基本介紹
- 中文名：粘稠度
- 外文名：viscosity
- 用途：形容液體間的粘性大小
- 影響因素：濃度、溫度、氣壓
- 形成：速度梯度
- 屬性：材料性質
簡介,粘度單位,常見的粘度數值,黏度的測定,分類與計算,
簡介
在一般範圍內，用粘稠度來形容液體粘稠的程度。具體來說，主要用粘度來表征。粘度的介紹如下：通俗的講，粘度是通過物體在液體內部運動所受阻力來測定的（旋轉粘度計）。如果物體在液體內部以一定的速度運動所受阻力大，則液體粘度就比較大，反之亦然。還有一種方法也比較常用，是通過將液體流過同一個下部有孔的杯子（塗-2杯或塗-4杯）的時間來判斷粘度，時間越長，說明粘度越大，反之也亦然。
粘度的定義為一對平行板，面積為A，相距dr，板間充以某液體。今對上板施加一推力F，使其產生一速度變化du。由於液體的粘性將此力層層傳遞，各層液體也相應運動，形成一速度梯度du/dr，稱剪下速率，以r′表示。F/A稱為剪下應力，以τ表示。剪下速率與剪下應力間具有如下關係:(F/A)=η(du/dr)
影響粘度的因素：1.測定的誤差，如用旋轉粘度計測定時容器要足夠大和深，以免轉子和容器距離過近，器壁附近剪下力過大，引起粘度測定數據過大。2.溫度的影響。流體的粘度明顯受環境溫度的影響(壓力也有一定影響，但一般可忽略不計)： 這種影響也是通過分子間的相互作用來實施的：通常的概念是溫度升高流體體積膨脹，分子間距離拉遠，相互作用減弱，粘度下降；溫度降低，流體體積縮小，分子間距離縮短，相互作用加強，粘度上升。由於粘度與溫度關係密切，因此任何粘度數據都需註明測定時的溫度。通常在低溫區域溫度對粘度的效應尤其顯著。 主要是這兩方面的影響。在測定粘度時一定要測定當時的溫度，這樣的數據才有意義。就像測定氣體的密度一樣，一定要知道當時的溫度和壓力。
粘度單位
動態粘度μ
動態粘度的物理單位:SI單位為poiseuille（Pl）,cgs單位為泊（P），該單位是以JeanLéonardMariePoiseuille命名的。poiseuille很少被使用，它相當於帕斯卡· 秒（Pa·s）或（N·s）/ m或kg /（m·s）。如果流體被置於距離一的兩個板之間，一個板以剪下應力為一個帕斯卡側向推動，並使其以X每米每秒進行移動，那么它具有的粘度為1/X帕斯卡秒。例如，20℃下的水的粘度為1.002mPa·s，典型的機油可以具有約250mPa·s的粘度。實踐中使用的單位是Pa·s或下面提到的cgs單位泊。
動力粘度的cgs物理單位泊（P）也以Jean Poiseuille命名。在ASTM標準中，由於它等於SI的毫帕秒（mPa·s），所以更為普遍地將其表示為厘泊（cP）。例如，20℃下的水的粘度為1.002mPa·s = 1.002cP。
1 Pl = 1 Pa·s
1 P = 0.1Pa·s = 0.1kg·m·s
1cP = 1mPa·s = 0.001Pa·s = 0.001N·s·m= 0.001kg·m ·s。
運動粘度 v
運動黏度的SI單位為m^2/s，它的cgs單位為斯托克斯（St），以 George Gabriel Stokes的名字命名，在美國常被用作單數形式。
1St = 1cm·s= 10m·s.
1cSt = 1mm·s= 10m·s.
水在20°C的運動粘度大約10−6 m2·s−1或1cSt。運動粘度有時被稱為動量的擴散係數，因為它類似於熱的擴散係數和質量的擴散係數。因此，在無量綱的數字中使用它來比較擴散係數的比值。
流動性
運動粘度的倒數為流動性，它通常以φ=1/μorF=1/μ的形式來表示。該量很少用在工程領域，單位為1/P, 或者cm·s/g。流動性的概念可以用來確定理想溶液的粘度。
常見的粘度數值
空氣：空氣的粘度主要取決於溫度。在15°C,空氣的粘度是1.81×10−5kg/(m·s),18.1μPa·s或1.81×10−5 Pa·s。15°C的運動粘度是1.48×10−5m2/s或14.8cSt。在25°C,粘度是18.6μPa·s和運動粘度15.7cSt。
水：在大約25°時，水的動態粘度是8.90×10−4 Pa·s或8.90×10−3dyn·s cm2或0.890 cPC。
作為溫度的函式T(開爾文):μ= 10×B / C(T−),A= 2.414×10−5 Pa·s,B = 247.8 K C = 140 K。在不同溫度下，液體水的粘度如下圖所示。
其他動態黏度如下：
| 溫度（°C） | 粘度（mPa·s） |
|---|---|
10 | 1.308 |
20 | 1.002 |
30 | 0.7978 |
40 | 0.6531 |
50 | 0.5471 |
60 | 0.4658 |
70 | 0.4044 |
80 | 0.3550 |
90 | 0.3150 |
100 | 0.2822 |
黏度的測定
各國通常用的條件粘度有以下三種:
①恩氏粘度又叫恩格勒(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 100°F、210°F或122°F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，我國除採用恩氏粘度計測定深色潤滑油及殘渣油外，其餘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，但它們之間的關係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。對於粘度較小的流體，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;對於粘度為0.1~100Pa?s範圍的液體，也可用轉筒法進行測定。
分類與計算
粘度分為動力粘度，運動粘度和條件粘度。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),這是流動的基本特徵.(見圖) 由於速度梯度的存在,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,稱為切應力或剪下力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於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”。
