黏度轉換器
理解流體流動：黏度基礎
黏度衡量流體流動的阻力——蜂蜜比水更黏稠。理解動態黏度（絕對阻力）和運動黏度（相對於密度的阻力）之間的關鍵區別對於流體力學、潤滑工程和工業製程至關重要。本指南涵蓋了這兩種黏度類型、它們透過密度的關係、所有單位的換算公式以及從選擇機油到塗料稠度的實際應用。
基本概念：兩種黏度類型
動態黏度 (μ) - 絕對
測量對剪切應力的內阻
動態黏度（也稱為絕對黏度）量化了移動一層流體越過另一層所需的力。它是流體本身的固有屬性，與密度無關。值越高意味著阻力越大。
公式：τ = μ × (du/dy)，其中 τ = 剪切應力，du/dy = 速度梯度
單位：Pa·s (SI)，泊 (P)，厘泊 (cP)。水 @ 20°C = 1.002 cP
運動黏度 (ν) - 相對
動態黏度除以密度
運動黏度測量流體在重力作用下流動的速度。它同時考慮了內阻（動態黏度）和單位體積質量（密度）。當重力驅動的流動很重要時使用，例如排油或倒液體。
公式：ν = μ / ρ，其中 μ = 動態黏度，ρ = 密度
單位：m²/s (SI)，斯托克斯 (St)，厘斯托克斯 (cSt)。水 @ 20°C = 1.004 cSt
在不知道流體密度的情況下，您不能將 Pa·s（動態）轉換為 m²/s（運動）。
範例：100 cP 的水（ρ=1000 kg/m³）= 100 cSt。但 100 cP 的機油（ρ=900 kg/m³）= 111 cSt。相同的動態黏度，不同的運動黏度！此轉換器可防止跨類型轉換以避免錯誤。
快速轉換範例
密度關係：ν = μ / ρ
動態黏度和運動黏度透過密度相互關聯。理解這種關係對於流體力學計算至關重要：
水 @ 20°C
- μ (動態) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
- ρ (密度) = 998.2 kg/m³
- ν (運動) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
- 比率：ν/μ ≈ 1.0 (水是參考)
SAE 10W-30 機油 @ 100°C
- μ (動態) = 62 cP = 0.062 Pa·s
- ρ (密度) = 850 kg/m³
- ν (運動) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
- 注意：運動黏度比動態黏度高 18% (由於密度較低)
甘油 @ 20°C
- μ (動態) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
- ρ (密度) = 1,261 kg/m³
- ν (運動) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
- 注意：非常黏稠—比水稠 1,400 倍
空氣 @ 20°C
- μ (動態) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
- ρ (密度) = 1.204 kg/m³
- ν (運動) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
- 注意：動態黏度低，運動黏度高 (氣體密度低)
工業測量標準
在現代黏度計出現之前，工業界使用流出杯法——測量固定體積的流體通過校準孔流出的時間。這些經驗標準至今仍在使用：
賽波特通用秒 (SUS)
ASTM D88 標準，在北美廣泛用於石油產品
ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (適用於 SUS > 32)
- 在特定溫度下測量：100°F (37.8°C) 或 210°F (98.9°C)
- 常見範圍：31-1000+ SUS
- 範例：SAE 30 機油 ≈ 300 SUS @ 100°F
- 賽波特-富羅爾 (SFS) 變體，用於非常黏稠的流體：孔口大 ×10 倍
雷德伍德秒 No. 1 (RW1)
英國 IP 70 標準，在英國和前英聯邦國家普遍使用
ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (適用於 RW1 > 34)
- 在 70°F (21.1°C)、100°F 或 140°F 下測量
- 雷德伍德 No. 2 變體，用於更稠的流體
- 轉換：RW1 ≈ SUS × 1.15 (近似值)
- 主要被 ISO 標準取代，但在舊規格中仍有引用
恩格勒度 (°E)
德國 DIN 51560 標準，在歐洲和石油工業中使用
ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (適用於 °E > 1.2)
- 在 20°C、50°C 或 100°C 下測量
- 水 @ 20°C 的 °E = 1.0 (根據定義)
- 常見範圍：1.0-20°E
- 範例：柴油 ≈ 3-5°E @ 20°C
實際黏度基準
| 流體 | 動態 (μ, cP) | 運動 (ν, cSt) | 備註 |
|---|---|---|---|
| 空氣 @ 20°C | 0.018 | 15.1 | 密度低 → 運動黏度高 |
| 水 @ 20°C | 1.0 | 1.0 | 參考流體 (密度 ≈ 1) |
| 橄欖油 @ 20°C | 84 | 92 | 食用油範圍 |
| SAE 10W-30 @ 100°C | 62 | 73 | 熱機油 |
| SAE 30 @ 40°C | 200 | 220 | 冷機油 |
| 蜂蜜 @ 20°C | 10,000 | 8,000 | 非常黏稠的液體 |
| 甘油 @ 20°C | 1,412 | 1,120 | 高密度 + 高黏度 |
| 番茄醬 @ 20°C | 50,000 | 45,000 | 非牛頓流體 |
| 糖蜜 @ 20°C | 5,000 | 3,800 | 濃糖漿 |
| 瀝青/焦油 @ 20°C | 100,000,000,000 | 80,000,000,000 | 瀝青滴漏實驗 |
關於黏度的有趣事實
瀝青滴漏實驗
世界上運行時間最長的實驗室實驗（自1927年起）在昆士蘭大學進行，展示了瀝青（焦油）通過漏斗流動。它看起來是固態的，但實際上是一種黏度極高的液體—比水黏稠1000億倍！94年裡只滴下了9滴。
熔岩黏度決定火山
玄武岩熔岩（低黏度，10-100 Pa·s）形成溫和的夏威夷式噴發，伴有流動的河流。流紋岩熔岩（高黏度，100,000+ Pa·s）形成爆炸性的聖海倫斯火山式噴發，因為氣體無法逸出。黏度實際上塑造了火山山脈。
血液黏度拯救生命
由於紅血球的存在，血液的黏度是水的3-4倍（37°C時為3-4 cP）。高血液黏度會增加中風/心臟病發作的風險。低劑量阿斯匹靈通過防止血小板聚集來降低黏度。血液黏度測試可以預測心血管疾病。
玻璃不是過冷液體
與流行的神話相反，老窗戶的底部並不會因為流動而變厚。玻璃在室溫下的黏度為10²⁰ Pa·s（是水的一萬億萬億倍）。要流動1毫米，需要的時間比宇宙的年齡還要長。它是一種真正的固體，而不是緩慢流動的液體。
機油等級就是黏度
SAE 10W-30的意思是：10W = 冬季黏度 @ 0°F（低溫流動性），30 = 黏度 @ 212°F（工作溫度保護）。'W'代表冬季（winter），而不是重量（weight）。多級油使用在寒冷時捲曲（低黏度）和在炎熱時膨脹（保持黏度）的聚合物。
昆蟲透過黏度在水上行走
水黽利用表面張力，但也利用水的黏度。它們的腿部運動產生渦流，推動黏性阻力，從而將它們向前推進。在零黏度流體中（理論上），它們無法移動—它們會因為沒有牽引力而打滑。
黏度測量的演變
1687
艾薩克·牛頓在《自然哲學的數學原理》中描述了黏度。引入了流體中「內摩擦」的概念。
1845
讓·泊肅葉研究毛細血管中的血流。推導出將流速與黏度聯繫起來的泊肅葉定律。
1851
喬治·斯托克斯推導出黏性流動的方程式。證明了動態黏度和運動黏度之間的關係。
1886
奧斯本·雷諾茲引入了雷諾數。將黏度與流動狀態（層流與湍流）聯繫起來。
1893
賽波特黏度計在美國標準化。流出杯法成為石油工業的標準。
1920s
泊和斯托克斯被命名為CGS單位。1 P = 0.1 Pa·s，1 St = 1 cm²/s 成為標準。
1927
瀝青滴漏實驗在昆士蘭大學開始。仍在進行中—有史以來最長的實驗室實驗。
1960s
SI採用Pa·s和m²/s作為標準單位。厘泊（cP）和厘斯托克斯（cSt）仍然常用。
1975
ASTM D445標準化了運動黏度測量。毛細管黏度計成為工業標準。
1990s
旋轉黏度計使得測量非牛頓流體成為可能。對油漆、聚合物、食品很重要。
2000s
數位黏度計使測量自動化。溫控水浴確保精度達到±0.01 cSt。
實際應用
潤滑工程
機油、液壓油和軸承潤滑劑的選擇：
- SAE等級：10W-30 表示 10W @ 0°F，30 @ 212°F（運動黏度範圍）
- ISO VG等級：VG 32、VG 46、VG 68（運動黏度 @ 40°C，單位cSt）
- 軸承選擇：太稀 = 磨損，太稠 = 摩擦/發熱
- 黏度指數（VI）：測量溫度敏感性（越高越好）
- 多級油：添加劑在不同溫度下保持黏度
- 液壓系統：通常為 32-68 cSt @ 40°C 以獲得最佳性能
石油工業
燃料、原油和精煉黏度規格：
- 重質燃料油：以 cSt @ 50°C 測量（需要加熱才能泵送）
- 柴油：2-4.5 cSt @ 40°C（EN 590 規格）
- 原油分類：輕質（<10 cSt）、中質、重質（>50 cSt）
- 管道流動：黏度決定泵送功率要求
- 船用燃料等級：IFO 180、IFO 380（cSt @ 50°C）
- 精煉過程：減黏裂化可減少重質組分
食品和飲料
品質控制和製程優化：
- 蜂蜜分級：2,000-10,000 cP @ 20°C（取決於濕度）
- 糖漿稠度：楓糖漿 150-200 cP，玉米糖漿 2,000+ cP
- 乳製品：奶油黏度影響質地和口感
- 巧克力：10,000-20,000 cP @ 40°C（調溫過程）
- 飲料碳酸化：黏度影響氣泡形成
- 食用油：50-100 cP @ 20°C（煙點與黏度相關）
製造和塗料
油漆、黏合劑、聚合物和製程控制：
- 油漆黏度：70-100 KU（克雷布斯單位）以確保應用一致性
- 噴塗：通常為 20-50 cP（太稠會堵塞，太稀會流淌）
- 黏合劑：500-50,000 cP，取決於應用方法
- 聚合物熔體：100-100,000 Pa·s（擠出/成型）
- 印刷油墨：柔版印刷為 50-150 cP，膠印為 1-5 P
- 品質控制：黏度指示批次一致性和保質期
溫度對黏度的影響
黏度隨溫度急劇變化。大多數液體的黏度隨溫度升高而降低（分子運動更快，流動更容易）：
| 流體 | 20°C (cP) | 50°C (cP) | 100°C (cP) | % 變化 |
|---|---|---|---|---|
| 水 | 1.0 | 0.55 | 0.28 | -72% |
| SAE 10W-30 機油 | 200 | 80 | 15 | -92% |
| 甘油 | 1412 | 152 | 22 | -98% |
| 蜂蜜 | 10,000 | 1,000 | 100 | -99% |
| SAE 90 齒輪油 | 750 | 150 | 30 | -96% |
完整單位轉換參考
所有黏度單位轉換都附有精確的公式。請記住：沒有流體密度，動態黏度和運動黏度不能相互轉換。
動態黏度轉換
Base Unit: 帕斯卡秒 (Pa·s)
這些單位測量對剪切應力的絕對阻力。所有單位都可以線性轉換。
| 從 | 到 | 公式 | 範例 |
|---|---|---|---|
| Pa·s | 泊 (P) | P = Pa·s × 10 | 1 Pa·s = 10 P |
| Pa·s | 厘泊 (cP) | cP = Pa·s × 1000 | 1 Pa·s = 1000 cP |
| 泊 | Pa·s | Pa·s = P / 10 | 10 P = 1 Pa·s |
| 泊 | 厘泊 | cP = P × 100 | 1 P = 100 cP |
| 厘泊 | Pa·s | Pa·s = cP / 1000 | 1000 cP = 1 Pa·s |
| 厘泊 | mPa·s | mPa·s = cP × 1 | 1 cP = 1 mPa·s (相同) |
| 雷恩 | Pa·s | Pa·s = reyn × 6894.757 | 1 reyn = 6894.757 Pa·s |
| lb/(ft·s) | Pa·s | Pa·s = lb/(ft·s) × 1.488164 | 1 lb/(ft·s) = 1.488 Pa·s |
運動黏度轉換
Base Unit: 平方米每秒 (m²/s)
這些單位測量重力作用下的流速（動態黏度 ÷ 密度）。所有單位都可以線性轉換。
| 從 | 到 | 公式 | 範例 |
|---|---|---|---|
| m²/s | 斯托克斯 (St) | St = m²/s × 10,000 | 1 m²/s = 10,000 St |
| m²/s | 厘斯托克斯 (cSt) | cSt = m²/s × 1,000,000 | 1 m²/s = 1,000,000 cSt |
| 斯托克斯 | m²/s | m²/s = St / 10,000 | 10,000 St = 1 m²/s |
| 斯托克斯 | 厘斯托克斯 | cSt = St × 100 | 1 St = 100 cSt |
| 厘斯托克斯 | m²/s | m²/s = cSt / 1,000,000 | 1,000,000 cSt = 1 m²/s |
| 厘斯托克斯 | mm²/s | mm²/s = cSt × 1 | 1 cSt = 1 mm²/s (相同) |
| ft²/s | m²/s | m²/s = ft²/s × 0.09290304 | 1 ft²/s = 0.0929 m²/s |
工業標準轉換（至運動黏度）
經驗公式將流出時間（秒）轉換為運動黏度（cSt）。這些是近似值，並依賴於溫度。
| 計算 | 公式 | 範例 |
|---|---|---|
| 賽波特通用秒到cSt | cSt = 0.226 × SUS - 195/SUS (對於 SUS > 32) | 100 SUS = 20.65 cSt |
| cSt到賽波特通用秒 | SUS = (cSt + √(cSt² + 4×195×0.226)) / (2×0.226) | 20.65 cSt = 100 SUS |
| 雷德伍德 No. 1到cSt | cSt = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (對於 RW1 > 34) | 100 RW1 = 24.21 cSt |
| cSt到雷德伍德 No. 1 | RW1 = (cSt + √(cSt² + 4×179×0.26)) / (2×0.26) | 24.21 cSt = 100 RW1 |
| 恩格勒度到cSt | cSt = 7.6 × °E - 6.0/°E (對於 °E > 1.2) | 5 °E = 36.8 cSt |
| cSt到恩格勒度 | °E = (cSt + √(cSt² + 4×6.0×7.6)) / (2×7.6) | 36.8 cSt = 5 °E |
動態 ↔ 運動黏度轉換（需要密度）
這些轉換需要知道測量溫度下流體的密度。
| 計算 | 公式 | 範例 |
|---|---|---|
| 動態到運動 | ν (m²/s) = μ (Pa·s) / ρ (kg/m³) | μ=0.001 Pa·s, ρ=1000 kg/m³ → ν=0.000001 m²/s |
| 運動到動態 | μ (Pa·s) = ν (m²/s) × ρ (kg/m³) | ν=0.000001 m²/s, ρ=1000 kg/m³ → μ=0.001 Pa·s |
| cP到cSt（常見） | cSt = cP / (ρ，單位 g/cm³) | 100 cP, ρ=0.9 g/cm³ → 111 cSt |
| 水的近似值 | 對於接近20°C的水：cSt ≈ cP (ρ≈1) | 水：1 cP ≈ 1 cSt (誤差在0.2%以內) |
常見問題
動態黏度和運動黏度有什麼區別？
動態黏度（Pa·s，泊）測量流體對剪切的內阻—其絕對的「稠度」。運動黏度（m²/s，斯托克斯）是動態黏度除以密度—它在重力作用下流動的速度。您需要密度才能在它們之間進行轉換：ν = μ/ρ。可以這樣想：蜂蜜具有很高的動態黏度（很稠），但汞雖然「稀」，也具有很高的運動黏度（因為它非常稠密）。
我可以將厘泊（cP）轉換為厘斯托克斯（cSt）嗎？
不可以，除非知道測量溫度下流體的密度。對於接近20°C的水，1 cP ≈ 1 cSt（因為水的密度 ≈ 1 g/cm³）。但對於機油（密度 ≈ 0.9），90 cP = 100 cSt。我們的轉換器會阻止跨類型轉換以防止錯誤。使用此公式：cSt = cP /（密度，單位 g/cm³）。
為什麼我的機油上寫著「10W-30」？
SAE黏度等級指定了運動黏度的範圍。「10W」表示它符合低溫流動要求（W = winter，在0°F下測試）。「30」表示它符合高溫黏度要求（在212°F下測試）。多級油（如10W-30）使用添加劑在不同溫度下保持黏度，這與單級油（SAE 30）不同，後者在受熱時會急劇變稀。
賽波特秒與厘斯托克斯有什麼關係？
賽波特通用秒（SUS）測量60毫升流體通過校準孔流出的時間。經驗公式為：cSt = 0.226×SUS - 195/SUS（對於SUS > 32）。例如，100 SUS ≈ 21 cSt。儘管是一種較老的方法，SUS仍用於石油規格中。現代實驗室使用根據ASTM D445直接測量cSt的運動黏度計。
為什麼黏度會隨溫度降低？
較高的溫度給分子更多的動能，使它們能夠更容易地相互滑過。對於液體，黏度通常每°C下降2-10%。20°C時的機油可能是200 cP，但在100°C時只有15 cP（下降了13倍！）。黏度指數（VI）測量這種溫度敏感性：高VI的油（100+）能更好地保持黏度，低VI的油（<50）在受熱時會急劇變稀。
我的液壓系統應該使用什麼黏度？
大多數液壓系統在40°C時25-50 cSt下工作最佳。太低（<10 cSt）會導致內部洩漏和磨損。太高（>100 cSt）會導致響應遲緩、高功耗和熱量積聚。請檢查您的泵製造商的規格—葉片泵傾向於25-35 cSt，活塞泵能耐受35-70 cSt。ISO VG 46（40°C時46 cSt）是最常見的通用液壓油。
有最大黏度嗎？
沒有理論上的最大值，但實際測量在超過100萬cP（1000 Pa·s）時變得困難。瀝青/焦油可以達到1000億Pa·s。一些聚合物熔體超過100萬Pa·s。在極端黏度下，液體和固體之間的界限變得模糊—這些材料既表現出黏性流動（如液體），又表現出彈性恢復（如固體），這被稱為黏彈性。
為什麼有些單位是以人名命名的？
泊（Poise）是為了紀念讓·萊昂納爾·馬里·泊肅葉（1840年代），他研究了毛細血管中的血流。斯托克斯（Stokes）是為了紀念喬治·加布里埃爾·斯托克斯（1850年代），他推導出了黏性流動的方程式並證明了動態黏度和運動黏度之間的關係。雷恩（reyn）是以奧斯本·雷諾茲（1880年代）命名的，他因流體動力學中的雷諾數而聞名。