Вязкость (или внутреннее трение) нефти и нефтепродуктов

Вязкость (или внутреннее трение) нефти и нефтепродуктов зависит от химического и фракционного состава. Различают динамическую (ή) и кинематическую (n) вязкость (из физики n = ή /r).

Динамическая вязкость (ή) или внутреннее трение – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Это свойство проявляется при движении жидкостей. Единица измерения - н•с/м².

Динамическую вязкость иногда характеризуют как сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух слоев.

Кинематическая вязкость (n) – величина, равная отношению динамической вязкости (ή) к ее плотности (r ) при той же температуре, т.е. n = ή /r

Кинематическая вязкость нефтей различных месторождений изменяется в широких пределах (от 2 до 300 сст – сантистокс при 20⁰С). Однако средняя вязкость большинства нефтей составляет величину от 40 до 60 сст.

Кинематическая вязкость является важнейшей характеристикой нефтяных смазочных масел, поскольку именно от величины вязкости зависит способность смазочного масла обеспечивать необходимый гидродинамический режим смазки. Неслучайно для смазочных масел, предназначенных для определенного вида машин и механизмов, величина вязкости ( g₅₀ и g₁₀₀) является главной нормирующей составляющей.

Определение кинематической вязкости проводят в стеклянных вискозиметрах, снабженных калиброванными капиллярами.

Для ряда нефтепродуктом нормированным параметром является так называемая условная вязкость, определяемая в металлических вискозиметрах.

Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра 200 мл нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20⁰С. Условная вязкость – величина относительная, безразмерная и выражается в условных градусах (⁰ВУ).

Между величинами условной и кинематической вязкостью выведена эмпирическая зависимость:

для ή от 1 до 120 сст n_t = (7.24 ВУ_t – 6.25/ВУ _t) или n_t = (7.31 ВУ_t – 6.31/ВУ _t)

для ή > 120 сст n_t= 7.4 ВУ_t.

Для нефтяных фракций по мере увеличения их молекулярного веса и температуры кипения вязкость значительно возрастает. Так, например, вязкость бензинов при 20⁰С приблизительно равна 0.6 сст, а вязкость остаточных масел 300-400 сст.

Следует помнить, что вязкость масел не обладает свойством аддитивности. Поэтому вязкость смеси масел нельзя определить расчетным путем как средневзвешенную величину. Для определения вязкости смесей пользуются специальными номограммами. По этим номограммам (кривым) можно установить в каких соотношениях следует смешать компоненты для получения масел с заданной вязкостью.

Значение вязкости сильно зависит от температуры. При низких температурах вязкость нефтепродуктов значительно повышается и наоборот. Поскольку многие масла и другие нефтепродукты эксплуатируются в широком диапазоне температур, то характер температурной кривой вязкости служит для них важной качественной характеристикой. Чем эта кривая (зависимость) более пологая, тем выше качество масла.

Зависимость вязкости от температуры описывается эмпирической формулой Вальтера:

lg [lg(n_t + 0.6)] = A – B lgT

где А и В - постоянные величины.

Для оценки вязкостно-температурных свойств нефтяных масел применяют следующие показатели:

1) отношение вязкости при 50⁰С к вязкости при 100⁰С ( g₅₀/g₁₀₀);

2) температурный коэффициент вязкости (ТКВ). Его определяют в диапазоне от 0 до 100⁰ С и от 20 до 100⁰ С по формулам:

ТКВ_0-100=(n₀ - n₁₀₀)/n₅₀ и ТКВ_20-100=1.25(n₂₀ - n₁₀₀)/ n₅₀

3) индекс вязкости – условный показатель, представляющий собой сравнительную характеристику испытуемого и эталонного масла. Обычно рассчитывается по специальным таблицам на основании значения кинематической вязкости при 50 и 100⁰ С. В частности, его определяют как отношение значений кинематической вязкости нефтепродукта при 50 и 100⁰ С, соответственно:

I = n₅₀/n₁₀₀