Яка різниця між динамічною та кінематичною в'язкістю?

В’язкість є фундаментальною властивістю матеріалу при вивченні потоку рідини в будь-якому застосуванні. Два найпоширеніші типи в'язкості - динамічна та кінематична. Зв'язок між цими двома властивостями дуже простий.

Динамічна в’язкість (також звана абсолютною в’язкістю) — це вимірювання внутрішнього опору рідини течії, тоді як кінематична в’язкість — це відношення динамічної в’язкості до густини. Виходячи з наведеного вище виразу, дві рідини з однаковою динамічною в’язкістю можуть мати дуже різну кінематичну в’язкість залежно від густини і навпаки. Тому не завжди легко зрозуміти фізичний зміст властивостей цих двох матеріалів.

Простіше кажучи, динамічна в’язкість дає вам інформацію про силу, необхідну для течії рідини з певною швидкістю, тоді як кінематична в’язкість вказує, наскільки швидко тече рідина під час застосування певної сили.

Внутрішній опір потоку рідини (динамічна в'язкість) означає, що існують сили, задіяні у витісненні рідини. Ця сила (F) пропорційна:

1) Швидкість зсуву (SR)

2) Площа поверхні (A)

3) Динамічна в'язкість (η)

F=ηA × SR

У наведеному вище виразі (закон в’язкості Ньютона) динамічна в’язкість використовується як константа пропорційності між напругою F/A та швидкістю деформації або швидкістю зсуву. Інший спосіб подумати про кінематичну в'язкість - усвідомити, що вона має коефіцієнт дифузії [см 2 / с]. З цієї причини кінематичну в’язкість іноді називають дифузією імпульсу, аналогічно дифузії тепла та маси. У цьому сенсі динамічна в'язкість є більш фундаментальною властивістю, тоді як кінематична в'язкість є похідною властивістю.

Історично вибраним методом вимірювання в’язкості була кінематична в’язкість, оскільки вона не передбачає вимірювання сили. У більшості «кінематичних» віскозиметрів потік рідини керується силою тяжіння (g). Ці методи (капілярні, воронкоподібні...) просто вимірюють час, потрібний рідині для проходження через певну геометрію. Точніші віскозиметри покладаються на вимірювання напруги зсуву при заданій швидкості зсуву. Це дозволяє більш повно охарактеризувати відбиток в’язкості (тобто в’язкість від швидкості зсуву) складних неньютонівських рідин.

Ще одна відмінність між цими двома властивостями полягає в унікальності їх одиниць. Одиницями динамічної в’язкості є МПа-с в одиницях СІ та еквівалент CP (сантиметри) в CGS. З іншого боку, найпоширенішими одиницями кінематичної в’язкості є одиниці СІ в сантиметрах за секунду та CGS у сантистоксах (сантиметрова трубка), але також залежить від галузі чи застосування, чи вимірюється вона в кількох довільних одиницях. Це стосується універсальних секунд Saybolt (SUS) у нафтовій промисловості, де як міра в’язкості використовується час, необхідний для протікання 60 см3 рідини через калібрувальну трубку при 38 градусах. Іншим прикладом є використання «чашки» для вимірювання часу, необхідного для того, щоб даний зразок пройшов через воронку заданої геометрії. Ці методи часто використовуються як вимірювачі індексу в’язкості, оскільки вони не дають узгоджених результатів, якими можна обмінюватися між різними лабораторіями.

Отже, який з них слід використовувати? Якщо вас цікавлять взаємодії між молекулами, які можна пояснити з точки зору механічної напруги, то динамічна в’язкість є більш доречною. Наприклад, динамічна в’язкість може визначати вплив змін складу на молекулярні взаємодії та в’язкість. Навпаки, кінематична в’язкість стала стандартом у нафтовій промисловості завдяки простоті кінематичного віскозиметра. З цієї причини кінематична в’язкість є більш зручною, коли нас цікавить рух рідини та поля швидкості, оскільки вона несе інформацію про поширення руху, викликаного тертям.