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柴油的粘度
1.質(zhì)量要求
黏度是保證車(chē)用柴油正常輸送、霧化、燃燒及油泵潤(rùn)滑的重要質(zhì)量指標(biāo)。黏度關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)（濾清器、油泵、噴嘴）的正常工作，黏度過(guò)大，油泵效率降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量減少，同時(shí)噴油嘴噴出的油射程遠(yuǎn)，油滴顆粒大，不均勻，霧化狀態(tài)不好，與空氣混合不均勻，燃燒不*，甚至形成積碳；黏度過(guò)小，則影響油泵潤(rùn)滑，加劇磨損，而且噴油過(guò)近，造成局部燃燒，同樣會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率。因此，高、中、低速柴油機(jī)均需要有一個(gè)適宜黏度范圍的燃料。
輕柴油和車(chē)用柴油對(duì)黏度的質(zhì)量要求是：黏度適宜，即具有良好的流動(dòng)性，以保證高壓油泵的潤(rùn)滑油和噴油霧化的質(zhì)量，利于形成良好的混合氣。
2.評(píng)定指標(biāo)及意義
黏度是液體在一定剪切應(yīng)力流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的量度。黏度有動(dòng)力黏度與運(yùn)動(dòng)黏度之分，兩者有簡(jiǎn)單的換算關(guān)系，車(chē)用柴油的黏度用運(yùn)動(dòng)黏度評(píng)價(jià)。
動(dòng)力黏度是表示液體在一定剪切應(yīng)力下流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的量度。當(dāng)流體處于層流狀態(tài)時(shí)，符合以下的牛頓黏性定律公式：
τ＝F/S＝μdν/dx
中 τ----剪切應(yīng)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的剪力（或稱為內(nèi)摩擦力），N
dν/dx---在與流動(dòng)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(shù)，又稱動(dòng)力黏度，簡(jiǎn)稱黏度，Pa·s
符合上式關(guān)系的流體稱為牛頓型流體。黏滯系數(shù)是衡量流體黏性大小的指標(biāo)，稱為動(dòng)力黏度，簡(jiǎn)稱黏度。其物理意義是：當(dāng)兩個(gè)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。
運(yùn)動(dòng)黏度則是液體在重力作用下流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的量度。其數(shù)值為相同溫度下液體的動(dòng)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(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度，㎡/s;
μt ----－油品在溫度t時(shí)的動(dòng)力黏度，Pa·s
ρt----－油品在溫度t時(shí)的密度，㎏／M3
實(shí)際生產(chǎn)中，常用㎜2／s作為油品運(yùn)動(dòng)黏度單位，1㎡/s＝106㎜2／s
黏度與流體的化學(xué)組成密切相關(guān)。通常，當(dāng)碳原子數(shù)相同時(shí)，各種烴類(lèi)黏度大小排列的順序是：
正構(gòu)烷烴＜異構(gòu)烷烴＜芳香烴＜環(huán)烷烴，且黏度隨環(huán)數(shù)的增加及異構(gòu)程度的增大而增大。在油品中，環(huán)上碳原子在油料分子中所占比例越大，其黏度越大，表現(xiàn)為不同原油的相同餾分，含環(huán)狀烴多的（特性常數(shù)K值?。┯推繁认鄬?duì)分子質(zhì)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(jiàn)表3-2）。我國(guó)輕柴油和車(chē)用柴油按牌號(hào)對(duì)20℃的運(yùn)動(dòng)黏度有不同的要求，詳見(jiàn)表3-1.
表3-2 不同類(lèi)型原油一些餾分的運(yùn)動(dòng)黏度比較
| 序號(hào) | 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(cè)定方法
柴油運(yùn)動(dòng)黏度的測(cè)定按GB/T 265-88《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法和動(dòng)力黏度計(jì)算法》進(jìn)行，主要儀器是玻璃毛細(xì)管黏度計(jì)，該法適用于屬于牛頓型流體的液體石油產(chǎn)品。其原理是依據(jù)泊賽耳方程式：
μ＝πγ4pτ/8VL （3-7）
式中 μ----試樣的動(dòng)力黏度，Pa／s ，γ----毛細(xì)管半徑，m
L----毛細(xì)管長(zhǎng)度，m V----毛細(xì)管流出試樣的體積，m3
τ----試樣的平均流動(dòng)時(shí)間（多次測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值），s
P----使試樣流動(dòng)的壓力，N／㎡
如果試樣流動(dòng)壓力改用油柱靜壓力表示，即P=hρg,再將動(dòng)力黏度轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)粘度，則式（3-7）改寫(xiě)為：
ν＝μ／ρ＝﹙πγ4 hρgτ﹚／﹙8VLρ﹚＝﹙πγ4 hg﹚·τ／﹙8VL﹚
（3-8） 式中：ν----試樣的運(yùn)動(dòng)粘度，㎡／s
h----油柱高度，m
g----重力加速度，m／s2
對(duì)于的毛細(xì)管粘度計(jì)，其直徑、長(zhǎng)度和液柱高度都是定值，即γ、V、L 、h、g均為常數(shù)，因此（3-8）可改寫(xiě)為：
ν＝Cτ （3-9） C＝﹙πγ4 hg﹚／﹙8VL﹚
式中 C----毛細(xì)管黏度計(jì)常數(shù)，㎡／s2
其他符號(hào)意義同式（3-8）。毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù)僅與粘度計(jì)的幾何形狀有關(guān)，而與測(cè)定溫度無(wú)關(guān)。式（3-9）表明液體的運(yùn)動(dòng)黏度與流過(guò)毛細(xì)管的時(shí)間成正比。因此，只要預(yù)先測(cè)得毛細(xì)管粘度計(jì)常數(shù)，就可以根據(jù)液體流出毛細(xì)管的時(shí)間計(jì)算其黏度。測(cè)定時(shí)，把被測(cè)試樣裝入直徑合適的毛細(xì)管粘度計(jì)中，在恒定的溫度下，測(cè)定一定體積試樣在重力作用下流過(guò)該毛細(xì)管粘度計(jì)的時(shí)間，粘度計(jì)的毛細(xì)管常數(shù)與流動(dòng)時(shí)間的乘積即為該溫度下試樣的運(yùn)動(dòng)黏度。
由于油品的黏度與溫度有關(guān)，故式（3-9）可改為：
νt＝Cτt （3-10）
式中 νt----在溫度t時(shí)，試樣的運(yùn)動(dòng)黏度，㎜2／s;
τt----在溫度t時(shí)，試樣的平均流動(dòng)時(shí)間，s
表3-3 玻璃毛細(xì)管黏度計(jì)規(guī)格型號(hào)
| 型號(hào) | 毛細(xì)管內(nèi)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(xì)管粘度計(jì)技術(shù)條件》中規(guī)定，應(yīng)用于石油產(chǎn)品黏度檢測(cè)的毛細(xì)管粘度計(jì)分為四種型號(hào)，見(jiàn)表3-3.測(cè)定時(shí)，應(yīng)根據(jù)試樣黏度和試驗(yàn)溫度選擇合適的黏度計(jì)，必須滿足試樣流動(dòng)時(shí)間不少于200s，內(nèi)徑為0.4㎜的黏度計(jì)流動(dòng)時(shí)間不少于350s。
不同的毛細(xì)管黏度計(jì)，其常數(shù)C值不盡相同，其測(cè)定方法如下：用已知黏度的，在規(guī)定條件下測(cè)定其通過(guò)毛細(xì)管粘度計(jì)的時(shí)間，再根據(jù)式（3-8）計(jì)算出C,測(cè)定時(shí)，要注意選用的標(biāo)準(zhǔn)液體其黏度應(yīng)與試樣接近，以減少誤差。通常，不同規(guī)格的黏度計(jì)出廠時(shí)，都給出C的標(biāo)定值。
1. 影響測(cè)定的主要因素
（1）溫度 油品黏度隨溫度變化很明顯，為此規(guī)定試驗(yàn)溫度必須控制恒定在所要求溫度的±0.1℃以內(nèi)，否則即使是極小的波動(dòng)，也會(huì)使測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。
為維持穩(wěn)定的測(cè)定溫度，要求試驗(yàn)使用的恒溫浴高度不小于180㎜，容積不小于2L，設(shè)有自動(dòng)攪拌裝置和能夠準(zhǔn)確調(diào)溫的電熱裝置。根據(jù)測(cè)定條件，要在恒溫浴內(nèi)注入表3-4中列舉的一種液體。
表3-4 不同測(cè)定溫度下使用的恒溫浴液體
| 測(cè)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(méi)有乙醇，可用車(chē)用無(wú)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(zhǎng)使用時(shí)間。
（2）流動(dòng)時(shí)間 試樣通過(guò)毛細(xì)管黏度計(jì)的流動(dòng)時(shí)間要控制在不少于200s，內(nèi)徑為0.4㎜的粘度計(jì)流動(dòng)時(shí)間不少于350s。以確保試樣在毛細(xì)管內(nèi)處于層流狀態(tài)，符合式（3-10）的使用條件，試樣通過(guò)時(shí)間過(guò)短，易產(chǎn)生湍流，會(huì)使測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生較大偏差；通過(guò)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不易保持溫度恒定，也可引起測(cè)定偏差。
（3）黏度計(jì)位置 黏度計(jì)必須調(diào)整成垂直狀態(tài)，否則會(huì)改變液柱高度，引起靜壓差的變化，使測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)偏差。黏度計(jì)向前傾斜時(shí)，液面壓差增大，流動(dòng)時(shí)間縮短，測(cè)定結(jié)果偏低。黏度計(jì)向其他方向傾斜時(shí)，都會(huì)使測(cè)定結(jié)果偏高。
（4）氣泡的產(chǎn)生 吸入黏度計(jì)的試樣不允許有氣泡，氣泡不但會(huì)影響裝油體積，而且進(jìn)入毛細(xì)管后還能形成氣塞，增大流體流動(dòng)阻力，使流動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)，測(cè)定結(jié)果偏高。
（5）試樣預(yù)處理 試樣必須脫水、除去機(jī)械雜質(zhì)。試樣含水在較高溫度下進(jìn)行測(cè)定時(shí)會(huì)氣化；在低溫下測(cè)定時(shí)則會(huì)凝結(jié)，均影響試樣的正常流動(dòng)，使測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生偏差。雜質(zhì)的存在，易黏附于毛細(xì)管內(nèi)壁，增大流動(dòng)阻力，使測(cè)定結(jié)果偏高。
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