Лабораторная работа №3 Вязкость нефти

Цель работы – определение кинематической вязкости нефти и расчет динамической вязкости, определение условной вязкости нефти. Определение зависимости вязкости нефти от температуры. ГОСТ 33—2000 «Нефтепродукты. Определение кинематической и расчет динамической вязкости»

I. Теоретическая часть

Вязкость – одна из важнейших физико-химических характеристик нефти. Вязкость нефти является следствием сопротивления межмолекулярных сил сдвигу одного слоя жидкости относительно другого и, следовательно, является функцией группового химического состава и молекулярной массы нефти.

Сила внутреннего трения жидкости (F) по закону Ньютона выражается зависимостью:

где S – площадь соприкосновения слоев жидкости (м2) Δυ – разность скоростей относительного движения слоев (м/с) Δx – расстояние между слоями жидкости (м), η - коэффициент пропорциональности, зависящий от сил молекулярного сцепления данной жидкости, то есть, коэффициент внутреннего трения или динамическая вязкость.

При всех остальных величинах, равных единице – F=η

Единицы измерения динамической вязкости в системе СИ - Па∙с. На практике часто используются единицы измерения - 1мПа∙с = 10^-3 Па∙с.

Допускается применять размерность динамической вязкости в пуазах и сантипуазах – 10пз = 1 Па·с.

В основе определения динамической вязкости путем измерения времени истечения жидкости через капиллярные трубки лежит формула Пуазейля:

где ΔP – разность давлений, на концах капилляра при котором происходит истечение жидкости (Па) V – объем жидкости, протекающей через капилляр (м3) τ – время истечения жидкости в объеме (с) l – длина капилляра (м) r – радиус капилляра (м)

При определении вязкости по ГОСТ 33-2000 используется вариант формулы Пуазейля:

где d- диаметр капилляра (см) V – объем жидкости измерительного резервуара (см3) τ – время истечения жидкости (с) l – длина капилляра (см) h – среднее вертикальное расстояние между верхней и нижней меткой (см)

При проведении расчетов в данной формуле все параметры, кроме времени истечения, представлены одной величиной, которую называют константой вискозиметра, и её значение приводится в паспорте прибора.

Кинематическая вязкость ν представляет собой отношение динамической вязкости жидкости к плотности при той же температуре.

Это мера сопротивления жидкости течению под влиянием гравитационных сил. Единицы измерения кинематической вязкости в системе СИ – м²/с. В практике используют и меньшую величину – мм²/с.

Возможно использование единиц измерения - стокс (1 ст = 10^-4 м²/с).

Отношение динамической вязкости нефти к динамической вязкости воды – удельная вязкость μ:

Величина, обратная динамической вязкости, называется текучестью:

Условная вязкость применяется для характеристики высоковязких нефтепродуктов.

Условной вязкостью (ВУ) называется отношение времени истечения 200 см³ исследуемой жидкости ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20 ⁰С. Единица измерения — условные градусы (°ВУ).

Определение по ГОСТ 6258-85 заключается в установлении времени истечения указанного объема испытываемого нефтепродукта при заданной температуре из вискозиметра типа ВУ, для которого заранее установлено его водное число, т. е. время истечения 200 см³ дистиллированной воды при температуре 20 ⁰С.

Метод определения условной вязкости применяется для нефтепродуктов, дающих непрерывную струю в течение всего испытания и для которых нельзя определить кинематическую вязкость по ГОСТ 33—2000.

ГОСТ 33—2000 устанавливает метод определения кинематической вязкости стеклянным вискозиметром нефти и нефтепродуктов, жидких при температуре испытания, у которых напряжение сдвига пропорционально скорости деформации (ньютоновских жидкостей) и расчет динамической вязкости.

Сущность метода заключается в измерении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести.

Для определения вязкости стандартом предложено большое число разнообразных капиллярных стеклянных вискозиметров различных конструкций (см. ГОСТ 33-2000)