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柴油的粘度
閱讀：7453 發布時間：2013-7-12
柴油的粘度
1.質量要求
黏度是保證車用柴油正常輸送、霧化、燃燒及油泵潤滑的重要質量指標。黏度關系到發動機供油系統（濾清器、油泵、噴嘴）的正常工作，黏度過大，油泵效率降低，發動機的供油量減少，同時噴油嘴噴出的油射程遠，油滴顆粒大，不均勻，霧化狀態不好，與空氣混合不均勻，燃燒不*，甚至形成積碳；黏度過小，則影響油泵潤滑，加劇磨損，而且噴油過近，造成局部燃燒，同樣會降低發動機功率。因此，高、中、低速柴油機均需要有一個適宜黏度范圍的燃料。
輕柴油和車用柴油對黏度的質量要求是：黏度適宜，即具有良好的流動性，以保證高壓油泵的潤滑油和噴油霧化的質量，利于形成良好的混合氣。
2.評定指標及意義
黏度是液體在一定剪切應力流動時內摩擦力的量度。黏度有動力黏度與運動黏度之分，兩者有簡單的換算關系，車用柴油的黏度用運動黏度評價。
動力黏度是表示液體在一定剪切應力下流動時內摩擦力的量度。當流體處于層流狀態時，符合以下的牛頓黏性定律公式：
τ＝F/S＝μdν/dx
中 τ----剪切應力，即單位面積上的剪力，Pa;
S----相鄰兩層流體的接觸面積，㎡；
F----相鄰兩層流體相對運動時產生的剪力（或稱為內摩擦力），N
dν/dx---在與流動方向垂直方向上的流體速度變化率，稱為速度梯度，S-1
μ----流體的黏滯系數，又稱動力黏度，簡稱黏度，Pa·s
符合上式關系的流體稱為牛頓型流體。黏滯系數是衡量流體黏性大小的指標，稱為動力黏度，簡稱黏度。其物理意義是：當兩個面積為1㎡，垂直距離為1m的相鄰流體層，以1m/s的速度作相對運動時所產生的內摩擦力。
運動黏度則是液體在重力作用下流動時內摩擦力的量度。其數值為相同溫度下液體的動力黏度與其密度之比，如下式：
νt=μt/ρt
式中： νt ----－油品在溫度t時的運動黏度，㎡/s;
μt ----－油品在溫度t時的動力黏度，Pa·s
ρt----－油品在溫度t時的密度，㎏／M3
實際生產中，常用㎜2／s作為油品運動黏度單位，1㎡/s＝106㎜2／s
黏度與流體的化學組成密切相關。通常，當碳原子數相同時，各種烴類黏度大小排列的順序是：
正構烷烴＜異構烷烴＜芳香烴＜環烷烴，且黏度隨環數的增加及異構程度的增大而增大。在油品中，環上碳原子在油料分子中所占比例越大，其黏度越大，表現為不同原油的相同餾分，含環狀烴多的（特性常數K值小）油品比相對分子質量的增大，分子間引力增大，則黏度也增大，故石油餾分越重，其黏度越大（見表3-2）。我國輕柴油和車用柴油按牌號對20℃的運動黏度有不同的要求，詳見表3-1.
表3-2 不同類型原油一些餾分的運動黏度比較
| 序號 | 餾程／℃ | 大慶原油 | 羊三木原油 | ||||
| ρ20/ （g/cm3） | K | ν50 ／（㎜2／s） | ρ20/ （g/cm3） | K | ν50 ／（㎜2／s） | ||
| 1 2 3 4 5 | 200-250 250-300 300-350 350-400 400-450 | 0.8039 0.8167 0.8283 0.8368 0.8574 | 11.90 12.08 12.28 12.49 12.57 | 11.90 12.08 12.28 12.49 12.57 | 0.8630 0.8900 0.9100 0.9320 0.9433 | 11.12 11.13 11.21 11.25 11.34 | 1.71 3.43 7.87 23.97 146.29 |
3.測定方法
柴油運動黏度的測定按GB/T 265-88《石油產品運動黏度測定法和動力黏度計算法》進行，主要儀器是玻璃毛細管黏度計，該法適用于屬于牛頓型流體的液體石油產品。其原理是依據泊賽耳方程式：
μ＝πγ4pτ/8VL （3-7）
式中 μ----試樣的動力黏度，Pa／s ，γ----毛細管半徑，m
L----毛細管長度，m V----毛細管流出試樣的體積，m3
τ----試樣的平均流動時間（多次測定結果的算術平均值），s
P----使試樣流動的壓力，N／㎡
如果試樣流動壓力改用油柱靜壓力表示，即P=hρg,再將動力黏度轉換為運動粘度，則式（3-7）改寫為：
ν＝μ／ρ＝﹙πγ4 hρgτ﹚／﹙8VLρ﹚＝﹙πγ4 hg﹚·τ／﹙8VL﹚
（3-8） 式中：ν----試樣的運動粘度，㎡／s
h----油柱高度，m
g----重力加速度，m／s2
對于的毛細管粘度計，其直徑、長度和液柱高度都是定值，即γ、V、L 、h、g均為常數，因此（3-8）可改寫為：
ν＝Cτ （3-9） C＝﹙πγ4 hg﹚／﹙8VL﹚
式中 C----毛細管黏度計常數，㎡／s2
其他符號意義同式（3-8）。毛細管粘度計常數僅與粘度計的幾何形狀有關，而與測定溫度無關。式（3-9）表明液體的運動黏度與流過毛細管的時間成正比。因此，只要預先測得毛細管粘度計常數，就可以根據液體流出毛細管的時間計算其黏度。測定時，把被測試樣裝入直徑合適的毛細管粘度計中，在恒定的溫度下，測定一定體積試樣在重力作用下流過該毛細管粘度計的時間，粘度計的毛細管常數與流動時間的乘積即為該溫度下試樣的運動黏度。
由于油品的黏度與溫度有關，故式（3-9）可改為：
νt＝Cτt （3-10）
式中 νt----在溫度t時，試樣的運動黏度，㎜2／s;
τt----在溫度t時，試樣的平均流動時間，s
表3-3 玻璃毛細管黏度計規格型號
| 型號 | 毛細管內徑/㎜ |
| BMN-1 BMN-2 BMN-3 BMN-4 | 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 6.0 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 |
在SH／他0173-92《玻璃毛細管粘度計技術條件》中規定，應用于石油產品黏度檢測的毛細管粘度計分為四種型號，見表3-3.測定時，應根據試樣黏度和試驗溫度選擇合適的黏度計，必須滿足試樣流動時間不少于200s，內徑為0.4㎜的黏度計流動時間不少于350s。
不同的毛細管黏度計，其常數C值不盡相同，其測定方法如下：用已知黏度的，在規定條件下測定其通過毛細管粘度計的時間，再根據式（3-8）計算出C,測定時，要注意選用的標準液體其黏度應與試樣接近，以減少誤差。通常，不同規格的黏度計出廠時，都給出C的標定值。
1. 影響測定的主要因素
（1）溫度 油品黏度隨溫度變化很明顯，為此規定試驗溫度必須控制恒定在所要求溫度的±0.1℃以內，否則即使是極小的波動，也會使測定結果產生較大的誤差。
為維持穩定的測定溫度，要求試驗使用的恒溫浴高度不小于180㎜，容積不小于2L，設有自動攪拌裝置和能夠準確調溫的電熱裝置。根據測定條件，要在恒溫浴內注入表3-4中列舉的一種液體。
表3-4 不同測定溫度下使用的恒溫浴液體
| 測定溫度／℃ | 恒溫浴液體 |
| 50-100 20-50 0-20 0-﹙-50﹚ | 透明礦物油①、丙三醇（甘油）水 水與冰的混合物或乙醇與干冰（固體二氧化碳）的混合物 乙醇與干冰的混合物（若沒有乙醇，可用車用無鉛汽油代替） |
① 恒溫浴中的礦物油加有抗氧化添加劑，以防止氧化，延長使用時間。
（2）流動時間 試樣通過毛細管黏度計的流動時間要控制在不少于200s，內徑為0.4㎜的粘度計流動時間不少于350s。以確保試樣在毛細管內處于層流狀態，符合式（3-10）的使用條件，試樣通過時間過短，易產生湍流，會使測定結果產生較大偏差；通過時間過長，不易保持溫度恒定，也可引起測定偏差。
（3）黏度計位置 黏度計必須調整成垂直狀態，否則會改變液柱高度，引起靜壓差的變化，使測定結果出現偏差。黏度計向前傾斜時，液面壓差增大，流動時間縮短，測定結果偏低。黏度計向其他方向傾斜時，都會使測定結果偏高。
（4）氣泡的產生 吸入黏度計的試樣不允許有氣泡，氣泡不但會影響裝油體積，而且進入毛細管后還能形成氣塞，增大流體流動阻力，使流動時間增長，測定結果偏高。
（5）試樣預處理 試樣必須脫水、除去機械雜質。試樣含水在較高溫度下進行測定時會氣化；在低溫下測定時則會凝結，均影響試樣的正常流動，使測定結果產生偏差。雜質的存在，易黏附于毛細管內壁，增大流動阻力，使測定結果偏高。