Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Все три формы вязкости — динамическая, кинематическая и условная — характеризуют одно и то же физическое свойство: внутреннее трение в жидкости. Различие — в способе нормирования и измерения. Динамическая вязкость измеряется в ротационных и вибрационных вискозиметрах; кинематическая — в капиллярных по времени истечения; условная — в калиброванных воронках типа ВЗ-246 по ГОСТ 9070-75. Для ньютоновских жидкостей все три величины связаны однозначными пересчётами.
Динамическая вязкость воды снижается примерно в 6 раз при нагреве от 0 до 100 °C. При 20 °C кинематическая вязкость воды близка к 1 сСт — это значение исторически использовалось как реперное при тарировке капиллярных вискозиметров. Кинематическая вязкость рассчитана как ν = η/ρ; небольшое расхождение между η и ν в одинаковых числовых значениях возникает из-за того, что плотность воды немного отличается от 1000 кг/м³.
Значения по химическому справочнику Волкова А. И. и Жарского И. М. для индивидуальных веществ при нормальном атмосферном давлении. Маловязкие органические жидкости (ацетон, гексан, метанол) имеют вязкость в 2-3 раза ниже воды; глицерин при той же температуре в полторы тысячи раз вязче воды — это объясняет его применение в качестве реперной жидкости для калибровки вискозиметров высокой вязкости.
Значения для дизельного топлива нормированы ГОСТ 305-2013 при 20 °C для марок Л (летнее), З (зимнее), А (арктическое). Кинематическая вязкость определяется по ГОСТ 33-2016 капиллярным методом. Для нефти диапазон очень широкий: лёгкие нефти могут иметь ν около 2 мм²/с, тяжёлые и высокопарафинистые — до сотен мм²/с при 20 °C. Бензин и керосин не имеют единой нормированной вязкости в технических условиях, поэтому даны характерные практические значения.
Глицерин — пример жидкости с резко выраженной температурной зависимостью вязкости. При нагреве от 20 до 120 °C динамическая вязкость снижается примерно в 200-280 раз. Это свойство используется в теплоносителях на основе глицериновых смесей и при выборе режимов перекачки. Значения вязкости при положительных температурах хорошо согласуются у разных авторов справочной литературы (Варгафтик Н. Б., Чечеткин А. В.). Плотность глицерина приведена для расчёта кинематической вязкости.
Условная вязкость в градусах ВУ — отношение времени истечения испытуемой жидкости и эталонной (дистиллированной воды при 20 °C) через калиброванный вискозиметр типа ВУ. Применяется в технологическом контроле тяжёлых нефтепродуктов и мазутов, где капиллярные методы затруднены. Эмпирические формулы дают приемлемую точность для ньютоновских жидкостей. Для лакокрасочных материалов вместо ВУ применяется условная вязкость по ВЗ-246 (ГОСТ 9070-75) в секундах истечения — она имеет иную единицу измерения и пересчитывается по индивидуальной градуировочной таблице к каждому соплу.
Справочная таблица вязкости жидкостей нужна инженерам гидравлических, тепловых и технологических систем для подбора насосов, расчёта потерь напора в трубопроводах, оценки режимов течения и выбора рабочих сред. Ниже сведены справочные значения динамической и кинематической вязкости воды, нефтепродуктов, спиртов, кислот, гликолей и глицерина при характерных температурах, а также формулы пересчёта между единицами. Все значения даны по действующим стандартам (ГОСТ 33-2016, ГОСТ 33768-2015) и проверенной справочной литературе.
Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению её слоёв. Физически это проявление внутреннего трения между молекулами или агрегатами молекул при сдвиговой деформации. В покое вязкость не проявляется — она работает только при наличии относительного движения слоёв (градиента скорости).
Формально для ньютоновской жидкости вязкость определяется законом Ньютона: касательное напряжение в потоке пропорционально градиенту скорости поперёк потока. Коэффициент пропорциональности — это и есть динамическая (абсолютная) вязкость. Для большинства технических жидкостей при умеренных скоростях сдвига закон Ньютона выполняется с хорошей точностью; такие жидкости и называются ньютоновскими.
К неньютоновским жидкостям относятся, например, тяжёлые нефти при низких температурах, битумы, полимерные расплавы, биологические среды. Для них вязкость зависит от скорости сдвига, и описание требует моделей сложнее (псевдопластические, дилатантные, бингамовские среды). Действующие стандарты на капиллярные методы (ГОСТ 33-2016, ГОСТ 33768-2015) предусмотрены прежде всего для ньютоновских жидкостей; для остаточных топлив со свойствами неньютоновских жидкостей в ГОСТ 33-2016 включены отдельные методики и показатели точности.
На практике используются две основные формы вязкости — динамическая и кинематическая. Это не разные физические величины, а одна и та же характеристика, выраженная разными способами.
Прямая характеристика внутреннего трения — отношение касательного напряжения к градиенту скорости сдвига. Единица СИ — паскаль-секунда (Па·с). Динамическая вязкость измеряется ротационными вискозиметрами (методом коаксиальных цилиндров, конус-плита и пр.), вибрационными вискозиметрами, вискозиметром Штабингера. Применяется в реологических расчётах, где важна именно сила трения.
Отношение динамической вязкости к плотности жидкости при той же температуре: ν = η/ρ. Единица СИ — м²/с, но на практике почти всегда применяются мм²/с или сантистоксы (1 мм²/с = 1 сСт). Измеряется капиллярными вискозиметрами по времени истечения определённого объёма жидкости под действием силы тяжести (методы ГОСТ 33-2016 и ГОСТ 33768-2015). Применяется в гидравлических расчётах — при определении числа Рейнольдса, скоростей фильтрации, потерь напора.
Связь однозначна: ν = η/ρ. При плотности 1000 кг/м³ численно: η [мПа·с] = ν [мм²/с].
Пересчёт между формами. Динамическая вязкость воды при 20 °C — 1,002 мПа·с. Плотность воды при 20 °C — 998,2 кг/м³. Кинематическая вязкость: ν = 1,002·10⁻³ / 998,2 ≈ 1,004·10⁻⁶ м²/с = 1,004 мм²/с. Для воды η в мПа·с и ν в мм²/с близки численно, но это совпадение характерно только для жидкостей с плотностью около 1000 кг/м³.
Помимо единиц СИ, в технической литературе сохраняются традиционные внесистемные единицы, особенно при работе со старой документацией и зарубежными источниками.
Условная вязкость — относительная характеристика, выражающая отношение времени истечения определённого объёма исследуемой жидкости и эталонной (дистиллированной воды при 20 °C) через калиброванное отверстие. Применяется там, где капиллярные вискозиметры неудобны: для мазутов, тяжёлых остаточных топлив, битумоподобных продуктов, лакокрасочных материалов.
В отечественной практике используются два основных типа условных вискозиметров:
Применяется для нефтепродуктов. Результат — в градусах условной вязкости (°ВУ). Пересчёт в кинематическую вязкость в мм²/с производится по эмпирическим формулам:
Для диапазона ν от 1 до 120 мм²/с:
ν = 7,24·ВУ − 6,25/ВУ
Для ν больше 120 мм²/с:
ν ≈ 7,24·ВУ
Приближённо для оценок: 1 °ВУ соответствует примерно 3,78 мм²/с, но точное значение получается только по приведённым формулам — линейная пропорция вне диапазона больших ВУ некорректна.
Применяется для лакокрасочных материалов. Результат — время истечения в секундах через сопло калиброванного диаметра (2, 4 или 6 мм). Пересчёт в кинематическую вязкость возможен только по индивидуальной градуировочной зависимости конкретного сопла, поскольку формула связи числа Рейнольдса с временем истечения для воронки сложнее, чем для капилляра.
Вязкость жидкостей сильно зависит от температуры — при нагреве она резко снижается, при охлаждении растёт. Это поведение принципиально отличается от газов, у которых вязкость с ростом температуры, наоборот, увеличивается.
Физическая причина — характер межмолекулярного взаимодействия. В жидкости молекулы держатся за счёт сил притяжения; нагрев увеличивает кинетическую энергию и ослабляет эти связи, облегчая скольжение слоёв. В газах нагрев усиливает обмен импульсом между молекулами и тем самым увеличивает «сопротивление» сдвигу.
Для большинства технических жидкостей температурная зависимость динамической вязкости описывается выражением экспоненциального типа:
η(T) = A · exp(E / (R·T))
где T — абсолютная температура в кельвинах, E — энергия активации вязкого течения, R — универсальная газовая постоянная, A — предэкспоненциальный множитель. Для масел, гликолей и глицерина E лежит в диапазоне примерно 20-60 кДж/моль.
Для нефтепродуктов в инженерной практике применяется также уравнение Вальтера (Walther), стандартизованное в ASTM D341 и положенное в основу графиков вязкость-температура смазочных масел и топлив.
При расчёте режимов трубопроводов и насосов вязкость необходимо брать при рабочей температуре среды, а не при стандартной 20 °C. Для масел разница может составлять порядок и более; для глицерина — два порядка. Использование «комнатных» значений вязкости при горячих режимах приводит к существенным ошибкам.
Основной нормативный пакет по измерению вязкости в Российской Федерации:
Для специфических задач применяются также ГОСТ 10028-81 (вискозиметры капиллярные стеклянные), ГОСТ 1532-81 (вискозиметры для условной вязкости), ГОСТ 29226-91 (вискозиметры жидкостей — общие технические требования).
Вязкость дистиллированной воды исторически играет роль эталона при тарировке капиллярных вискозиметров. Кинематическая вязкость воды при 20 °C составляет примерно 1 мм²/с — это удобное реперное значение, относительно которого выражается условная вязкость по ВУ-вискозиметрам.
В диапазоне 0-100 °C динамическая вязкость воды снижается с 1,792 мПа·с до 0,282 мПа·с — в 6,4 раза. Это монотонное падение хорошо описывается уравнениями типа Аррениуса и используется в гидравлических расчётах систем водоснабжения, охлаждения, отопления.
Применение в расчёте Рейнольдса. При течении воды температурой 60 °C по трубе диаметром 50 мм со скоростью 1 м/с число Рейнольдса: Re = v·d/ν = 1·0,05 / (0,477·10⁻⁶) ≈ 105 000. Режим — развитой турбулентный. При той же геометрии и температуре 5 °C ν ≈ 1,5 мм²/с, и Re ≈ 33 000 — режим всё ещё турбулентный, но запас по устойчивости меньше.
Кинематическая вязкость — ключевая нормируемая характеристика топлив, смазочных масел и других жидких нефтепродуктов. Она прямо влияет на работу систем подачи топлива, распыления форсунок, гидродинамической смазки подшипников, перекачки по трубопроводам.
Нормированная кинематическая вязкость при 20 °C:
Высокая вязкость ухудшает распыление топлива в цилиндре и приводит к крупным каплям, плохо испаряющимся при впрыске. Слишком низкая вязкость снижает смазку плунжерных пар топливного насоса высокого давления и вызывает утечки.
Бензины имеют очень низкую вязкость — около 0,6-0,8 мм²/с при 20 °C, керосины — 1,5-2,5 мм²/с. Эти продукты в ГОСТах на бензин и керосин нормируются не по вязкости, а по фракционному составу, давлению насыщенных паров, плотности.
Один из самых широких диапазонов: лёгкие маловязкие нефти могут иметь ν около 2 мм²/с при 20 °C, тяжёлые битуминозные и высокопарафинистые — сотни мм²/с. Средняя вязкость большинства технологических нефтей лежит в диапазоне 40-60 мм²/с. Этот разброс определяет условия добычи, выбор насосного оборудования, режимы трубопроводной транспортировки (необходимость подогрева, добавления разбавителей, депрессорных присадок).
Классифицируются по вязкости при стандартных температурах. Для индустриальных масел — по ISO VG (ISO 3448) при 40 °C: классы от ISO VG 2 (ν=2 мм²/с при 40 °C) до ISO VG 1500. Для моторных масел — по SAE J300: зимний индекс (W) определяет вязкость при низких температурах, летний — при 100 °C.
В системах отопления, охлаждения двигателей и промышленных холодильных установках используются жидкости на основе этиленгликоля, пропиленгликоля и глицерина. Их вязкость существенно превышает вязкость воды и резко растёт при отрицательных температурах — это критически важно для подбора циркуляционных насосов.
Чистый этиленгликоль при 20 °C имеет динамическую вязкость порядка 19-21 мПа·с — в 19-20 раз больше воды. С разбавлением водой вязкость снижается, но даже 50%-ный раствор при 20 °C в 3-4 раза вязче воды. При отрицательных температурах вязкость растёт особенно резко — концентрированный этиленгликоль при −20 °C может иметь вязкость на порядок выше, чем при 20 °C.
Применяется в пищевых и санитарно-гигиенических системах (нетоксичен в отличие от этиленгликоля). Вязкость при 20 °C — около 48 мПа·с, то есть существенно выше, чем у этиленгликоля. Это требует более мощных насосов.
Используется в специальных теплоносителях и технологических средах. Уникальное свойство — резкое снижение вязкости при нагреве: с 1,48 Па·с при 20 °C до 0,015 Па·с при 100 °C (см. таблицу 5). Применение глицериновых смесей оправдано там, где требуется сочетание низкой температуры замерзания и хороших теплопроводных свойств.
Кинематическая вязкость входит в большинство практических формул гидравлики и тепломассообмена.
Re = v·d/ν
где v — скорость потока (м/с), d — характерный размер сечения (м), ν — кинематическая вязкость (м²/с). Определяет режим течения: ламинарный (Re < 2300 для труб круглого сечения), переходный (2300-4000), турбулентный (Re > 4000).
Формула Дарси-Вейсбаха: Δh = λ·(L/d)·(v²/2g)
Δh = λ·(L/d)·(v²/2g)
где λ — коэффициент гидравлического трения, зависящий от Re и шероховатости стенки трубы. В ламинарном режиме λ = 64/Re; в турбулентном — определяется по формулам Альтшуля, Колбрука или по диаграмме Муди. Вязкость входит в Re и тем самым в λ.
Несущая способность подшипника скольжения по теории Зоммерфельда пропорциональна динамической вязкости масла: чем выше η, тем больше нагрузка, которую способен нести смазочный слой. Однако вязкое трение растёт линейно с η, поэтому для каждого режима существует оптимальный диапазон вязкости.
Размер капель при распыле через форсунку зависит от соотношения сил поверхностного натяжения, инерции и вязкого трения (числа Вебера и Онезорге). Высокая вязкость даёт крупные капли, плохое сгорание, нагар. Низкая — облегчает мелкое распыление, но снижает смазку плунжерных пар ТНВД.
Число Прандтля Pr = ν/a (a — температуропроводность) и число Рейнольдса входят во все критериальные уравнения теплоотдачи (Михеев, Диттус-Боелтер). Изменение вязкости с температурой учитывается поправкой (Pr/Pr_ст)^0,25 или аналогичной.
Динамическая вязкость η — это прямое выражение внутреннего трения, измеряется в Па·с (или сП, мПа·с). Кинематическая вязкость ν — отношение динамической к плотности: ν = η/ρ, измеряется в м²/с (или мм²/с, сСт). Это одна и та же физическая характеристика, выраженная разными способами. В капиллярной вискозиметрии напрямую измеряется ν, а η рассчитывается через плотность.
Динамическая вязкость воды при 20 °C составляет 1,002 мПа·с (или 1,002 сП). Кинематическая вязкость — около 1,004 мм²/с (1,004 сСт). При 0 °C динамическая вязкость растёт почти вдвое — до 1,792 мПа·с; при 100 °C падает до 0,282 мПа·с. Полная таблица значений вязкости воды от 0 до 100 °C приведена в таблице 2 настоящей статьи.
Основной действующий стандарт — ГОСТ 33-2016 «Нефть и нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической и динамической вязкости», действует с 1 июля 2018 г. Параллельно действует ГОСТ 33768-2015 для прозрачных и непрозрачных жидкостей. Для условной вязкости лакокрасочных материалов применяется ГОСТ 9070-75 (вискозиметры ВЗ-246).
1 сСт = 1 мм²/с — пересчёт не требуется, это численно одинаковые единицы. Сантистокс — внесистемная единица CGS, миллиметр в квадрате на секунду — производная единица СИ; обе используются параллельно. Аналогично 1 сП = 1 мПа·с для динамической вязкости.
У жидкостей вязкость с ростом температуры снижается, причём резко — для большинства технических жидкостей зависимость экспоненциальная (тип Аррениуса). У воды — снижение в 6 раз при нагреве от 0 до 100 °C, у глицерина — почти в 200 раз при нагреве от 20 до 120 °C. У газов поведение обратное: вязкость с нагревом растёт.
Условная вязкость в градусах ВУ — отношение времени истечения определённого объёма исследуемой жидкости и эталонной (воды при 20 °C) через калиброванное сопло вискозиметра типа ВУ. Применяется для мазутов и тяжёлых нефтепродуктов. Пересчёт в кинематическую вязкость — по формуле ν = 7,24·ВУ − 6,25/ВУ для ν от 1 до 120 мм²/с; см. таблицу 6 настоящей статьи.
По ГОСТ 305-2013 кинематическая вязкость при 20 °C: марка Л (летнее) — 3,0-6,0 мм²/с; марка З (зимнее) — 1,8-5,0 мм²/с; марка А (арктическое) — 1,5-4,0 мм²/с. Для дизельного топлива ЕВРО по ГОСТ 32511 вязкость нормируется при 40 °C — 2,0-4,5 мм²/с (это другая температура отсчёта, не сопоставлять напрямую с ГОСТ 305).
Справочная таблица вязкости — рабочий инструмент инженера-гидравлика, технолога, конструктора. Применяется при подборе насосов, расчёте гидравлических потерь и числа Рейнольдса, выборе теплоносителей, оценке режимов распыления топлива, определении смазочной способности масел, проектировании систем перекачки и фильтрации.
Нет, это распространённая ошибка. Вязкость нелинейно (по сути экспоненциально) зависит от температуры; для масел и гликолевых смесей разница между 20 и 80 °C может составлять порядок и более. В расчёте оборудования вязкость берут при фактической рабочей температуре среды — по таблицам, графикам производителя или по уравнению Вальтера.
Неньютоновская жидкость — это жидкость, для которой касательное напряжение не пропорционально скорости сдвига, то есть закон Ньютона не выполняется. Вязкость такой жидкости зависит от скорости сдвига (либо от истории нагружения). Примеры: тяжёлые нефти при низких температурах, битумы, расплавы полимеров, эмульсии, краски тиксотропного типа. Капиллярные методы по ГОСТ 33-2016 рассчитаны прежде всего на ньютоновские жидкости; для неньютоновских применяются ротационные реометры с программируемой скоростью сдвига.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.