Измеряет внутреннее сопротивление сдвиговому напряжению

Динамическая вязкость (также называемая абсолютной вязкостью) количественно определяет, какая сила необходима для перемещения одного слоя жидкости относительно другого. Это внутреннее свойство самой жидкости, не зависящее от плотности. Более высокие значения означают большее сопротивление.

Формула: τ = μ × (du/dy), где τ = сдвиговое напряжение, du/dy = градиент скорости

Единицы: Па·с (СИ), пуаз (П), сантипуаз (сП). Вода @ 20°C = 1.002 сП

Динамическая вязкость, деленная на плотность

Кинематическая вязкость измеряет, как быстро жидкость течет под действием силы тяжести. Она учитывает как внутреннее сопротивление (динамическую вязкость), так и массу на единицу объема (плотность). Используется, когда важен поток под действием силы тяжести, например, слив масла или переливание жидкости.

Формула: ν = μ / ρ, где μ = динамическая вязкость, ρ = плотность

Единицы: м²/с (СИ), стокс (Ст), сантистокс (сСт). Вода @ 20°C = 1.004 сСт

• μ (динамическая) = 1.002 сП = 0.001002 Па·с
• ρ (плотность) = 998.2 кг/м³
• ν (кинематическая) = μ/ρ = 1.004 сСт = 1.004 мм²/с
• Соотношение: ν/μ ≈ 1.0 (вода является эталоном)

• μ (динамическая) = 62 сП = 0.062 Па·с
• ρ (плотность) = 850 кг/м³
• ν (кинематическая) = μ/ρ = 73 сСт = 73 мм²/с
• Примечание: Кинематическая на 18% выше, чем динамическая (из-за меньшей плотности)

• μ (динамическая) = 1,412 сП = 1.412 Па·с
• ρ (плотность) = 1,261 кг/м³
• ν (кинематическая) = μ/ρ = 1,120 сСт = 1,120 мм²/с
• Примечание: Очень вязкий — в 1,400 раз гуще воды

• μ (динамическая) = 0.0181 сП = 1.81×10⁻⁵ Па·с
• ρ (плотность) = 1.204 кг/м³
• ν (кинематическая) = μ/ρ = 15.1 сСт = 15.1 мм²/с
• Примечание: Низкая динамическая, высокая кинематическая (газы имеют низкую плотность)

Стандарт ASTM D88, широко используемый в Северной Америке для нефтепродуктов

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (действительно для SUS > 32)

• Измеряется при определенных температурах: 100°F (37.8°C) или 210°F (98.9°C)
• Обычный диапазон: 31-1000+ SUS
• Пример: Масло SAE 30 ≈ 300 SUS @ 100°F
• Вариант Saybolt Furol (SFS) для очень вязких жидкостей: отверстие в ×10 раз больше

Британский стандарт IP 70, распространенный в Великобритании и бывшем Содружестве

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (действительно для RW1 > 34)

• Измеряется при 70°F (21.1°C), 100°F или 140°F
• Вариант Redwood № 2 для более густых жидкостей
• Преобразование: RW1 ≈ SUS × 1.15 (приблизительно)
• В значительной степени заменен стандартами ISO, но все еще упоминается в старых спецификациях

Немецкий стандарт DIN 51560, используемый в Европе и нефтяной промышленности

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (действительно для °E > 1.2)

• Измеряется при 20°C, 50°C или 100°C
• °E = 1.0 для воды @ 20°C (по определению)
• Обычный диапазон: 1.0-20°E
• Пример: Дизельное топливо ≈ 3-5°E @ 20°C

Самый долгий в мире лабораторный эксперимент (с 1927 года) в Университете Квинсленда показывает, как вар (деготь) течет через воронку. Он выглядит твердым, но на самом деле является жидкостью с очень высокой вязкостью — в 100 миллиардов раз более вязкой, чем вода! За 94 года упало всего 9 капель.

Базальтовая лава (низкая вязкость, 10-100 Па·с) создает спокойные извержения гавайского типа с текучими реками. Риолитовая лава (высокая вязкость, 100,000+ Па·с) создает взрывные извержения типа горы Сент-Хеленс, потому что газы не могут выйти. Вязкость буквально формирует вулканические горы.

Кровь в 3-4 раза более вязкая, чем вода (3-4 сП @ 37°C), из-за эритроцитов. Высокая вязкость крови увеличивает риск инсульта/инфаркта. Низкие дозы аспирина снижают вязкость, предотвращая агрегацию тромбоцитов. Тест на вязкость крови может предсказывать сердечно-сосудистые заболевания.

Вопреки распространенному мифу, старые окна не толще внизу из-за течения. Вязкость стекла при комнатной температуре составляет 10²⁰ Па·с (в триллион триллионов раз больше, чем у воды). Чтобы оно стекло на 1 мм, потребовалось бы больше времени, чем возраст Вселенной. Это настоящее твердое тело, а не медленная жидкость.

SAE 10W-30 означает: 10W = зимняя вязкость @ 0°F (текучесть при низкой температуре), 30 = вязкость @ 212°F (защита при рабочей температуре). 'W' означает зима (winter), а не вес (weight). Всесезонные масла используют полимеры, которые сворачиваются на холоде (низкая вязкость) и расширяются при нагревании (поддерживают вязкость).

Водомерки используют поверхностное натяжение, но также пользуются вязкостью воды. Движения их ног создают вихри, которые отталкиваются от вязкого сопротивления, двигая их вперед. В жидкости с нулевой вязкостью (теоретически) они не смогли бы двигаться — они бы скользили без сцепления.

Исаак Ньютон описывает вязкость в «Математических началах натуральной философии». Вводит понятие «внутреннего трения» в жидкостях.

Жан Пуазёйль изучает кровоток в капиллярах. Выводит закон Пуазёйля, связывающий скорость потока с вязкостью.

Джордж Стокс выводит уравнения для вязкого течения. Доказывает связь между динамической и кинематической вязкостью.

Осборн Рейнольдс вводит число Рейнольдса. Связывает вязкость с режимом течения (ламинарный против турбулентного).

Вискозиметр Сейболта стандартизирован в США. Метод вытекающей чашки становится стандартом в нефтяной промышленности.

Пуаз и стокс названы единицами СГС. 1 П = 0.1 Па·с, 1 Ст = 1 см²/с становятся стандартом.

Эксперимент с капающим варом начинается в Университете Квинсленда. Он продолжается и по сей день — самый долгий лабораторный эксперимент в истории.

СИ принимает Па·с и м²/с в качестве стандартных единиц. Сантипуаз (сП) и сантистокс (сСт) остаются распространенными.

Стандарт ASTM D445 стандартизирует измерение кинематической вязкости. Капиллярный вискозиметр становится промышленным стандартом.

Ротационные вискозиметры позволяют измерять неньютоновские жидкости. Важно для красок, полимеров, продуктов питания.

Цифровые вискозиметры автоматизируют измерение. Температурно-контролируемые ванны обеспечивают точность до ±0.01 сСт.

Выбор моторного масла, гидравлической жидкости и смазки для подшипников:

• Классы SAE: 10W-30 означает 10W @ 0°F, 30 @ 212°F (диапазоны кинематической вязкости)
• Классы ISO VG: VG 32, VG 46, VG 68 (кинематическая вязкость @ 40°C в сСт)
• Выбор подшипников: Слишком жидкое = износ, слишком густое = трение/нагрев
• Индекс вязкости (VI): Измеряет чувствительность к температуре (чем выше, тем лучше)
• Всесезонные масла: Присадки поддерживают вязкость при разных температурах
• Гидравлические системы: Обычно 32-68 сСт @ 40°C для оптимальной производительности

Спецификации вязкости для топлива, сырой нефти и нефтепереработки:

• Тяжелое мазутное топливо: Измеряется в сСт @ 50°C (должно быть нагрето для перекачки)
• Дизель: 2-4.5 сСт @ 40°C (спецификация EN 590)
• Классификация сырой нефти: Легкая (<10 сСт), средняя, тяжелая (>50 сСт)
• Трубопроводное течение: Вязкость определяет требования к мощности насосов
• Марки бункерного топлива: IFO 180, IFO 380 (сСт @ 50°C)
• Процесс переработки: Висбрекинг снижает количество тяжелых фракций

Контроль качества и оптимизация процессов:

• Классификация меда: 2,000-10,000 сП @ 20°C (в зависимости от влажности)
• Консистенция сиропа: Кленовый сироп 150-200 сП, кукурузный сироп 2,000+ сП
• Молочные продукты: Вязкость сливок влияет на текстуру и ощущение во рту
• Шоколад: 10,000-20,000 сП @ 40°C (процесс темперирования)
• Газирование напитков: Вязкость влияет на образование пузырьков
• Растительное масло: 50-100 сП @ 20°C (точка дымления коррелирует с вязкостью)

Краски, клеи, полимеры и контроль процессов:

• Вязкость краски: 70-100 KU (единицы Кребса) для консистенции нанесения
• Распыление покрытий: Обычно 20-50 сП (слишком густая забивает, слишком жидкая стекает)
• Клеи: 500-50,000 сП в зависимости от метода нанесения
• Полимерные расплавы: 100-100,000 Па·с (экструзия/литье)
• Печатные краски: 50-150 сП для флексографии, 1-5 П для офсета
• Контроль качества: Вязкость указывает на однородность партии и срок годности

Динамическая вязкость (Па·с, пуаз) измеряет внутреннее сопротивление жидкости сдвигу — ее абсолютную «густоту». Кинематическая вязкость (м²/с, стокс) — это динамическая вязкость, деленная на плотность — как быстро она течет под действием силы тяжести. Вам нужна плотность, чтобы конвертировать между ними: ν = μ/ρ. Подумайте так: мед имеет высокую динамическую вязкость (он густой), но ртуть также имеет высокую кинематическую вязкость, несмотря на то, что она «жидкая» (потому что она очень плотная).

Нет, не зная плотности жидкости при температуре измерения. Для воды около 20°C, 1 сП ≈ 1 сСт (потому что плотность воды ≈ 1 г/см³). Но для моторного масла (плотность ≈ 0.9), 90 сП = 100 сСт. Наш конвертер блокирует перекрестные преобразования, чтобы предотвратить ошибки. Используйте эту формулу: сСт = сП / (плотность в г/см³).

Классы вязкости SAE указывают диапазоны кинематической вязкости. '10W' означает, что оно соответствует требованиям к текучести при низкой температуре (W = winter, проверено при 0°F). '30' означает, что оно соответствует требованиям к вязкости при высокой температуре (проверено при 212°F). Всесезонные масла (например, 10W-30) используют присадки для поддержания вязкости в разных температурах, в отличие от односезонных масел (SAE 30), которые значительно разжижаются при нагревании.

Универсальные Секунды Сейболта (SUS) измеряют, сколько времени требуется 60 мл жидкости, чтобы вытечь через калиброванное отверстие. Эмпирическая формула: сСт = 0.226×SUS - 195/SUS (для SUS > 32). Например, 100 SUS ≈ 21 сСт. SUS все еще используется в нефтяных спецификациях, несмотря на то, что это старый метод. Современные лаборатории используют кинематические вискозиметры, которые непосредственно измеряют сСт в соответствии с ASTM D445.

Более высокая температура придает молекулам больше кинетической энергии, позволяя им легче скользить друг мимо друга. У жидкостей вязкость обычно снижается на 2-10% на каждый °C. Моторное масло при 20°C может иметь 200 сП, но при 100°C всего 15 сП (13-кратное снижение!). Индекс Вязкости (VI) измеряет эту чувствительность к температуре: масла с высоким VI (100+) лучше сохраняют вязкость, с низким VI (<50) — значительно разжижаются при нагревании.

Большинство гидравлических систем работают лучше всего при 25-50 сСт @ 40°C. Слишком низкая (<10 сСт) вызывает внутренние утечки и износ. Слишком высокая (>100 сСт) вызывает замедленную реакцию, высокое потребление энергии и накопление тепла. Проверьте спецификацию производителя вашего насоса — лопастные насосы предпочитают 25-35 сСт, поршневые насосы переносят 35-70 сСт. ISO VG 46 (46 сСт @ 40°C) является самым распространенным гидравлическим маслом общего назначения.

Теоретического максимума нет, но практические измерения становятся трудными при значениях выше 1 миллиона сП (1000 Па·с). Битум/вар может достигать 100 миллиардов Па·с. Некоторые полимерные расплавы превышают 1 миллион Па·с. При экстремальных значениях вязкости граница между жидкостью и твердым телом стирается — эти материалы демонстрируют как вязкое течение (как жидкости), так и упругое восстановление (как твердые тела), что называется вязкоупругостью.

Пуаз увековечивает Жана Леонара Мари Пуазёйля (1840-е), который изучал кровоток в капиллярах. Стокс увековечивает Джорджа Габриэля Стокса (1850-е), который вывел уравнения для вязкого течения и доказал связь между динамической и кинематической вязкостью. Рейн (фунт-сила-секунда на квадратный дюйм) назван в честь Осборна Рейнольдса (1880-е), известного числом Рейнольдса в гидродинамике.