Вязкость характеризует способность газов или жидкостей создавать сопротивление между движущимися по отношению друг к другу слоями текучих (не твердых) тел. То есть эта величина соответствует силе внутреннего трения (английский термин: viscosity), возникающей при движении газа или жидкости. Для разных тел она будет различной, так как зависит от их природы. Например, вода имеет низкую вязкость по сравнению с медом, вязкость которого намного выше. Внутреннее трение или текучесть твердых (сыпучих) веществ характеризуется

Слово вязкость происходит от латинского слова Viscum, что в переводе означает омела. Это связано с птичьим клеем, который делали из ягод омелы и использовали для ловли птиц. Клеящим веществом намазывали ветки деревьев, а птицы, садясь на них, становились легкой добычей для человека.

Что же такое вязкость? Единицы измерения данной характеристики будут приведены, как это принято, в а также в других внесистемных единицах.

Исак Ньютон в 1687 году установил основной закон течения жидких и газообразных тел: F = ƞ . {(v2 - v1) / (z2 - z1)} . S. В данном случае F — это сила (тангенциальная), которая вызывает сдвиг слоев подвижного тела. Отношение (v2 - v1) / (z2 - z1) показывает быстроту изменения скорости течения жидкости или газа при переходе от одного подвижного слоя к другому. Иначе называется градиентом скорости течения или скоростью сдвига. Величина S — это площадь (в поперечном сечении) потока подвижного тела. Коэффициент пропорциональности ƞ и есть динамической данного тела. Величина, ей обратная j = 1 / ƞ, является текучестью. Силу, действующую на единицу площади (в поперечном сечении) потока, можно рассчитать по формуле: µ = F / S. Это и есть абсолютная или динамическая вязкость. Единицы измерения ее в системе СИ выражаются как паскаль на секунду.

Вязкость является важнейшей физико-химической характеристикой многих веществ. Значение ее учитывают при проектировании и эксплуатации трубопроводов и аппаратов, в которых происходит движение (например, если они служат для перекачивания) жидкой или газообразной среды. Это могут быть нефть, газ или продукты их переработки, расплавленные шлаки либо стекло и прочее. Вязкость во многих случаях является качественной характеристикой полупродуктов и готовых продуктов различных производств, так как она напрямую зависит от структуры вещества и показывает физико-химическое состояния материала и изменения, происходящие в технологии. Часто для оценки величины сопротивления деформации или истечения используют не динамическую, а кинематическую вязкость, единицы измерения которой в системе СИ выражаются в квадратных метрах за секунду. Кинематическая вязкость (обозначается ν) есть отношение вязкости динамической (µ) к плотности среды (ρ): v = µ / ρ.

Кинематическая вязкость — это физико-химическая характеристика материала, показывающая его способность под действием сил гравитации сопротивляться течению.

В системе СИ единицы измерения кинематической вязкости записывают как м 2 /с.

В системе СГС вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).

Между этими единицами измерения существует следующая связь: 1 Ст = 10 -4 м 2 /с, тогда 1 сСт = 10 -2 Ст = 10 -6 м 2 /с = 1 мм 2 /с. Часто для кинематической вязкости пользуются другой внесистемной единицей измерения — это градусы Энглера, перевод которых в Стоксы можно осуществлять по эмпирической формуле: v = 0,073oE - 0,063 / oE или по таблице.

Для пересчета системных единиц измерения динамической вязкости во внесистемные можно использовать равенство: 1 Па. с = 10 пуаз. Краткое обозначение записывается: П.

Обычно единицы измерения вязкости жидкости регламентируются нормативной документацией на готовый (товарный) продукт или на полупродукт вместе с допустимым диапазоном изменения этой качественной характеристики, а также с погрешностью ее измерения.

Для определения вязкости в лабораторных или производственных условиях пользуются вискозиметрами различной конструкции. Они могут быть ротационные, с шариком, капиллярные, ультразвуковые. Принцип измерения вязкости в стеклянном капиллярном вискозиметре основан на определении времени истечения жидкости через калиброванный капилляр определенного диаметра и длины, при этом должна быть учтена постоянная вискозиметра. Так как вязкость материала зависит от температуры (с повышением ее она будет уменьшаться, что объясняется молекулярно-кинетической теорией как результат ускорения хаотического движения и взаимодействия молекул), поэтому испытуемая проба должна быть выдержана некоторое время при определенной температуре для усреднения последней по всему объему пробы. Существует несколько стандартизованных методов испытания вязкости, но наиболее распространенный — это межгосударственный стандарт ГОСТ 33-2000, на основании которого определяется кинематическая вязкость, единицы измерения в данном случае мм 2 /с (сСт), а динамическая вязкость пересчитывается, как произведение вязкости кинематической на плотность.

Классы моторного масла

• зимнее «W»
• летнее
• всесезонное

Проворачиваемость

Прокачиваемость

Кинематическая вязкость

Динамическая вязкость HTHS

Вас заинтересуют

Ваш вопрос успешно отправлен. Спасибо!

Закрыть

Спецификация моторных масел по SAE (по показателю вязкости)

SAE (Society of Automotive Engineers – Общество Автомобильных инженеров). Спецификация SAE J300 является международным стандартом классификации моторных масел.

Вязкость масла – важнейшая характеристика моторного масла, определяющая способность масла обеспечивать стабильную работу двигателя, как в морозы (холодный пуск), так и в жаркую погоду (при максимальной нагрузке).

Температурные показатели моторного масла в своей основе содержат два главных значения: кинематическая вязкость (легкость текучести масла при заданной температуре под воздействием силы тяжести) и динамическая вязкость (показывает зависимость изменения вязкости масла от скорости перемещения смазываемых деталей относительно друг друга). Чем выше скорость, тем ниже вязкость, чем ниже скорость, тем выше вязкость.

Классы моторного масла

• зимнее «W» – Winter-Зима (SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W). Данные моторные масла характеризуются малой вязкостью, обеспечивают безопасный холодный пуск при температурах ниже ноля, но, не обеспечивают достаточно хорошее смазывание деталей летом.
• летнее (SAE 20, 30, 40, 50, 60). Масла данного класса отличаются высокой вязкостью.
• всесезонное (SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-20, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60). Сочетает в себе одновременно характеристики летнего и зимнего моторного масла.

Свойства вязкости при заданных низких температурах

Проворачиваемость определяют при помощи имитатора холодного пуска двигателя (холодная прокрутка от стартера) CCS (Cold Cranking Simulator). Показатель динамической вязкости масла и температуры, при которых масло обладает достаточной текучестью, способной обеспечить безопасный пуск двигателя.

Прокачиваемость определяют, ссылаясь на показания мини-ротационного вискозиметра MRV(Mini-Rotary Viscometer) – на 5Со ниже. Способность прокачиваемости масла насосом в двигателе по системе смазки, исключающая возможность сухого трения деталей.

Свойства вязкости при заданных высоких температурах

Кинематическая вязкость при температуре 100 градусов Цельсия. Показывает минимальные и максимальные значения вязкости моторного масла при условии прогретого двигателя.

Динамическая вязкость HTHS (High Temperature High Shear) при 150 градусах Цельсия, и скорости сдвига 106 с-1. Определяет свойства моторного масла по энергосбережению. Показатель стабильности характеристик вязкости при экстремальных температурах.

При выборе моторного масла для зимней эксплуатации следует обращать внимание на следующие технические характеристики, которые производители смазочных материалов обычно указывают в технических описаниях.

1. Температура замерзания (потери текучести) или Pour Point. Измеряется по ГОСТ 20287 или DIN ISO 3016 или ASTM D97. Этот параметр не имеет особого физического смысла для эксплуатации двигателя. Он указывается в целях хранения масла и указывает на то, что масло можно перелить из одной ёмкости в другую. Тем более что существуют специальные присадки – депрессоры, которые понижают температуру замерзания у минеральных масел. Добавив большое количество депрессорных присадок в минеральное гидрокрекинговое базовое масло можно добиться температуры замерзания готового масла даже ниже минус 40 С.

2. Динамическая вязкость при низкой температуре измеряемая при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS (Cold Cranking Simulator) по методам DIN 51 377 или ASTM D 2602. Этот важный параметр показывает насколько двигателю будет трудно провернуть холодное масло в цилиндро-поршневой группе. Измеряется в мПа*с. Чем ниже этот параметр, тем лучше. Граничные значения вязкости для разных классов масел определяет международный стандарт SAE J300.

Стандарт SAE J300 последняя редакция

3. Динамическая вязкость при низкой температуре измеряемая на миниротационном визкозиметре MRV (Mini Rotary Viscometer) . Она измеряется при температуре на 5 С ниже, чем CCS и называется ещё «вязкостью прокачивания». Это показатель говорит о том, сможет ли загустевшее масло прокачать маслонасос двигателя и с какой скоростью холодное масло будет подано по маслоканалам к точкам смазки. Измеряется в мПа*с. Все три параметра – температура замерзания, динамическая вязкость CCS и динамическая вязкость MRV, чем меньше, тем лучше. Параметры CCS и MRV, участвуют в определения класса вязкости по SAE. Стандарт SAE определяет придельные значения вязкости при определённых температурах. Например масла вязкостью 5W-XX (20, 30, 40, 50) не должны иметь вязкость CCS при минус 30 С больше, чем 6600, а вязкость MRV не должна быть больше, чем 60000. Тогда это масло имеет право маркироваться, как 5W-XX.

В бытовых условиях можно так же оценить низкотемпературные свойства с помощью различных приспособлений. И если для многих регионов России морозы под 40 С это редкость, то для Якутии это будни. Вот пример таких испытаний от драйвовчанина Андрея Тоскина АКА Белководус.

Общепризнанный технический факт - масла, изготавливаемые на основе полиальфаолефинов (ПАО), имеют лучшие низкотемпературные свойства по сравнению с минеральными гидрокрекинговыми маслами. При этом масла на ПАО имеют явные преимущества и при летней эксплуатации: более низкая испаряемость - параметр NOACK в тех. описаниях, более высокая термостабильность, низкая окисляемость и коксуемость, лучший отвод тепла от смазываемых поверхностей.

Вода H 2 O представляет собой ньютоновскую жидкость и ее течение описывается законом вязкого трения Ньютона, в уравнении которого коэффициент пропорциональности называется коэффициентом вязкости, или просто вязкостью.

Вязкость воды зависит от температуры. Кинематическая вязкость воды равна 1,006·10 -6 м 2 /с при температуре 20°С.

В таблице представлены значения кинематической вязкости воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении (760 мм.рт.ст.). Значения вязкости даны в интервале температуры от 0 до 300°С. При температуре воды свыше 100°С, ее кинематическая вязкость указана в таблице на линии насыщения.

Кинематическая вязкость воды изменяет свою величину при нагревании и охлаждении. По данным таблицы видно, что с ростом температуры воды ее кинематическая вязкость уменьшается . Если сравнить вязкость воды при различных температурах, например при 0 и 300°С, то очевидно ее уменьшение примерно в 14 раз. То есть вода при нагревании становится менее вязкой, а высокая вязкость воды достигается если воду максимально охладить.

Значения коэффициента кинематической вязкости при различных температурах необходимы для вычисления величины числа Рейнольдса, которое соответствует определенному режиму течения жидкости или газа.

Если сравнить вязкость воды с вязкостью других ньютоновских жидкостей, например с , или с , то вода будет иметь меньшую вязкость. Менее вязкими, по сравнению с водой, являются органические жидкости – , бензол и сжиженные газы, например такие, как .

Динамическая вязкость воды в зависимости от температуры

Кинематическая и динамическая вязкость связаны между собой через значение плотности. Если кинематическую вязкость умножить на плотность, то получим величину коэффициента динамической вязкости (или просто динамическую вязкость).

Динамическая вязкость воды при температуре 20°С равна 1004·10 -6 Па·с. В таблице даны значения коэффициента динамической вязкости воды в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении (760 мм.рт.ст.). Вязкость в таблице указана при температуре от 0 до 300°С.

Динамическая вязкость при нагревании воды уменьшается , вода становится менее вязкой и при достижении

Вязкость - это одна из основных характеристик моторного масла, которая определяется по стандарту SAE J300 . Областью применения данного стандарта является определение предельных значений для классификации моторных смазочных масел только в реологических терминах. Другие характеристики масел не рассматриваются или не включены. Напомним, что реология - это раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества. Это говорит о том, что любые попытки только на основании вязкости моторного масла определить его состав, эксплуатационные характеристики или применимость для конкретных двигателей является шарлатанством и недопустимы .

Стандарт SAE J300 регламентирует два блока свойств моторных масел - низкотемпературные и высокотемпературные вязкостные характеристики моторных масел.

Для определения низкотемпературных вязкостных характеристик моторного масла используются два теста:

• ASTM D5293 - Cold Crank Simulator (CCS ) или имитация холодного пуска. Данный метод определяет максимальную динамическую вязкость моторного масла, при которой обеспечивается гарантированный запуск двигателя штатными системами запуска при низких температурах. Вязкость определяется при температурах от -10 0 С до -35 0 С.
• ASTM D4684 - Mini Rotary Viscometer (MRV ) или тест на прокачиваемость. Этот метод назван по имени прибора, на котором проводится тест - вискозиметр. В этом методе определяется максимальная динамическая вязкость моторного масла, гарантирующая поступление масла во все пары трения в момент запуска двигателя. То есть, данный тест призван определить насколько будет безопасным тот самый холодных запуск двигателя, возможность которого определяет предыдущий тест. Так как перед запуском все моторное масло находится внизу в картере двигателя, то крайне важно, чтобы при запуске двигателя масло было как можно быстрее доставлено ко всем парам трения, в том числе и тем, которые находятся на самом верху двигателя. Вязкость определяется при температурах -15 0 С до -40 0 С.

Обратите внимание на то, что температура, при которой проводится тест на прокачивание моторного масла одного класса вязкости всегда на 5 градусов ниже, чем температура, при которой проводится имитация холодного пуска. Кроме того, необходимо отметить, что когда мы видим значения температур, при которых проводятся эти тесты, то должны понимать, что имеются в виду НЕ температуры окружающего воздуха , а непосредственно температуры моторного масла . А для того, чтобы температура моторного масла внутри двигателя достигла -35 0 С необходимо, чтобы двигатель находился при температуре окружающего воздуха в -35 0 С более двух суток.

Также следует обратить внимание на тот факт, что в перечне определяемых параметров при классификации по стандарту SAE J300 нет таких параметров, как температура застывания и температура потери текучести . Данные параметры довольно часто являются предметом различных дискуссий при попытке подбора моторного масла, но давайте попробуем разобраться, какие свойства моторного масла могут характеризовать эти два параметра.

Температура застывания моторного масла . Итак, давайте представим себе ситуацию, когда рядом стоят стакан и ведро с одним и тем же моторным маслом. Температура окружающего воздуха начинает постепенно снижаться. Моторное масло в стакане замерзнет значительно раньше, чем моторное масло в ведре, на поверхности которого будет ледяная корка, а внутри масло будет еще жидким. В обоих случаях масло будет замерзать при одной и той же температуре моторного масла , но для того, чтобы его температура снизилась до этой отметки время, проведенное моторным маслом при данной температуре окружающего воздуха , будет разным. Кроме того, сама по себе температура застывания моторного масла в двигателе не может принести потребителю какой-либо практической пользы, так как ему интересно не то, когда он гарантированно НЕ СМОЖЕТ завести двигатель, а то, когда он способен это сделать. Именно поэтому в стандарте SAE J300 не определяется температура застывания моторного масла. Вместо этого проводится тест имитирующий холодный запуск двигателя.

Температура потери текучести . Про данный параметр можно сказать ровно то же, что и про температуру застывания моторного масла. При одной и той же температуре окружающего воздуха моторное масло в трубке диаметром 5-6 мм и 20-30 мм потеряет текучесть за разное количество времени. Ну и безусловно можно повторить, что потребителю гораздо интереснее пределы, до которых масло гарантированно достигнет верхних пар трения, чем температура, при которой масло точно не сможет быть туда доставлено. Что и определяет использование в стандарте SAE J300 теста на прокачиваемость, в котором не рассматривается такой показатель как температура потери текучести.

Теперь перейдем к высокотемпературным вязкостным характеристикам моторного масла. Для их определения в стандарте SAE J300 также имеется два теста:

• ASTM D445 - Кинематическая вязкость при 100 0 С. Метод определяет минимальную кинематическую вязкость моторного масла при температурах, близких к рабочим температурам двигателя. Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости к плотности среды. Измерение кинематической вязкости производится под действием силы тяжести в капиллярном вискозиметре. В процессе измеряется время вытекания из калиброванной емкости через отверстие определенного диаметра под действием силы тяжести.
• ASTM D5481 - H igh T emperature H igh S hare (HTHS ) или вязкость при высокой температуре (150 0 С) и высокой скорости сдвига (10 6 с -1 ). Метод определяет минимальное значение динамической вязкости, при котором моторное масло гарантированно обеспечивает наличие масляной пленки на поверхностях движущихся деталей двигателя. По сути, в данном испытании происходит имитация реальных условий работы моторного масла в таких местах двигателя, как соединения гильзы цилиндра - поршневые кольца. Указанная скорость сдвига, которая реализуется вискозиметром, используемым в данном тесте, соответствует приблизительно 8000-9000 оборотов двигателя. Данный тест призван подтвердить тот факт, что при высокой температуре и высокой скорости сдвига масляная пленка будет существовать, не будет масляного голодания и повышенного износа движущихся частей двигателя. Параметр HTHS является крайне важным для классификации моторных масел по категории PC-11 , причем для подкатегории API FA-4 он становится критически важным. Поскольку по данному параметру мы можем оценить баланс между защитой двигателя и максимальной топливной эффективностью.

Ориентируясь на результаты описанных выше тестов стандарт SAE J300 описывает несколько классов вязкости, для каждого из которых указаны предельные значения параметров, определяемых в испытаниях. Классы вязкости сведены в приведенную таблицу. В ней присутствуют зимние классы вязкости, которые имеют в своем названии букву W и в таблице выделены синим цветом. Также имеются летние классы вязкости, которые отмечены в таблице красным цветом.

Для каждого из зимних классов вязкости указана вязкость CCS в единицах системы Си - миллипаскалях в секунду (это соответствует сантипуазам - единицам, в которых измеряется динамическая вязкость в системе единиц СГС ) при соответствующей температуре моторного масла. Принадлежность моторного масла к одному из зимних классов вязкости свидетельствует, что двигатель использующий данное моторное масло сможет завестись при данной температуре моторного масла.

Вязкость для теста MRV указана одна для всех зимних классов вязкости, но температура проведения теста различается для каждого класса.

Кроме того, для того, чтобы соответствовать одному из зимних классов вязкости моторное масло должно обладать определенной минимальной кинематической вязкостью при 100 0 С, значения указаны в единицах системы СИ - миллиметры квадратные на секунду (это соответствует сантистоксам - единицам, в которых измеряется кинематическая вязкость в системе единиц СГС ).

Для летних классов вязкости указано значение динамической вязкости в параметре HTHS , но тут речь идет, в отличии от максимального значения для зимних классов вязкости, о минимальном значении. При значении параметра HTHS ниже порогового возможно возникновение масляного голодания и повышенного износа частей двигателя.