1.4 Определение вязкости

Вязкость жидкостей проявляется при перемещении в потоке разных её слоёв друг относительно друга с различной скоростью [4].

Вязкость является одной из важнейших характеристик нефтей и нефтепродуктов. Она характеризуется прокачиваемость нефти при транспортировке её по трубопроводам, прокачиваемость топлив в двигателях внутреннего сгорания, поведение смазочных масел в механизмах [1].

Чтобы оценить эффективность подогрева нефти для перекачки, вязкость её определяют при температурах 20 и 50 ^оС. Вязкость нефти тем больше, чем выше её относительная плотность и меньше содержание в ней светлых нефтепродуктов (особенно бензина). Однако при равных этих показателях вязкость нефтей с изменением температуры может изменяться по-разному в зависимости от их группового химического состава.

Основной закон вязкостного течения установлен Ньютоном:

,

где F - тангенсальная сила, вызывающая сдвиг слоёв друг относительно друга, Н;

S - площадь слоя, м²;

dv/dx - градиент скорости, с^-1.

Коэффициент пропорциональности называется динамической вязкостью.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. Кинематическая вязкость нефтей различных месторождений изменяется в довольно широких пределах (0,02-5,0)10^-4 м²/с при 20 ^оС [3].

Динамическая вязкость измеряется в пуазах. Кинематическая вязкость численно равна отношению кинематической вязкости нефтепродукта к его плотности и измеряется в стоксах.

Для сравнительной оценки высоковязких нефтепродуктов и подобных им жидкостей пользуются также условной вязкостью, под которой понимается отношение времени истечения из стандартного вискозиметра (ГОСТ 1532-54) определённого объёма испытуемой жидкости ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20 ^оС [5].

Вязкость при данной температуре определяется по формуле:

,

где - время истечения нефтепродукта при данной температуре; - водное число вискозиметра.

Для взаимного пересчёта различных единиц вязкости пользуются формулами, таблицами и программами.

Все вискозиметры по принципу действия делятся на следующие группы [5]:

1) Капиллярные вискозиметры, основанные на определении текучести жидкости через капилляры. Из этой серии наибольшее применение получили вискозиметры Оствальда-Пинкевича и Фогеля-Освага;

Рис. 9. Стеклянный капиллярный вискозиметр: 1 -- измерительный резервуар; 2 -- капилляр; 3 -- приёмный сосуд; M₁ и М₂ -- метки, служащие для измерения времени истечения жидкости из измерительный резервуара.

2) Приборы для определения вязкости по скорости падения тела или по затуханию колебаний твёрдого тела в испытуемой жидкости (вискозиметры Гуревича, Гепплера).

Рис. 10. Разрез вискозиметра Гепплера: 1 - установочные винты; 2 -ватерпас; 3 - запорная гайка; 4 - измерительная трубка; 5 - запорная пробка; 6 - термостатирующая рубашка; 7 - термометр; 8 - фиксатор.

3) Ротационные вискозиметры Метод определения вязкости приборами данного типа состоит в измерении крутящего момента при круговом сдвиговом течении материала с постоянной скоростью в тонком кольцевом слое (в зазоре между коаксиально расположенными цилиндрами).

Рис. 11. Ротационный вискозиметр РВ-7 (с заданным крутящимся моментом): 1 -- внутренний вращающийся цилиндр; 2 -- внешний неподвижный цилиндр; 3 -- ось вращающейся системы; 4 -- термостат; 5 -- мешалка термостата; 6 -- термопары; 7 -- шкив; 8 -- тормоз; 9 -- нить; 10 -- блок; 11 -- груз, вращающийся шкив. Скорость вращения шкива определяют по скорости опускания груза.

4) Вискозиметр с вибрирующим зондом основан на изменении резонансной частоты колебаний в жидкости различной вязкости. Так как частота будет зависеть и от плотности измеряемой жидкости, некоторые модели позволяют определять эту плотность независимо от вязкости, тогда как другие используют заданное известное значение плотности [6].

Рис. 12. Вибрационный вискозиметр: 1 -- U-образный камертон; 2 -- постоянные магниты; 3 -- чувствительные электроэлементы; 4 -- пластины, определяющие уровень погружения чувствительных элементов в исследуемую жидкость; 5, 6 -- катушки соответственно управления и привода; 7 -- разделительный конденсатор; 8 -- коллекторная цепь транзистора; 9 -- сопротивление; 10 -- плата; 11 -- частотометр; 12 -- сосуд с исследуемой жидкостью.

5) Вискозиметр пузырькового типа основан на определении параметров движения пузырька газа, свободно всплывающего в вязкой среде.