolue.

En unités SI, la formule est la suivante :

µ = (F × h) / (S × ΔV) = [Pa × s] (Pascal × seconde)

Ici F est la force de gravité du volume de fluide de travail.

Valeur de viscosité

Dans la plupart des cas, le coefficient est mesuré en centipoise (cP) conformément au système d'unités CGS (centimètre, gramme, seconde). En pratique, la viscosité est liée au rapport de la masse du liquide à son volume, c'est-à-dire à la densité du liquide :

• ρ - densité du fluide ;
• m est la masse du liquide ;
• V est le volume de liquide.

La relation entre la viscosité dynamique (μ) et la densité (ρ) est appelée viscosité cinématique ν (ν - en grec - nu) :

ν = μ / ρ = [m 2 /s]

À propos, les méthodes de détermination du coefficient de viscosité sont différentes. Par exemple, la viscosité cinématique est toujours mesurée conformément au système CGS en centistokes (cSt) et en valeurs fractionnaires - stokes (St) :

• 1St = 10 -4 m 2 /s = 1 cm 2 /s ;
• 1cSt = 10 -6 m 2 /s = 1 mm 2 /s.

Détermination de la viscosité de l'eau

Le coefficient de viscosité de l'eau est déterminé en mesurant le temps d'écoulement du liquide à travers un tube capillaire calibré. Cet appareil est calibré à l'aide d'un fluide étalon de viscosité connue. Pour déterminer la viscosité cinématique, mesurée en mm 2 /s, le temps d'écoulement du fluide, mesuré en secondes, est multiplié par une valeur constante.

Comme unité de comparaison, la viscosité de l'eau distillée est utilisée, dont la valeur est presque constante même avec les changements de température. Le coefficient de viscosité est le rapport du temps en secondes qu'il faut pour qu'un volume fixe d'eau distillée s'écoule d'un orifice calibré jusqu'à la même valeur pour le liquide d'essai.

Viscosimètres

La viscosité est mesurée en degrés Angler (°E), en secondes universelles Saybolt ("SUS") ou en degrés Redwood (°RJ) selon le type de viscosimètre utilisé. Les trois types de viscosimètres ne diffèrent que par la quantité de liquide qui s'écoule.

Le viscosimètre, qui mesure la viscosité dans l'unité européenne de degré Engler (°E), est conçu pour 200 cm 3 de liquide sortant. Un viscosimètre mesurant la viscosité en Saybolt Universal Seconds (« SUS » ou « SSU ») utilisé aux États-Unis contient 60 cm3 du fluide d'essai. En Angleterre, où l'on utilise les degrés Redwood (°RJ), un viscosimètre mesure la viscosité de 50 cm 3 de liquide. Par exemple, si 200 cm 3 d'une certaine huile s'écoulent dix fois plus lentement que le même volume d'eau, alors la viscosité Engler est de 10°E.

La température étant un facteur clé dans la modification du coefficient de viscosité, les mesures sont généralement effectuées d'abord à une température constante de 20 °C, puis à des valeurs plus élevées. Le résultat est ainsi exprimé en ajoutant la température appropriée, par exemple : 10°E/50°C ou 2,8°E/90°C. La viscosité d'un liquide à 20°C est supérieure à sa viscosité à des températures plus élevées. Les huiles hydrauliques ont les viscosités suivantes à des températures appropriées :

190 cSt à 20°C = 45,4 cSt à 50°C = 11,3 cSt à 100°C.

Traduction des valeurs

La détermination du coefficient de viscosité s'effectue dans différents systèmes (américain, anglais, GHS), et il est donc souvent nécessaire de convertir les données d'un système de mesure à un autre. Pour convertir les valeurs de viscosité du fluide exprimées en degrés Engler en centistokes (mm 2 /s), utilisez la formule empirique suivante :

ν(cSt) = 7,6 × °E × (1-1/°E3)

Par exemple:

• 2°E = 7,6 × 2 × (1-1/23) = 15,2 × (0,875) = 13,3 cSt ;
• 9°E = 7,6 × 9 × (1-1/93) = 68,4 × (0,9986) = 68,3 cSt.

Afin de déterminer rapidement la viscosité standard de l'huile hydraulique, la formule peut être simplifiée comme suit :

ν(cSt) = 7,6 × °E(mm 2 /s)

Ayant une viscosité cinématique ν en mm 2 /s ou cSt, vous pouvez la convertir en coefficient de viscosité dynamique μ en utilisant la relation suivante :

Exemple. En résumant les différentes formules de conversion des degrés Engler (°E), des centistokes (cSt) et des centipoises (cP), nous supposons que l'huile hydraulique de densité ρ = 910 kg/m 3 a une viscosité cinématique de 12°E, ce qui en cSt unités est :

ν = 7,6 × 12 × (1-1/123) = 91,2 × (0,99) = 90,3 mm 2 /s.

Puisque 1cSt = 10 -6 m 2 /s et 1cP = 10 -3 N×s/m 2, la viscosité dynamique sera égale à :

μ =ν × ρ = 90,3 × 10 -6 910 = 0,082 N×s/m 2 = 82 cP.

Coefficient de viscosité du gaz

Il est déterminé par la composition (chimique, mécanique) du gaz, la température de fonctionnement, la pression et est utilisé dans les calculs dynamiques des gaz liés au mouvement du gaz. En pratique, la viscosité du gaz est prise en compte lors de la conception des développements de gisements de gaz, où les variations du coefficient sont calculées en fonction des changements composition du gaz(particulièrement pertinent pour les champs de condensats de gaz), la température et la pression.

Calculons le coefficient de viscosité de l'air. Les processus seront similaires avec les deux flux d’eau évoqués ci-dessus. Supposons que deux flux de gaz U1 et U2 se déplacent en parallèle, mais avec à des vitesses différentes. La convection (pénétration mutuelle) des molécules se produira entre les couches. En conséquence, l’élan du flux d’air le plus rapide diminuera et l’air initialement le plus lent accélérera.

Le coefficient de viscosité de l'air, selon la loi de Newton, est exprimé par la formule suivante :

F =-h × (dU/dZ) × S

• dU/dZ est le gradient de vitesse ;
• S est la zone d'influence de la force ;
• Coefficient h - viscosité dynamique.

Indice de viscosité

L'indice de viscosité (VI) est un paramètre qui corrèle les changements de viscosité et de température. La dépendance de corrélation est une relation statistique, dans ce cas de deux grandeurs, dans laquelle un changement de température s'accompagne d'un changement systématique de viscosité. Plus l'indice de viscosité est élevé, plus la différence entre les deux valeurs est faible, c'est-à-dire que la viscosité du fluide de travail est plus stable avec les changements de température.

Viscosité de l'huile

Les bases des huiles modernes ont un indice de viscosité inférieur à 95-100 unités. Par conséquent, les systèmes hydrauliques des machines et des équipements peuvent utiliser des fluides de travail assez stables qui limitent les changements importants de viscosité dans des conditions de température critiques.

Un indice de viscosité « favorable » peut être maintenu en introduisant des additifs spéciaux (polymères) dans l'huile, obtenus par Ils augmentent l'indice de viscosité des huiles en limitant la modification de cette caractéristique dans une plage acceptable. En pratique, avec l'introduction de la quantité requise d'additifs, le faible indice de viscosité de l'huile de base peut être augmenté jusqu'à 100-105 unités. Dans le même temps, le mélange ainsi obtenu détériore ses propriétés à haute pression et charge thermique, réduisant ainsi l'efficacité de l'additif.

Dans les circuits de puissance des systèmes hydrauliques puissants, des fluides de travail avec un indice de viscosité de 100 unités doivent être utilisés. Les fluides de travail contenant des additifs qui augmentent l'indice de viscosité sont utilisés dans les circuits de commande hydrauliques et autres systèmes fonctionnant dans la plage de basse/moyenne pression, dans une plage de température limitée, avec de petites fuites et en mode intermittent. À mesure que la pression augmente, la viscosité augmente également, mais ce processus se produit à des pressions supérieures à 30,0 MPa (300 bars). En pratique, ce facteur est souvent négligé.

Mesure et indexation

Conformément aux normes internationales ISO, le coefficient de viscosité de l'eau (et des autres milieux liquides) est exprimé en centistokes : cSt (mm 2 /s). Les mesures de viscosité des huiles de traitement doivent être effectuées à des températures de 0°C, 40°C et 100°C. Dans tous les cas, dans le code de la marque de l'huile, la viscosité doit être indiquée sous forme de nombre à une température de 40°C. Dans GOST, la valeur de viscosité est donnée à 50°C. Les grades les plus couramment utilisés en mécanique hydraulique vont de l’ISO VG 22 à l’ISO VG 68.

Les huiles hydrauliques VG 22, VG ​​​​32, VG ​​​​46, VG 68, VG 100 à une température de 40°C ont des valeurs de viscosité correspondant à leurs marquages ​​: 22, 32, 46, 68 et 100 cSt. La viscosité cinématique optimale du fluide de travail dans les systèmes hydrauliques est comprise entre 16 et 36 cSt.

L'American Society of Automotive Engineers (SAE) a établi des plages de viscosité à des températures spécifiques et leur a attribué les codes correspondants. Le chiffre qui suit la lettre W est le coefficient de viscosité dynamique absolu μ à 0°F (-17,7°C), et la viscosité cinématique ν a été déterminée à 212°F (100°C). Cette indexation s'applique aux huiles toutes saisons utilisées dans l'industrie automobile (transmission, moteur, etc.).

L'influence de la viscosité sur les performances hydrauliques

La détermination du coefficient de viscosité d'un liquide présente non seulement un intérêt scientifique et pédagogique, mais revêt également une importance pratique importante. Dans les systèmes hydrauliques, les fluides de travail transfèrent non seulement l'énergie de la pompe aux moteurs hydrauliques, mais lubrifient également toutes les parties des composants et éliminent la chaleur générée par les paires de friction. Une viscosité du fluide de travail qui ne correspond pas au mode de fonctionnement peut sérieusement nuire à l'efficacité de l'ensemble du système hydraulique.

La viscosité élevée du fluide de travail (huile à très haute densité) entraîne les phénomènes négatifs suivants :

• Une résistance accrue à l'écoulement du fluide hydraulique provoque une chute de pression excessive dans le système hydraulique.
• Ralentissez la vitesse de contrôle et mouvements mécaniques actionneurs.
• Développement de cavitation dans la pompe.
• Libération d'air nulle ou trop faible de l'huile dans le réservoir hydraulique.
• Une perte notable de puissance (diminution de l'efficacité) de l'hydraulique en raison des coûts énergétiques élevés pour vaincre la friction interne du fluide.
• Augmentation du couple du moteur principal d'une machine causée par l'augmentation de la charge sur la pompe.
• Une augmentation de la température du fluide hydraulique provoquée par une friction accrue.

Ainsi, la signification physique du coefficient de viscosité réside dans son influence (positive ou négative) sur les composants et mécanismes des véhicules, machines et équipements.

Perte de puissance hydraulique

La faible viscosité du fluide de travail (huile basse densité) entraîne les phénomènes négatifs suivants :

• Diminution de l'efficacité volumétrique des pompes suite à l'augmentation des fuites internes.
• Une augmentation des fuites internes dans les composants hydrauliques de l'ensemble du système hydraulique - pompes, vannes, vannes hydrauliques, moteurs hydrauliques.
• Usure accrue des groupes de pompage et blocage des pompes dus à une viscosité insuffisante du fluide de travail nécessaire pour assurer la lubrification des pièces frottantes.

Compressibilité

Tout liquide est comprimé sous pression. En ce qui concerne les huiles et les liquides de refroidissement utilisés en mécanique hydraulique, il a été établi empiriquement que le processus de compression est inversement proportionnel à la masse du liquide par son volume. Le taux de compression est plus élevé pour les huiles minérales, beaucoup plus faible pour l’eau et bien plus faible pour les fluides synthétiques.

Dans les systèmes hydrauliques simples basse pression, la compressibilité du fluide a un effet négligeable sur la réduction du volume initial. Mais dans les machines puissantes dotées d'entraînements hydrauliques à haute pression et de gros vérins hydrauliques, ce processus se manifeste sensiblement. Pour les hydrauliques, à une pression de 10,0 MPa (100 bar), le volume diminue de 0,7 %. Dans le même temps, la variation du volume de compression est influencée dans une faible mesure par la viscosité cinématique et le type d'huile.

Conclusion

La détermination du coefficient de viscosité permet de prédire le fonctionnement des équipements et des mécanismes dans diverses conditions, en tenant compte des changements dans la composition du liquide ou du gaz, de la pression et de la température. En outre, le suivi de ces indicateurs est pertinent dans le secteur pétrolier et gazier, les services publics et d’autres industries.

Viscosité des liquides

Dynamique viscosité, ou le coefficient de viscosité dynamique ƞ (Newtonien), est déterminé par la formule :

η = r / (dv/dr),

où r est la force de résistance visqueuse (par unité de surface) entre deux couches adjacentes de liquide, dirigée le long de leur surface, et dv/dr est le gradient de leur vitesse relative, prise dans la direction perpendiculaire à la direction du mouvement. La dimension de viscosité dynamique est ML -1 T -1, son unité dans le système CGS est poise (pz) = 1g/cm*sec=1din*sec/cm2 =100 centipoise (cps)

Cinématique viscosité est déterminé par le rapport entre la viscosité dynamique ƞ et la densité du liquide p. La dimension de la viscosité cinématique est L 2 T -1, son unité dans le système CGS est stokes (st) = 1 cm 2 /sec = 100 centistokes (cst).

La fluidité φ est l'inverse de la viscosité dynamique. Cette dernière pour les liquides diminue avec la diminution de la température approximativement selon la loi φ = A + B / T, où A et B sont des constantes caractéristiques, et T désigne la température absolue. Les valeurs de A et B pour un grand nombre de liquides ont été données par Barrer.

Tableau de viscosité de l'eau

Données de Bingham et Jackson, vérifiées selon la norme nationale aux États-Unis et en Grande-Bretagne le 1er juillet 1953, ƞ à 20 0 C = 1,0019 centipoise.

Tableau de viscosité de divers liquides Ƞ, spz

Viscosité relative de certaines solutions aqueuses (tableau)

On suppose que la concentration des solutions est normale et contient un équivalent gramme d'une substance dissoute dans 1 litre. Viscosité sont donnés par rapport à la viscosité de l'eau à la même température.

Tableau de viscosité des solutions aqueuses de glycérine