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2.3.1动力粘度与运动粘度流体流动时,由于流体与固体表面的附着力和流体内部分子间的作用,将不断产生剪切变形,而流体的粘滞性就是流体抵抗剪切变形的能力。粘度是流体粘滞性的度量,用以描述流动时的内摩擦。Newton最先提出粘性流体的流动模型,他认为流体的流动是许多极薄的流体层之间的相对滑动,如图2.3所示。在厚度为h的流体表面上有一块面积为A的平板,在F力的作用下以速度U运动。此时,由于粘性流体的内摩擦力将运动依次传递到各层流体。由于流体的粘滞性,在相互滑动的各层之间将产生剪应力即流体的内摩擦力,由它们将运动传递到各相邻的流体层,使流动较快的层减速,而流动较慢的层加速,形成按一定规律变化的流速分布。当A、B表面平行时,对大部分流体介质来说流速u可视为沿z向直线分布。图2.3牛顿流体流动模型图2.4粘度定义Newton提出了粘滞剪应力与剪应变率成正比的假设,称为牛顿粘性定律,即:其中,?为剪应力,即单位面积上的摩擦力,?=F/A;为剪应变率,即剪应变随时间的变化率。可知,剪应变率等于流动速度沿流体厚度方向的变化梯度。这样,牛顿粘性定律可写成:式中,比例常数?定义为流体的动力粘度。各种不同流体的动力粘度数值范围很宽。空气的动力粘度为0.02mPa·s,而水的粘度为1mPa·s。润滑油的粘度范围为2mPa·s~400mPa·s,熔化的沥青可达700mPa·s。12345在工程中,常常将流体的动力粘度?与其密度?的比值作为流体的粘度,这一粘度称为运动粘度,常用?表示。运动粘度的表达式为:通常润滑油的密度?=0.7g/cm3~1.2g/cm3,而矿物油密度的典型值为0.85g/cm3,因此运动粘度与动力粘度的近似换算式可采用(cP)=0.85?(cSt) (2.8) 2.3.2粘度与温度的关系粘度随温度的变化(常称为粘-温关系)是润滑剂的一个十分重要的特性。如表2.1所示,矿物油和合成油的粘度随温度的升高而降低,通常润滑油的粘度越高,其对温度的变化就越敏感。从分子学的观点来看,流体是由大量的处于无规则运动状态的分子所组成,流体的粘度是分子间的引力作用和动量的综合表现。分子间的引力随着分子间的距离会发生明显改变,而分子的动量取决于运动速度。当温度升高时,流体分子运动的平均速度增大,而分子间的距离也增加。这样就使得分子的动量增加,而分子间的作用力减小。因此,液体的粘度随温度的升高而急剧下降,从而严重影响它们的润滑作用。大多数润滑油的粘度随温度会剧烈下降,它们之间的变化规律的次切线具有多项式形式。粘度与温度的关系式可以写成如下几种形式:上述式中,?0为温度为T0时的粘度;?为温度为T时的粘度;?为温粘系数,可近似取作0.031/?C;m=1,2,…;?表示“无限粘度”温度,对于标准矿物油,可取95;?、s、b均为常数。这些粘温方程中,Reynolds粘温方程在数值计算中使用起来较方便,而Vogel粘温方程描述粘温关系更为准确。01粘-温关系也可以用ASTM(美国材料试验协会)定义的粘度指数来表示,常用于绘制粘-温线图。其关系式为02式中,?为运动粘度,a、b、c和d均为常数,T为绝对温度。03当?的单位为mm2/s时,a=0.6~0.75,b=1,d=10,在ASTM坐标纸上,采用双对数的纵坐标和单对数的横坐标,上式为一直线,如图2.5所示。其方程为其优点是只需测定两个温度下的粘度值以决定待定常数A和B,然后根据直线即可确定其它温度下的粘度。ASTM线图示意图对于通常的矿物油,采用ASTM线图十分有效,还可将直线的倾角用作评定润滑油粘-温特性的指标。用粘度指数(VI值)来表示各种润滑油粘度随温度的变化程度,是一种应用普遍的经验方法。它的表达式为先测量出待测油在210?F(?85?C)时的运动粘度值,然后据此选出在210?F具有同样粘度且粘度指数分别为0和100的标准油。式中,L和H是这两种标准油在100?F(?38?C)时的运动粘度。U是该待测油在100?F时的运动粘度。然后用式(2.15)计算得到该润滑油的粘度指数值。在表2.4中给出了几种润滑油的粘度指数。粘温指数高的润滑油表示它的粘度随温度的变化小,因而粘温性能好。2.3.3粘度与压力的关系当液体或气体所受的压力增加时,分子之间的距离减小而分子间的引力增大,因而粘度增加。通常,当矿物油所受压力超过0.02GPa时,粘度随压力的变化就十分显著。随着压力的增加粘度的变化率也增加,当压力增到几个GPa时,粘度升高几个量级。当压力更高时,矿物油丧失液体性质而变成蜡状固体
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