Hva er forskjellen mellom dynamisk og kinematisk viskositet?

Viskositet er en grunnleggende materialegenskap når man studerer væskestrøm i enhver applikasjon. De to vanligste typene av viskositet er dynamiske og kinematiske. Forholdet mellom disse to egenskapene er veldig enkelt.

Dynamisk viskositet (også kalt absolutt viskositet) er et mål på en væskes indre motstand mot strømning, mens kinematisk viskositet er forholdet mellom dynamisk viskositet og tetthet. Basert på uttrykket ovenfor kan to væsker med samme dynamiske viskositet ha svært forskjellig kinematisk viskositet avhengig av tetthet og omvendt. Derfor er det ikke alltid lett å forstå den fysiske betydningen av egenskapene til disse to materialene.

Enkelt sagt gir dynamisk viskositet deg informasjon om kraften som kreves for å få en væske til å strømme med en bestemt hastighet, mens kinematisk viskositet indikerer hvor raskt en væske strømmer når en bestemt kraft påføres.

Den indre motstanden mot væskestrøm (dynamisk viskositet) betyr at det er krefter involvert i å fortrenge væsken. Denne kraften (F) er proporsjonal med:

1) Skjærhastighet (SR)

2) Overflateareal (A)

3) Dynamisk viskositet (η)

F=ηA ×SR

I uttrykket ovenfor (Newtons viskositetslov) brukes dynamisk viskositet som en proporsjonalitetskonstant mellom spenning F/A og deformasjonshastighet eller skjærhastighet. En annen måte å tenke på kinematisk viskositet er å innse at den har en diffusjonskoeffisient [cm 2 / s]. Av denne grunn kalles kinematisk viskositet noen ganger momentumdiffusivitet, analogt med varme og massediffusivitet. I denne forstand er dynamisk viskositet en mer grunnleggende egenskap, mens kinematisk viskositet er en avledet egenskap.

Historisk sett var den valgte viskositetsmålemetoden kinematisk viskositet fordi den ikke involverer målekraft. I de fleste "kinematiske" viskosimeter er væskestrømmen drevet av tyngdekraften (g). Disse metodene (kapillær, trakt...) måler ganske enkelt tiden det tar for en væske å strømme gjennom en gitt geometri. Mer nøyaktige viskosimeter er avhengig av å måle skjærspenning ved en gitt skjærhastighet. Dette muliggjør en mer fullstendig karakterisering av viskositetsfingeravtrykket (dvs. viskositet versus skjærhastighet) til komplekse ikke-Newtonske væsker.

En annen forskjell mellom disse to egenskapene er det unike ved enhetene deres. Dynamiske viskositetsenheter er vel MPa-er i SI-enheter og tilsvarende CP (centimeter) i CGS. På den annen side er de vanligste enhetene for kinematisk viskositet SI-enheter i centimeter per sekund og CGS i centistokes (centimeterrør), men det avhenger også av industrien eller applikasjonen om det måles i mer enn én vilkårlig enhet. Dette er tilfellet med Saybolt Universal Seconds (SUS) i petroleumsindustrien, hvor tiden som kreves for at 60 cm3 væske skal strømme gjennom et kalibreringsrør ved 38 grader brukes som et mål på viskositet. Et annet eksempel er å bruke en "kopp" for å måle tiden det tar for en gitt prøve å strømme gjennom en trakt med en gitt geometri. Disse metodene brukes ofte som viskositetsindeksmålere fordi de ikke gir konsistente resultater som kan deles mellom ulike laboratorier.

Så hvilken bør du bruke? Hvis du er interessert i interaksjoner mellom molekyler som kan forklares i form av mekanisk stress, så er dynamisk viskositet mer passende. For eksempel kan dynamisk viskositet bestemme effekten av formuleringsendringer på molekylære interaksjoner og viskositet. Derimot har kinematisk viskositet blitt standarden i petroleumsindustrien på grunn av enkelheten til det kinematiske viskosimeteret. Av denne grunn er kinematisk viskositet mer praktisk når interessen er i fluidbevegelse og hastighetsfelt, siden den bærer informasjon om forplantning av bevegelse forårsaket av friksjon.