Vad är skillnaden mellan dynamisk och kinematisk viskositet?

Viskositet är en grundläggande materialegenskap när man studerar vätskeflöde i alla applikationer. De två vanligaste typerna av viskositet är dynamiska och kinematiska. Förhållandet mellan dessa två egenskaper är mycket enkelt.

Dynamisk viskositet (även kallad absolut viskositet) är ett mått på en vätskas inre motstånd mot flöde, medan kinematisk viskositet är förhållandet mellan dynamisk viskositet och densitet. Baserat på ovanstående uttryck kan två vätskor med samma dynamiska viskositet ha mycket olika kinematisk viskositet beroende på densitet och vice versa. Därför är det inte alltid lätt att förstå den fysiska innebörden av egenskaperna hos dessa två material.

Enkelt uttryckt ger dynamisk viskositet dig information om kraften som krävs för att få en vätska att strömma med en viss hastighet, medan kinematisk viskositet indikerar hur snabbt en vätska strömmar när en specifik kraft appliceras.

Det inre motståndet mot vätskeflöde (dynamisk viskositet) innebär att det finns krafter inblandade i att förskjuta vätskan. Denna kraft (F) är proportionell mot:

1) Skjuvhastighet (SR)

2) Ytarea (A)

3) Dynamisk viskositet (η)

F=ηA ×SR

I uttrycket ovan (Newtons viskositetslag) används dynamisk viskositet som en proportionalitetskonstant mellan spänning F/A och deformationshastighet eller skjuvhastighet. Ett annat sätt att tänka på kinematisk viskositet är att inse att den har en diffusionskoefficient [cm 2 / s]. Av denna anledning kallas kinematisk viskositet ibland impulsdiffusion, analogt med värme och massdiffusion. I denna mening är dynamisk viskositet en mer grundläggande egenskap, medan kinematisk viskositet är en härledd egenskap.

Historiskt sett var den valda metoden för viskositetsmätning kinematisk viskositet eftersom den inte involverar mätning av kraft. I de flesta "kinematiska" viskosimetrar drivs vätskeflödet av gravitationen (g). Dessa metoder (kapillär, tratt...) mäter helt enkelt den tid det tar för en vätska att strömma genom en given geometri. Mer exakta viskometer förlitar sig på att mäta skjuvspänning vid en given skjuvhastighet. Detta möjliggör en mer fullständig karakterisering av viskositetsfingeravtrycket (dvs viskositet kontra skjuvhastighet) för komplexa icke-Newtonska vätskor.

En annan skillnad mellan dessa två egenskaper är unikheten hos deras enheter. Dynamiska viskositetsenheter är väl MPa-s i SI-enheter och motsvarande CP (centimeter) i CGS. Å andra sidan är de vanligaste enheterna för kinematisk viskositet SI-enheter i centimeter per sekund och CGS i centistokes (centimeterrör), men det beror också på industrin eller tillämpningen om den mäts i mer än en godtycklig enhet. Detta är fallet med Saybolt Universal Seconds (SUS) inom petroleumindustrin, där tiden som krävs för att 60 cm3 vätska ska strömma genom ett kalibreringsrör vid 38 grader används som ett mått på viskositeten. Ett annat exempel är att använda en "kopp" för att mäta den tid det tar för ett givet prov att flöda genom en tratt med en given geometri. Dessa metoder används ofta som viskositetsindexmätare eftersom de inte ger konsekventa resultat som kan delas mellan olika laboratorier.

Så vilken ska du använda? Om du är intresserad av interaktioner mellan molekyler som kan förklaras i termer av mekanisk stress, så är dynamisk viskositet mer lämplig. Till exempel kan dynamisk viskositet bestämma effekten av formuleringsförändringar på molekylära interaktioner och viskositet. Däremot har kinematisk viskositet blivit standarden inom petroleumindustrin på grund av enkelheten hos den kinematiska viskosimetern. Av denna anledning är kinematisk viskositet bekvämare när intresset ligger i vätskerörelse- och hastighetsfält, eftersom den bär information om utbredningen av rörelse orsakad av friktion.