Вязкость

Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства котельных и дизельных топлив, нефтяных масел, ряда других нефтепродуктов. По значению вязкости судят о возможности распыления и прокачиваемости нефти и нефтепродуктов.

Различают динамическую, кинематическую, условную вязкость.

Динамической (абсолютной) вязкостью (η) называют свойства реальных жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Очевидно, это свойство проявляется при движении жидкости. Динамическая вязкость в системе СИ измеряется в Н×с/м². Это сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев поверхностью 1 м², находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся под действием внешней силы в 1 Н со скоростью 1 м/с. Учитывая, что Н/м² = Па, динамическую вязкость часто выражают в Па×с. Также динамическую вязкость выражают в пуазах (1 П = 0,1 Па×с).

Кинематической вязкостью называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости к ее плотности при той же температуре:

n = η / r

Единицей кинематической вязкости является м²/с - кинематическая вязкость такой жидкости, динамическая вязкость которой равна 1 Н с/м² и плотность 1 кг/м³ (Н = кг м/с²). Также выражается в стоксах (1 Ст = 10^-4 м²/с).

Для высоковязких НП пользуются условной вязкостью, за которую принимается отношение времени истечения через калиброванное отверстие стандартного вискозиметра 200 мл нефтепродукта при определенной температуре ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 °С. Условная вязкость выражается числом условных градусов.

Для углеводородов вязкость существенно зависит от их химического состава. Она повышается с увеличением молекулярной массы и температуры кипения. Наличие боковых разветвлений в молекулах алканов и нафтеновой и увеличение числа циклов также повышают вязкость. Для различных групп углеводородов вязкость растет в ряду алканы - арены - цикланы.

Для определения вязкости используют специальные, стандартные приборы - вискозиметры, различающиеся по принципу действия.

Кинематическая вязкость определяется для относительно маловязких, светлых нефтепродуктов и масел с помощью капиллярных вискозиметров, действие которых основано на текучести жидкости через капилляр по ГОСТ 33 - 2000 (вискозиметр типа ВПЖ, Пинкевича и др.). Для вязких нефтепродуктов измеряется условная вязкость в вискозиметрах типа ВУ, Энглера и др. Истечение жидкости в этих вискозиметрах происходит через калиброванное отверстие по ГОСТ 6258 - 85.

Вязкость определяют при строго постоянной температуре, поскольку с ее изменением вязкость существенно меняется.

Зависимость вязкости от температуры имеет важное значение особенно для смазочных масел с точки зрения обеспечения надежности смазки трущихся деталей в широком интервале температур эксплуатации машин и механизмов. Для оценки этой зависимости предложены различные показатели: индекс вязкости (ИВ) и отношение вязкостей масел (n₅₀/n₁₀₀). Чем меньше меняется вязкость масла с изменением температуры, тем выше его ИВ. ИВ зависит от химического состава масла и структуры углеводородов. Наибольшим значением ИВ обладают парафиновые углеводороды, наименьшим – полициклические ароматические с короткими боковыми цепями. ИВ определяют по номограммам или расчетным путем по ГОСТу.

Вязкость жидких и газообразных НП также зависит от внешнего давления. С повышением давления вязкость увеличивается. Вязкость высоковязких НП с увеличением давления повышается больше, чем вязкость маловязких. Чем выше температура, тем меньше изменяется вязкость с повышением давления.

При компаундировании масел часто приходится определять вязкость смесей. Приближенно ее можно рассчитать по формуле:

,

где n_см – вязкость смеси, мм²/с; n₁, n₂ – вязкости компонентов, мм²/с; m, n – количества взятых компонентов, кг.

Вязкость смесей можно определить и по номограммам.

Вязкость УВ газов и нефтяных паров с повышением температуры возрастает. Она мало зависит от давлений в области 5-6 МПа. При более высоких давлениях она растет.