Đặc tính nhớt của chất lỏng

Đặc tính nhớt của chất lỏng luôn phải tính đến trong quá trình tính toán và thiết kế hệ truyền dẫn thủy lực. Ta có thể nhìn thấy nhanh điều này khi chọn chất lỏng làm việc cho hệ, khi tính toán đường ống dẫn, chọn máy bơm, chọn thiết bị lọc, tính toán hao phí,.... Ở bài trước mình đã giới thiệu chung chung các tính chất vật lý của chất lỏng. Trong bài này mình sẽ trình bày cụ thể vào đặc tính nhớt của chất lỏng.

Tính nhớt là tính chất của chất lỏng chống lại sự trượt hay dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng.  Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do xuất hiện nội ma sát giữa các lớp chất lỏng chuyển động tương đối với nhau.

Kết quả nghiên cứu chuyển động ổn định của dòng chất lỏng dọc theo một bề mặt phẳng: vận tốc dòng chất lỏng tại điểm xét giảm tỷ lệ với khoảng cách tại đó tới bề mặt phẳng. Tức là vận tốc v=0 khi y=0. Khi đó giữa các lớp chất lỏng xuất hiện ứng suất tiếp tuyến.

Theo giả thuyết của Niuton thì ứng suất tiếp tuyến giữa các lớp chất lỏng tỷ lệ thuận với gradien vận tốc và phụ thuộc vào loại chất lỏng.

Ở đó: µ - là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào loại chất lỏng, µ được gọi là độ nhớt động lực học của chất lỏng. Đơn vị [µ]=N.s/m². Ngoài ra độ nhớt động lực còn tính theo các đơn vị: kg/ms, P (poazo), cP (centipoazo). Chúng ta có mối quan hệ sau.

1 Ns/m²=1 kg/ms =10P =1000 cP

Trong công thức trên thành phần dv/dy – đặc trưng cho mức độ dịch chuyển. Như vậy chỉ khi chất lỏng chuyển động mới xuất hiện ứng suất tiếp tuyến. Khi chất lỏng đứng yên coi ứng suất tiếp tuyến bằng 0.

Trong kỹ thuật còn sử dụng khái niệm độ nhớt động học, kí hiệu ν.

ν = µ/ρ          [ν]=m²/s

1 m²/s= 1 St ( Stốc) =100 cSt ( centiStốc)

Ngoài các đơn vị chuẩn trên ở một số nước còn có đơn vị đo độ nhớt riêng: Nga dùng độ Engle (⁰E), Anh dùng giây Redut (“R), Pháp dùng độ Bacbe (⁰B), Mỹ dùng giây Sebon (“S). Giữa các đơn vị này có công thức chuyển đổi.

Cần lưu ý rằng khi so sánh độ nhớt của 2 chất lỏng phải dùng cùng một đơn vị độ nhớt ở cùng điều kiện đo.

Sự phụ thuộc độ nhớt vào nhiệt độ và áp suất.

Nhiệt độ càng tăng thì độ nhớt của chất lỏng càng giảm. (Đối với chất khí lại ngược lại, nhiệt độ càng tăng độ nhớt chất khí càng tăng.)

Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ nhớt có thể đánh giá theo công thức sau:

Ở đó: µ và µ₀ – độ nhớt ứng với nhiệt độ T và T₀, β – hệ số tỷ lệ.

Sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc như hình dưới:

Ảnh hưởng của áp suất đến độ nhớt không đáng kể. Nếu p<20 MPa thì không cần xét tới sự thay đổi độ nhớt khi áp suất thay đổi. Sự thay đổi này được mô tả bằng phương trình:

ν _p= ν (1+kp)

ν – độ nhớt ứng với áp suất khí quyển

k – hệ số phụ thuộc loại dầu: k=0,002÷0,003

p – áp suất (at)