粘度和粘度指数

一旦计算出粘度指数,它可以与特殊图表一起使用,以计算产品粘度随温度的变化。

0
287

在本专栏中,我们将讨论粘度和粘度指数。

粘度和粘度指数不仅适用于淬火介质,还适用于机械加工、润滑和摩擦学的许多其他领域。粘度是流体在给定温度下流动阻力的度量。如果温度以英制单位测量,则粘度单位为赛波特通用秒(SUS)。如果使用公制测量粘度,则粘度以厘斯托克或cSt报告。通常,100°F和210°F用于英制单位的运动粘度测量,40°C和100°C用于公制粘度测量。

粘度有两种类型——动态粘度和运动粘度。动态粘度,或绝对粘度,是流体运动内阻的量度。(公制)单位为g/(cm-s)或厘泊。运动粘度是动态粘度与密度的比率:

哪里μ是动态粘度,ρ是流体的密度,ν是运动粘度。

粘度根据ASTM D 445【1】进行测量。在粘度测试中,将液体置于专门设计的玻璃器皿管(图1)中,并允许其在所需温度下平衡。样品达到一定温度后,通过吸力将其拉至测量段。通过特定体积排水所需的时间是粘度。这一时间取决于使用的管子(毛细管尺寸)和温度。测量过程中的温度必须非常精确地控制,通常控制在±0.1°C以下。即使温度的微小差异,例如100°F(37.8°C)和40°C(104°F)之间的差异,通常也会导致粘度差异10%。

在油淬火介质中,粘度的变化可能表明氧化,或存在较轻或较重流体的污染。闪点确认试验或其他试验可确认氧化或污染。粘度用于确定聚合物淬火剂的浓度。粘度在确定泵或热交换器的尺寸时也很重要。例如,流体的粘度在确定泵的尺寸时很重要,以了解泵移动流体所需的工作强度。移动薄流体(低粘度)比移动厚流体(高粘度)容易得多。

表1:加速淬火油的粘度和粘度指数(VI)示例。L和H来自ASTM D2270表1。

粘度指数

液体的粘度随温度而变化。随着温度升高,粘度降低,液体变稀。粘度决定机械中的油膜厚度和油膜强度,并推断润滑能力。它还确定淬火剂在淬火过程中湿润零件的程度。

在润滑情况下,粘度过高可能导致机油流量不足。就汽车发动机而言,这可能意味着缺油和干启动。精密公差发动机(飞机和高性能汽车)要求机油在发动机启动前循环,以防止过度磨损。如果粘度过低,则会出现膜厚度不足,导致更大的机械磨损和摩擦[2]。

粘度随温度的变化由粘度指数(VI)确定。ASTM D2770【3】描述了该方法。在该方法中,在40°C和100°C下测量流体的粘度。将其与两种参考油进行比较-宾夕法尼亚原油(石蜡)被确定为温度低变化的参考油。它的粘度指数为100。德克萨斯湾原油是环烷烃,温度对粘度影响很大,其粘度指数为0。

粘度指数由方程式【4】计算得出:

式中,L是VI=0的油在40°C时的粘度;H是40°C时的粘度,VI=100;U是40°C下测试油的粘度。ASTM D2270【3】中提供了油比粘度的L和H值。L和H的这些值仅对40°C下粘度小于70 cSt的机油有效。对于粘度大于70 cSt的机油,L和H的计算公式为[3]:

式中,Y是100°C下流体的粘度。

例如,使用典型淬火油的粘度(图1)和ASTM D2270的表格,可以计算粘度指数。

图1:用于运动粘度测试的典型管(提供:Cannon Instruments,State College,Pennsylvania)。

一旦获得粘度指数(VI),可以在很宽的温度范围内确定流体的粘度。这是使用ASTM D341【5】完成的。使用特殊图表,在40°C和100°C下绘制流体粘度。在两点之间绘制一条直线。然后可以直接读取所需温度下的粘度。虽然这很简单,但图表有点难以阅读。然而,有许多在线计算器可以更快、更准确地完成这项工作。图2显示了表1中机油在不同温度下的计算粘度结果。

图2:根据ASTM D341测定的加速油粘度随温度的变化。

这非常有用。例如,如果我有一种稠的马氏体润滑油,并且是在隆冬时交付的,我想确保我的泵能够泵出产品。通过计算所需温度下的粘度,可以确定我的泵是否能够处理增加的粘度。

再次以急冷油为例,粘度用于确定热交换器尺寸所用的传热系数。利用这些图表,可以很容易地确定粘度,并可以选择适当尺寸的热交换器。

结论

在这篇短文中,我们简要介绍了粘度及其测量。我们举例说明了粘度指数(VI)及其计算方法。最后,我们展示了如何使用粘度指数和图表来计算产品粘度随温度的变化。给出了几个应用实例。

如果您对本专栏有任何疑问,或对未来专栏有任何建议,请联系编辑或我本人。 

工具书类

  1. ASTM,“透明和不透明液体运动粘度的标准试验方法(以及动态粘度的计算)”,ASTM,2018年。
  2. J、 惠誉,“选择润滑剂时不要忽视粘度指数”,机械润滑,2012年6月号。
  3. ASTM国际,“根据40℃时的运动粘度计算粘度指数的标准实施规程 °C和100 °C”,美国材料试验学会国际分会,宾夕法尼亚州康肖霍肯,2016年。
  4. J、 C.Cragg和E.A.Evans,“粘度测量和粘度指数”,J.Inst.Petroleum,第29卷,第4期,第99-109页,1943年。
  5. ASTM国际,“ASTM D341-03液体石油产品粘度-温度图的标准试验方法”,ASTM国际,宾夕法尼亚州康舍霍肯,2003年。