Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

(II, 19)

Оно пригодно в интервале OTRe=10floRe:5; 200.

Однако эти уравнения имеют частное значение и не всегда достаточно обоснованы. Вязкость с помощью падающих шариков измеряют при Re <10, а, как правило, при Re < 0,2 - 0,5, когда применимо уравнение Стокса.

Были предложены многочисленные поправки для учета других условий применимости уравнения Стокса, которые на практике часто трудно выполнимы. Так, Ладенбург ввел поправку на влияние стенок сосуда, его формула для вычисления вязкости имеет вид

"<g~g/>g (11,20)

Если движзггся шарики эмульсии, необходимо учитывать свойства не только внешней, но и внутренней фазы. Рибчинский и Гадамар ввели поправку на влияние вязкости жидкости шарика эмульсии. Формула Стокса с их поправкой имеет такой вид:

где 71 - вязкость дисперсной среды (внешней фазы); 7f - вязкость капель эмульсии (внзгтренней фазы).

А. Н. Фрзгмкин и В. Г. Левич [16] нашли, что поправка Рибчинского и Гадамара недостаточна, так как не учитывает поляризации, возникающей на границе капли, и других электрохимических эффектов. Они вывели следзгю-щую формулу скорости движения капли эмульсии в жидкой дисперсионной среде под влиянием силы тяжести:

2 М,-Н.Н

где в - величина заряда капелек эмульсий; х - электропроводность раствора; Л = 1 -f- --- , где W- величина, зависящая от природы электрохимического

£9CW

процесса.

Формула Стокса позволяет не только вычислить вязкость из скорости движения и размера шариков, но и найти последнюю из скорости и вязкости. На этом основан седиментационный анализ размеров частиц суспензий и коллоидов [15].

М. М. Кусаков и А. Н. Кислинский показали, что при высокой вязкости формулой Стокса с достаточной для практики точностью можно пользоваться

ление жидкости. Такая поправка предложена Озееном. Он вывел уравнение имеющее вид:

Р=щп) + Re) • (II, 18)

Уравнение Озеена при малых скоростях незначительно отличается от уравнения Стокса. Так, до Re < 1 разница не превышает 1%. С увеличением скорости роль поправки возрастает. Уравнение (II, 18) применимо с достаточным приближением до Re = 10. Существуют формулы и для более высоких скоростей движения, например, соотношение Аллена:

при измерении падения шариков в среде с переменной вязкостью [29]. Это заключение нашло применение для измерения вязкости при низких температурах (см. главу III).

§ 7. Единицы измерения и способы выражения вязкости

Коэфициент вязкости или динамическая вязкость в физико-химической литературе обозначается принятой в этой книге буквой т], в гидродинамической литературе - буквой /*.

Размерность динамической вязкости легко вывести из уравнения Нью-

тона:

MLT-

Если принять плошадь внутреннего трения жидкости S и градиент скорости равными единице, то из уравнения Ньютона имеем

Единица вязкости в системе CGS равна силе, способной поддерживать между двумя параллельными плоскостями, имеющими площадь 1 см и находящимися друг от друга на расстоянии 1 см, градиент скорости, равный

1 сек.*"*. Она называется пуазом. 1 пуаз = 1 г/см сек.

Вязкость, равная 1 пуазу, - довольно большая величина, поэтому часто пользуются сотой частью пуаза-сантипуазом (вязкость воды при 20® очень близка к 1 сантипуазу). Динамическую вязкость газов обычно выражают в тысячных долях пуаза, т. е. в миллипуазах.

Иногда в технической литературе вместо пуаза пользуются единицей динамической вязкости в системе MTS, названной мириапуазом (обозначение Мп). 1 мириапуаз - 1 т/м сек = \ стен сек/м = 10000 пуаз.

В отдельных редких случаях выражают динамическую вязкость в системе MKS (табл. 2).

Таблица 2

Соотношения между единицами динамической н кинематической вязкости в различных местах механических единиц

Вязкость

Система

единиц

Название основной единицы

Распространенное обозначение основной единицы

Размерность основной единицы в системе CGS

Соотнощение между основной единицей в системе CGS и систем€ис

Динамическая »

»

Кинематиче-

СКЭЯ • • •

То же

CGS MTS MKS

Пуаз

Мириапуаз

Стоке

Мириастокс »

cm Мст

»

г/см сек т/м сек кГ сек/м

см/сек мУсек м/сек

1 : 10000

1 : 10000

1 : 98,01

1 : 10000

В выражение для числа Рейнольдса входят две величины, связанные с природой жидкости; вязкость и плотность. Первая характеризует внутреннее трение, вторая - массу единицы объема. Их отношение носит название кинематической вязкости и обозначается буквой v:

§ 7. Единицы измерения и способы выражения вязкости 69

Эта величина получила широкое распространение в нефтяной вискозиметрии. Помимо своего теоретического значения она удобна благодаря простым формулам, связывающим ее с техническими единицами вязкости.

Размерность динамической вязкости ML~T~, размерность плотности

MLf следовательно, размерность кинематической вязкости LT""*- Единица кинематической вязкости в системе CGS носит название стоке. 1 стоке равен 1 см/сек. Чаще пользуются сотой долей стокса - сантистоксом.

Обычно температура, при которой определялась вязкость, обозначается в виде подстрочного индекса t/ и v, например, rjQ = 0,01 пуаза.

Стандартных обозначений для пуаза и стокса нет. Нередко сокращенно пишут: пуаз - п, сантипуаз - сл, стоке-cm, сантистоск - ест.

Часто в технике вязкость условно оценивается временем протекания определенного объема жидкости через трубу в стандартных условиях или количеством жидкости, протекающей за определенное время в этих же условиях. Из формулы Пуазейля следует, что вязкость прямо пропорциональна первой величине и обратно пропорциональна второй. Для таких измерений разработаны многочисленные приборы. Из них в нефтяной практике находят применение вискозиметры Энглера, Сейболта (в двух модификациях: универсал и фурол), Редвуда (в двух модификациях: торговый и адмиралтейский) и Барбье. Все эти приборы выражают вязкость в условных единицах, носящих название градусов (для вискозиметров Энглера и Барбье) или секунд (для вискозиметров Сейболта и Рудвуда).

Условные единицы неудобны, и применение их нецелесообразно, так как отрывает технические измерения от научно-обоснованных. Вязкость, выраженная в технических единицах, не является физической характеристикой жидкости. К тому же приборы, с помощью которых они определяются, не всегда удовлетворяют требованиям точной вискозиметрии и не позволяют охватывать достаточно широкий диапазон вязкостей. В Советском Союзе технические методы вискозиметрии нефтепродуктов и соответственно условные технические единицы почти полностью вытеснены единицами кинематической или динамической вязкости. Однако условные единицы пока еще сохраняются для отдельных видов нефтепродуктов. В Западной Европе и США устаревшие технические единицы широко распространены и часто встречаются в зарубежной литературе.

Связь между динамической вязкостью, плотностью и градусами Энглера выражается формулой

ti 0.07319--5) (П,23)

где °Е - градусы Энглера.

Формулы для перевода условных единиц вязкости в единицы кинематической вязкости сведены в табл. 3. В ГОСТ 33-46 [31] приведены таблицы для перевода кинематической вязкости в условную вязкость по Энглеру и обратно.

На основе уравнений Пуазейля, Стокса и формулы (И, 14) вязкость может быть вычислена по скорости течения и размерам прибора. Таким путем измеряют абсолютную вязкость. Однако точные измерения размеров вискозиметра довольно сложны, поэтому обычно сравнивают скорость течения (например, времени протекания через капилляр) исследуемой жидкости и жидкости, вязкость которой известна. При течении через капилляр вычисление производят с помощью формулы (II, б). Отношение одной вязкости к другой дает относительную вязкость:

VOTH

где - относительная вязкость; tj - вязкость исследуемой жидкости; - вязкость известной жидкости.