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油液粘度在线监测传感器的原理和应用(一)

定义

粘度(也称为黏度),指流体受外力作用移动时,分子间产生的内摩擦力的量度,是流体测量的一项重要参数。

当某一层流体的移动会受到另一层流体移动的影响时,此摩擦力显得极为重要。摩擦力愈大,就必须施予更大的力量以造成流体的移动,此力量称为 ”剪切(shear)”。剪切发生的条件为当流体发生物理性地移动或分散,如倾倒、喷雾、混合等。高黏度的流体比低黏度的材料需要更大的力量才能造成流体的流动。

牛顿以下图模式来定义流体的粘度。两不同平面但平行的流体,拥有相同的面积”A=B”,相隔距离”dx”,且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流动,牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度,即:

微信图片_20230116212011.png

其中η与材料性质有关,称为”粘度”。

微信图片_20230116212030.png

速度梯度,dv/dx,为测量中间层的相对速度,其描述出液体所受到的剪切,我们将它称为剪切率(shear rate)”,以S表示;其单位为时间倒数(sec-1)。F/A项代表了单位面积下,剪切所造成的合力,称为”剪切应力(shear stress)”,以F代表;其单位为”达因每平方公分(dynes/cm2)”。

 

动力粘度Dynamic Viscosity

使用这些符号,粘度(动力粘度)可以下列数学式定义:

微信图片_20230116212252.png

粘度的公制单位为泊(Poise)和厘泊(centi Poise)。我们定义一材料在剪切应力为1dynes/cm2、剪切率为1 sec-1下的黏度为1泊。又可以表达为面积为1m2相距1m的两平板,以1m/s的速度作相对运动时,因之间存在的流体互相作用所产生的内摩擦力为1泊;

粘度的国际制单位是帕斯卡·秒(Pa•s”)和毫帕斯卡·秒(mPa•s)。

换算关系:

1 帕斯卡•秒(Pa•s)=10泊(Poise);

1毫帕斯卡·秒(mPa•s)=1 厘泊(cP);

1泊(P)=100厘泊(cP)。

 

运动粘度Kinematic viscosity

运动粘度用小写字母v表示,运动粘度即流体的动力粘度η与同温度下该流体密度ρ之比。ASTM D445标准中规定用运动粘度来计算动力粘度,即

其中v:运动粘度 单位m2/s;η:动力粘度 单位Pa•s;ρ:密度 单位kg/m3

国际单位制中,运动粘度的单位是m2/s,常使用斯(St)、厘斯(cSt)作运动粘度的单位。

换算关系:

1斯(St)=100厘斯(cSt);

1 厘斯(cSt)=1毫米平方每秒(mm2/s);

106厘斯(cSt)=1米平方每秒(m2/s)。

 

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