粘度知識以及粘度單位換算

概述

　　液體在流動時，在其分子間產生內摩擦的性質，稱為液體的黏性，粘性的大小用黏度表示，粘度又分為動力黏度與運動黏度度。

　　粘度基礎知識：粘度分為動力粘度，運動粘度和條件粘度。

黏度簡介

　　將流動著的液體看作許多相互平行移動的液層, 各層速度不同,形成速度梯度（dv/dx）,這是流動的基本特征.（見圖）　由于速度梯度的存在,流動較慢的液層阻滯較快液層的流動,因此.液體產生運動阻力.為使液層維持一定的速度梯度運動,必須對液層施加一個與阻力相反的反向力.　在單位液層面積上施加的這種力,稱為切應力τ（N/m2）.　切變速率（D） D=d v /d x （S-1）　切應力與切變速率是表征體系流變性質的兩個基本參數　牛頓以圖4-1的模式來定義流體的粘度。兩不同平面但平行的流體，擁有相同的面積”A”，相隔距離”dx”，且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流動，牛頓假設保持此不同流速的力量正比于流體的相對速度或速度梯度，即：　τ= ηdv/dx =ηD（牛頓公式） 其中η與材料性質有關，我們稱為“粘度”。

黏度定義

　　將兩塊面積為1m2的板浸于液體中,兩板距離為1米,若加1N的切應力,使兩板之間的相對速率為1m/s,則此液體的粘度為1Pa.s。　牛頓流體：符合牛頓公式的流體。 粘度只與溫度有關，與切變速率無關， τ與D為正比關系。　非牛頓流體：不符合牛頓公式 τ/D=f（D），以ηa表示一定（τ/D）下的粘度，稱表觀粘度。　

　　又稱黏性系數、剪切粘度或動力粘度。流體的一種物理屬性，用以衡量流體的粘性，對于牛頓流體，可用牛頓粘性定律定義之：

　　式中μ為流體的黏度；τyx為剪切應力；ux為速度分量；x、y為坐標軸；dux/dy為剪切應變率。流體的粘度μ與其密度ρ的比值稱為運動粘度，以v表示。

　　粘度隨溫度的不同而有顯著變化，但通常隨壓力的不同發生的變化較小。液體粘度隨著溫度升高而減小，氣體粘度則隨溫度升高而增大。對于溶液，常用相對粘度μr表示溶液粘度μ和溶劑粘度μ之比，即：

　　相對粘度與濃度C的關系可表示為：

　　μr＝1＋【μ】C＋K′【μ】C＋…

　　式中【μ】為溶液的特性粘度，

　　K′為系數。【μ】、K′均與濃度無關。

　　不同流體的粘度差別很大。在壓強為101.325kPa、溫度為20℃的條件下，空氣、水和甘油的動力粘度和運動粘度為：

　　空氣　μ＝17.9×10^-6Pa·s，　v＝14.8×10^-6m/s

　　水　μ＝1.01×10^-3Pa·s，　v＝1.01×10^-6m/s　

　　甘油　μ＝1.499Pa·s，　v＝1.19×10^-3m/s

　　由于粘度的作用，使物體在流體中運動時受到摩擦阻力和壓差阻力，造成機械能的損耗（見流動阻力）。

　　各種流體的粘度數據，主要由實驗測得。常用的粘度計有毛細管式、落球式、錐板式、轉筒式等。在工業上有時用特定形式的粘度計來測定特定的條件粘度。如煉油工業中常用恩氏粘度（或恩格拉粘度）作為石油產品的一個指標，它表示某一溫度下200cm油品與同體積20℃純水，從恩氏粘度計中流出所需時間之比。恩氏粘度與動力粘度的關系可按經驗公式換算。又如橡膠工業中常用門尼粘度為衡量橡膠平均分子量及可塑性的一個指標。

　　在缺少粘度實驗數據時，可按理論公式或經驗公式估算粘度。對于壓力不太高的氣體，估算結果較準；對于液體則較差。對非均相流體（如低濃度懸浮液）的粘度，可以用愛因斯坦公式估算：

　　式中μm為懸浮液的粘度；μ為連續相液體的粘度;φ為懸浮液中分散相的體積分數；μd為分散相粘度。當分散相為固體顆粒時，μd→∞，；當分散相為氣泡時，μd→0，μm=（1+φ）μ 。

　　粘度是流體粘滯性的一種量度，是流體流動力對其內部摩擦現象的一種表示。粘度大表現內摩擦力大，分子量越大，碳氫結合越多，這種力量也越大。 粘度對各種潤滑油、質量鑒別和確定用途，及各種燃料用油的燃燒性能及用度等有決定意義。在同樣餾出溫度下，以烷烴為主要組份的石油產品粘度低，而粘溫性較好，即粘度指數較高，也就是粘度隨溫度變化而改變的幅度較小；含環烷烴（或芳烴）組份較多的油品粘度較高，即粘溫性較差；含膠質和芳烴較多油品粘度zui高，粘溫性zui差，即粘度指數zui低。 粘度常用運動粘度表示，單位mm2/ｓ。重質燃料油粘度大，經預熱使運動粘度達到18~20mm2/ｓ（40℃），有利于噴油嘴均勻噴油。

粘度測定

　　　粘度測定有：動力粘度、運動粘度和條件粘度三種測定方法。　

　　（1）動力粘度：ηt是二液體層相距1厘米，其面積各為1（平方厘米）相對移動速度為1厘米/秒時所產生的阻力，單位為克/厘米·秒。1克/厘米·秒=1泊一般：工業上動力粘度單位用泊來表示。　

　　（2）運動粘度：在溫度t℃時，運動粘度用符號γ表示，在單位制中，運動粘度單位為斯，即每秒平方米（m2/s），實際測定中常用厘斯，（cst）表示厘斯的單位為每秒平方毫米（即 1cst=1mm2/s）。運動粘度廣泛用于測定噴氣燃料油、柴油、潤滑油等液體石油產品深色石油產品、使用后的潤滑油、原油等的粘度，運動粘度的測定采用逆流法　

　　（3）條件粘度：指采用不同的特定粘度計所測得的以條件單位表示的粘度，各國通常用的條件粘度有以下三種：

　　①恩氏粘度又叫思格勒（Engler）粘度。是一定量的試樣，在規定溫度（如：50℃、 80℃、100℃）下，從恩氏粘度計流出200毫升試樣所需的時間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時間（秒）之比。溫度tº時，恩氏粘度用符號Et表示，恩氏粘度的單位為條件度。

　　②賽氏粘度，即賽波特（sagbolt）粘度。是一定量的試樣，在規定溫度（如 100ºF、F210ºF或122ºF等）下從賽氏粘度計流出200毫升所需的秒數，以“秒”單位。賽氏粘度又分為賽氏通用粘度和賽氏重油粘度（或賽氏弗羅（Furol）粘度）兩種。　③雷氏粘度即雷德烏德（Redwood）粘度。是一定量的試樣，在規定溫度下，從雷氏度計流出50毫升所需的秒數，以“秒”為單位。雷氏粘度又分為雷氏1號（Rt表示）和雷氏2號（用RAt表示）兩種。

　　上述三種條件粘度測定法，在歐美各國常用，我國除采用恩氏粘度計測定深色潤滑油及殘渣油外，其余兩種粘度計很少使用。三種條件粘度表示方法和單位各不相同，但它們之間的關系可通過圖表進行換算。同時恩氏粘度與運動粘度也可換算，這樣就方便靈活得多了。　

　　粘度的測定有許多方法，如轉桶法、落球法、阻尼振動法、杯式粘度計法、毛細管法等等。對于粘度較小的流體，如水、乙醇、四氯化碳等，常用毛細管粘度計測量；而對粘度較大流體，如蓖麻油、變壓器油、機油、甘油等透明（或半透明）液體，常用落球法測定；對于粘度為0.1～100Pa•s范圍的液體，也可用轉筒法進行測定。

其他概念

　　實驗室測定粘度的原理一般大都是由斯托克斯公式和泊肅葉公式導出有關粘滯系數的表達式，求得粘滯系數。　粘度的大小取決于液體的性質與溫度，溫度升高，粘度將迅速減小。因此，要測定粘度，必須準確地控制溫度的變化才有意義。粘度參數的測定，對于預測產品生產過程的工藝控制、輸送性以及產品在使用時的操作性，具有重要的指導價值，在印刷、醫藥、石油、汽車等諸多行業有著重要的意義。

　　1845年，英國數學家、物理學家斯托克斯（G. G. Stokes, 1819-1903）和法國的納維（C.L.M.H. Navier）等人分別推導出粘滯流體力學中zui基本的方程組，即納維-斯托克斯方程，奠定了傳統流體力學的基礎。

　　1851年，斯托克斯推導出固體球體在粘性介質中作緩慢運動時所受的阻力的計算公式，得出在給定力（重力）的作用下，阻力與流速、粘滯系數成比例，即關于阻力的斯托斯公式。

　　納維-斯托克斯方程是數學中zui為難解的非線性方程中的一類，尋求它的解是非常困難的事。直至今天，大約也只有70多個解，只有大約一百多個特解被解出來，是zui復雜的、尚未被完*的*數學難題之一。

粘度單位換算表

動力粘度單位換算

　　1厘泊（1cP）=1毫帕斯卡 .秒 （1mPa.s）

　　100厘泊（100cP）=1泊 （1P）

　　1000毫帕斯卡.秒 （1000mPa.s）=1帕斯卡 .秒 （1Pa.s）

動力粘度與運動粘度的換算

　　η=ν. ρ

　　式中η--- 試樣動力粘度（mPa.s）

　　ν--- 試樣運動粘度（mm2/s）

　　ρ--- 與測量運動粘度相同溫度下試樣的密度（g/cm3）

恩氏粘度與運動粘度換算

　（有一個計算公式可參考國標（GB-T 1723-1993 涂料粘度測定法）