柴油的粘度

1.質(zhì)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(zhì)量指標(biāo)。黏度關(guān)系到發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)（濾清器、油泵、噴嘴）的正常工作，黏度過大，油泵效率降低，發(fā)動機(jī)的供油量減少，同時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(fā)動機(jī)功率。因此，高、中、低速柴油機(jī)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(zhì)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(zhì)量，利于形成良好的混合氣。

2.評定指標(biāo)及意義

黏度是液體在一定剪切應(yīng)力流動時內(nèi)摩擦力的量度。黏度有動力黏度與運(yùn)動黏度之分，兩者有簡單的換算關(guān)系，車用柴油的黏度用運(yùn)動黏度評價。

動力黏度是表示液體在一定剪切應(yīng)力下流動時內(nèi)摩擦力的量度。當(dāng)流體處于層流狀態(tài)時，符合以下的牛頓黏性定律公式：

τ＝F/S＝μdν/dx

式中  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----相鄰兩層流體相對運(yùn)動時產(chǎn)生的剪力（或稱為內(nèi)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(shù)，又稱動力黏度，簡稱黏度，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)，稱為動力黏度，簡稱黏度。其物理意義是：當(dāng)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(yùn)動時所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。

運(yùn)動黏度則是液體在重力作用下流動時內(nèi)摩擦力的量度。其數(shù)值為相同溫度下液體的動力黏度與其密度之比，如下式：

ν_t=μ_t/ρ_t

式中：  ν_t ----－油品在溫度t時的運(yùn)動黏度，㎡/s;

        μ_t ----－油品在溫度t時的動力黏度，Pa·s

        ρ_t----－油品在溫度t時的密度，㎏／M³

實際生產(chǎn)中，常用㎜²／s作為油品運(yùn)動黏度單位，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，各種烴類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Ψ肿淤|(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（見表3-2）。我國輕柴油和車用柴油按牌號對20℃的運(yùn)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(yùn)動黏度比較

3.測定方法

柴油運(yùn)動黏度的測定按GB/T 265-88《石油產(chǎn)品運(yùn)動黏度測定法和動力黏度計算法》進(jìn)行，主要儀器是玻璃毛細(xì)管黏度計，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----試樣的動力黏度，Pa／s

       γ----毛細(xì)管半徑，m

        L----毛細(xì)管長度，m

        V----毛細(xì)管流出試樣的體積，m3

        τ----試樣的平均流動時間（多次測定結(jié)果的算術(shù)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(zhuǎn)換為運(yùn)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(yùn)動粘度，㎡／s

         h----油柱高度，m

         g----重力加速度，m／s²

             對于的毛細(xì)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(shù)，因此（3-8）可改寫為：

ν＝Cτ      （3-9）

C＝﹙πγ⁴ hg﹚／﹙8VL﹚

式中    C----毛細(xì)管黏度計常數(shù)，㎡／s²

      其他符號意義同式（3-8）。毛細(xì)管粘度計常數(shù)僅與粘度計的幾何形狀有關(guān)，而與測定溫度無關(guān)。

        式（3-9）表明液體的運(yùn)動黏度與流過毛細(xì)管的時間成正比。因此，只要預(yù)先測得毛細(xì)管粘度計常數(shù)，就可以根據(jù)液體流出毛細(xì)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(xì)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(xì)管粘度計的時間，粘度計的毛細(xì)管常數(shù)與流動時間的乘積即為該溫度下試樣的運(yùn)動黏度。

         由于油品的黏度與溫度有關(guān)，故式（3-9）可改為：

ν_t＝Cτ_t       （3-10）

式中  ν_t----在溫度t時，試樣的運(yùn)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(xì)管黏度計規(guī)格型號

在SH／他0173-92《玻璃毛細(xì)管粘度計技術(shù)條件》中規(guī)定，應(yīng)用于石油產(chǎn)品黏度檢測的毛細(xì)管粘度計分為四種型號，見表3-3.測定時，應(yīng)根據(jù)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(nèi)徑為0.4㎜的黏度計流動時間不少于350s。

不同的毛細(xì)管黏度計，其常數(shù)C值不盡相同，其測定方法如下：用已知黏度的，在規(guī)定條件下測定其通過毛細(xì)管粘度計的時間，再根據(jù)式（3-8）計算出C,測定時，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)格的黏度計出廠時，都給出C的標(biāo)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(guī)定試驗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，也會使測定結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。

       為維持穩(wěn)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(shè)有自動攪拌裝置和能夠準(zhǔn)確調(diào)溫的電熱裝置。根據(jù)測定條件，要在恒溫浴內(nèi)注入表3-4中列舉的一種液體。

（2）流動時間    試樣通過毛細(xì)管黏度計的流動時間要控制在不少于200s，內(nèi)徑為0.4㎜的粘度計流動時間不少于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，試樣通過時間過短，易產(chǎn)生湍流，會使測定結(jié)果產(chǎn)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(diào)整成垂直狀態(tài)，否則會改變液柱高度，引起靜壓差的變化，使測定結(jié)果出現(xiàn)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(jié)果偏低。黏度計向其他方向傾斜時，都會使測定結(jié)果偏高。

（4）氣泡的產(chǎn)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(jìn)入毛細(xì)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(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)行測定時會氣化；在低溫下測定時則會凝結(jié)，均影響試樣的正常流動，使測定結(jié)果產(chǎn)生偏差。雜質(zhì)的存在，易黏附于毛細(xì)管內(nèi)壁，增大流動阻力，使測定結(jié)果偏高。