Ликбез по моторным маслам - Страница 2

[Аргентум]

14. Почему MRV, CCS, HTHS измеряют одно и то же (вякость), и как форумы путают физические величины с методами измерений этих величин

Часто можно встретить споры о «вязкости HTHS» или «вязкости CCS». Это детская ошибка, которая возникает из-за путаницы между физической величиной и методом ее измерения.

Для начала исключим кинематическую вязкость.
Не потому, что она "не нужна", а потому что в контексте MRV, CCS и HTHS она не используется. Это другая характеристика.
Физически кинематическая вязкость — это действительно "другая вязкость" или отношение вязкости к плотности. Именно потому - там не cP или мПа*с.

Вязкость​

Вязкость — это мера внутреннего трения жидкости. Формально, это отношение напряжения сдвига (τ) к скорости сдвига (γ).

• Напряжение сдвига (τ) — это сила, приложенная по касательной к единице площади поверхности. Проще говоря: чем больше сила и меньше площадь, тем выше напряжение.
• Скорость сдвига (γ) — это градиент скорости между слоями жидкости. Проще говоря: чем тоньше слой жидкости и выше скорость движения, тем выше скорость сдвига.

В итоге, вязкость можно упрощенно (не дифференциальная, а средняя-интегральная форма) представить как отношение четырех величин: [math]\text{Вязкость} \propto \frac{\text{Сила} \times \text{Толщина слоя}}{\text{Площадь} \times \text{Скорость}}[/math] Чем выше сила и толщина слоя — тем выше вязкость. Чем выше площадь и скорость — тем ниже вязкость.

Роль температуры​

На вязкость масла, например, сильно влияет температура. При нагреве жидкости ее молекулы получают больше энергии, начинают двигаться хаотичнее и дальше друг от друга. Это приводит к снижению плотности и, что для нас важнее, к снижению вязкости.
Влияние температуры на вязкость масел - заметное. Поэтому любое измерение вязкости проводится при какой-то указанной температуре.

ИТОГО -​

В обычных (классических) трибологических расчётах масла принято считать ньютоновскими жидкостями.
Это значит, что их вязкость не зависит* от геометрии прибора, скорости сдвига или скорости вращения поверхностей.
(*зависимость очень простая - в сути самой величины - по формуле выше).
Вязкость определяется внутренними свойствами жидкости — в первую очередь, молекулярным строением и температурой.
Если представить себе идеальное масло, в котором, скажем, полимерные добавки не искажают поведение жидкости, то на результат будет влиять только температура.
Для ньютоновских жидкостей вязкость остаётся постоянной при любых скоростях сдвига.
Именно поэтому величина вязкости предсказуема: зная температуру и задав геометрию, можно рассчитать и напряжение, и поток — всё по классической модели.

MRV, CCS и HTHS — это не разные виды вязкости. Это названия стандартизированных лабораторных тестов, которые измеряют одну и ту же физическую величину - вязкость - но в строго определенных условиях, имитирующих разную нагрузку на жидкость.

Не существует «HTHS-вязкости». Есть вязкость, измеренная по методу HTHS.

Зачем насочиняли эти приборы ?

• HTHS (High-Temperature High-Shear)
  • Что измеряет: Вязкость масла в узких зазорах при высоких температурах и высоких скоростях движения слоев. Иными словами - измерят обычную вязкость в этих якобы экстремальных условиях высокой скорости движения слоев, тонких пленок, высокой температуры.
• *CCS (Cold Cranking Simulator)
  • Что измеряет: Вязоксть масла в узких зазорах при низких температурах и высоких скоростях движения слоев. Иными словами - измерят обычную вязкость в этих условиях высокой скорости движения слоев, тонких пленок, но низкой температуры.
• MRV (Mini-Rotary Viscometer)
  • Что измеряет: Вязоксть масла в умеренных зазорах при низких температурах и низких скоростях движения слоев. Иными словами - измеряет обычную вязкость в этих условиях средней/низкой скорости движения слоев, но очень низкой температуры.

Зачем же их насочиняли?

В общем:
1. не было доступных мощных компьютеров;
2. чтобы не раскрывать состава. Чтобы контролировать что-то - не раскрывая состава.
Формально - сейчас почти любой мощный компьютер справится с этой задачей без измерений, внося небольшую поправку на работу полимера, если бы этот полимер был заявлен.

То есть - вязкость осталась той же математикой и ничем иным. И рассчитать ее - 2 минуты.
Полимеры внесли погрешность - но и это не проблема учесть, если знать состав.

*CCS - является тестом-шуткой. Жидкость в вязкости 9000 cP - не является уж очень вязкой для стартера. Более того, даже жидкость 12000 cP - не очень вязкая и элементарно проворачивается. Но все дело в том, что до приложения сдвигового воздействия - масло в тесте CCS имеет вязкость десятки тысяч cP. И это, якобы, имитирует работу стартер - вал - подшипник. Я считаю CCS - полезным тестом, так как он демонстрирует ту вязкость, которую масло будет иметь "в момент запуска". Но важно понимать, что до момента запуска - реальная вязкость жидкости гораздо выше.

 

[Аргентум]

14. Почему MRV, CCS, HTHS измеряют одно и то же (вякость), и как форумы путают физические величины с методами измерений этих величин

Часто можно встретить споры о «вязкости HTHS» или «вязкости CCS». Это детская ошибка, которая возникает из-за путаницы между физической величиной и методом ее измерения.

Вязкость​

Вязкость — это мера внутреннего трения жидкости. Формально, это отношение напряжения сдвига (τ) к скорости сдвига (γ).

• Напряжение сдвига (τ) — это сила, приложенная по касательной к единице площади поверхности. Проще говоря: чем больше сила и меньше площадь, тем выше напряжение.
• Скорость сдвига (γ) — это градиент скорости между слоями жидкости. Проще говоря: чем тоньше слой жидкости и выше скорость движения, тем выше скорость сдвига.

В итоге, вязкость можно упрощенно (не дифференциальная, а средняя-интегральная форма) представить как отношение четырех величин: [math]\text{Вязкость} \propto \frac{\text{Сила} \times \text{Толщина слоя}}{\text{Площадь} \times \text{Скорость}}[/math] Чем выше сила и толщина слоя — тем выше вязкость. Чем выше площадь и скорость — тем ниже вязкость.

Роль температуры​

На вязкость масла, например, сильно влияет температура. При нагреве жидкости ее молекулы получают больше энергии, начинают двигаться хаотичнее и дальше друг от друга. Это приводит к снижению плотности и, что для нас важнее, к снижению вязкости.
Влияние температуры на вязкость масел - заметное. Поэтому любое измерение вязкости проводится при какой-то указанной температуре.

ИТОГО -​

В обычных (классических) трибологических расчётах масла принято считать ньютоновскими жидкостями.
Это значит, что их вязкость не зависит* от геометрии прибора, скорости сдвига или скорости вращения поверхностей.
(*зависимость очень простая - в сути самой величины - по формуле выше).
Вязкость определяется внутренними свойствами жидкости — в первую очередь, молекулярным строением и температурой.
Если представить себе идеальное масло, в котором, скажем, полимерные добавки не искажают поведение жидкости, то на результат будет влиять только температура.
Для ньютоновских жидкостей вязкость остаётся постоянной при любых скоростях сдвига.
Именно поэтому величина вязкости предсказуема: зная температуру и задав геометрию, можно рассчитать и напряжение, и поток — всё по классической модели.

MRV, CCS и HTHS — это не разные виды вязкости. Это названия стандартизированных лабораторных тестов, которые измеряют одну и ту же физическую величину - вязкость - но в строго определенных условиях, имитирующих разную нагрузку на жидкость.

Не существует «HTHS-вязкости». Есть вязкость, измеренная по методу HTHS.

Зачем насочиняли эти приборы ?

• HTHS (High-Temperature High-Shear)
  • Что измеряет: Вязкость масла в узких зазорах при высоких температурах и высоких скоростях движения слоев. Иными словами - измерят обычную вязкость в этих якобы экстремальных условиях высокой скорости движения слоев, тонких пленок, высокой температуры.
• *CCS (Cold Cranking Simulator)
  • Что измеряет: Вязоксть масла в узких зазорах при низких температурах и высоких скоростях движения слоев. Иными словами - измерят обычную вязкость в этих условиях высокой скорости движения слоев, тонких пленок, но низкой температуры.
• MRV (Mini-Rotary Viscometer)
  • Что измеряет: Вязоксть масла в умеренных зазорах при низких температурах и низких скоростях движения слоев. Иными словами - измеряет обычную вязкость в этих условиях средней/низкой скорости движения слоев, но очень низкой температуры.

Зачем же их насочиняли?

В общем:
1. не было доступных мощных компьютеров;
2. чтобы не раскрывать состава. Чтобы контролировать что-то - не раскрывая состава.
Формально - сейчас почти любой мощный компьютер справится с этой задачей без измерений, внося небольшую поправку на работу полимера, если бы этот полимер был заявлен.

То есть - вязкость осталась той же математикой и ничем иным. И рассчитать ее - 2 минуты.
Полимеры внесли погрешность - но и это не проблема учесть, если знать состав.

*CCS - является тестом-шуткой. Жидкость в вязкости 9000 cP - не является уж очень вязкой для стартера. Более того, даже жидкость 12000 cP - не очень вязкая и элементарно проворачивается. Но все дело в том, что до приложения сдвигового воздействия - масло в тесте CCS имеет вязкость десятки тысяч cP. И это, якобы, имитирует работу стартер - вал - подшипник. Я считаю CCS - полезным тестом, так как он демонстрирует ту вязкость, которую масло будет иметь "в момент запуска". Но важно понимать, что до момента запуска - реальная вязкость жидкости гораздо выше.

Хороший способ понимания вязкости заключается в том, чтобы показать, что вязкость характеризует перенос импульса через поверхность. Диффузия импульса.
Каждый слой движется медленнее, чем слой над ним, а значит, и импульс каждого нижележащего слоя также последовательно уменьшается. Сдвиговое напряжение представляет собой количество потока импульса на единицу площади, а динамическая вязкость (Па·с) - это дифференциал равновесного импульса (кг·м/с) на единицу площади (м²) между соседними слоями поверхности.

[math] \mathrm{Pa} = \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m} \cdot \mathrm{s}^2} [/math]
[math]\frac{\text{momentum}}{\text{(surface area)}} = \mathrm{kg} \cdot \frac{m}{s} \cdot \frac{1}{m^2} = \frac{\mathrm{kg}}{m \cdot s} = \mathrm{Pa \cdot s} = \text{viscosity}[/math]

 

[Аргентум]

Да!
Но вы поговорили между собой )))
Было бы круто, если бы вы пояснили свои мысли )

Все очень просто

Если взять среднестатистическое моторное масло PCMO с полки (в 2025 году), то в его основе будут преимущественно углеводороды разной молекулярной массы и строения; на практике их удобно ориентировочно классифицируют по числу атомов углерода в молекуле, обозначаемому как Cx (например, C18, C25, C40), и в среднем с ростом этого числа уменьшается летучесть и повышается вязкость и температура кипения, хотя эта зависимость усреднённая и значительно модифицируется классом соединений (парафины/нафтены и др.) и изомерией. Даже внутри одного класса, скажем парафинов (алканов), линейные и разветвлённые изомеры ведут себя по-разному: нормальные (n-) алканы при той же углеродной численности имеют более высокие температуры плавления и склонность к образованию твёрдых парафиновых восков, тогда как изопарафины и разветвлённые изомеры сохраняют жидкость при более низких температурах и обычно обладают меньшей кинематической вязкостью; поэтому «жидкий парафин» - типичная GTL-база с высокой долей изопарафинов - структурно и по свойствам заметно отличается от твёрдого воскового парафина.



В итоге моторное масло - это сложная смесь, в которой присутствуют фракции, например, C18, C25, C40 и множество промежуточных и изомерных вариантов, а суммарное число уникальных молекулярных больших групп (даже не отдельных типов молекул) в образце может исчисляться десятками и сотнями тысяч, а при учёте всех возможных изомерий и примесей - и миллионами потенциальных групп.

Если бы гипотетически можно было полностью разложить и разделить смесь на отдельные группы молекул, близких по структуре и свойствам, то в одном образце обнаружилось бы сотни тысяч отдельных жидкостей и кусков воска (при 10°C), каждая со своей концентрацией и набором термодинамических и реологических характеристик.

Эти компоненты по-разному кристаллизуются, кипят и испаряются и имеют разные вязкости, а их совместное поведение задаёт макроскопические свойства масла. Лёгкие маловязкие фракции в смеси действуют как пластификаторы и растворители.
При нагреве они стремятся выйти «наружу» (пробиваясь сквозь тяжелых), а при сильном нагреве вообще стать газом и улететь.
А еще они образуют внутри объёма подвижные «каналы» или свободный объём, облегчающий движение крупных (тяжелых) молекул и фракций, поэтому даже относительно небольшая доля лёгкой фракции способна непропорционально уменьшить суммарную вязкость системы, из-за чего аппроксимация вязкости простым весовым средним даёт неверные результаты и приходится учитывать нелинейный, часто логарифмический характер смешивания реологических свойств.

 

[Аргентум]

Продолжая тему вязкости - почему KV не совсем "вязкость".​

В физическом смысле - вязкость = сопротивление. Однако:

• Вода: μ (вязкость) ≈ 1  мПа·с
  ρ (плотность) ≈ 1 г/см³
  ν ≈ 1  сСт
  
  
• Легкий углеводород: μ (вязкость) ≈ 1.1 мПа·с
  ρ (плотность) ≈ 0.75  г/см³
  ν ≈ 1.5  сСт
  
  
• Ртуть: μ (вязкость) ≈ 1.5  мПа·с
  ρ (плотность) ≈ 13.6  г/см³
  ν ≈ 0.11  сСт

Ну что это значит?

Например - на гладкой доске лежит плоский камень, приклеенный клеем. Мы пытаемся сдвинуть/толкать этот камень (протащить по доске).

• Динамическая вязкость μ — это «сила клея», которая мешает нам толкать камень по доске. Вязкость (настоящая) зависит только от качества клея. Камень прилипает - клей тормозит движение.
• Кинематическая вязкость ν = μ / ρ. Клей не меняется, но масса камня уже важна:
  
  • Камень лёгкий → легче толкать/тащить → ν высокая.
  • Камень тяжёлый → движение медленное → ν низкая.

А сама "вязкость" (отношение к плотности) в этом случае - превращается в ускорение (аналогия a = F / m) камня.
То есть - кинематическая вязкость это вообще не вязкость, а типа изменение времени движения приклеенного камня..

• μ (обычная вязкость) = сила клея → чем сильнее клей, тем сильнее тормоз, вес камня значения не имеет
  
  
• ν (кинематическая вязкость) = "ускорение" движения камня при данной массе и силе клея → чем легче камень, тем выше ν

---

Почему в маслах появилась KV?

Очень удобно -

Гравитация создаёт постоянный напор ΔP - источник силы, заставляющей течь.

Динамическая вязкость μ - сопротивление потоку; плотность ρ - сколько «массы» давит; их отношение μ/ρ - то, что определяет, сколько времени понадобится при данном напоре, чтобы слить фиксированный объём. Это прямое следствие закона Пуазейля.

Поэтому время истечения прямо пропорционально KV - это и есть практическая причина, почему секундомер в эффлюкс-вискозиметре даёт ν напрямую.

То есть - сделал какой-то прибор "примерной геометрии" и сливаешь масло измеряя секундомером время. Время = KV.

Настоящую (динамическую) вязкость так не измерить. Но для ньютоновской (обычной) жидкости: измерил KV, взял плотность = нашел легко настоящую вязкость.

 

[Аргентум]

Продолжая тему KV -

Ликбез по моторным маслам

Забываем о стереотипах и изучаем только реальные факты о моторных маслах • Страница 2

oil-glup.ru

Ликбез по моторным маслам

Забываем о стереотипах и изучаем только реальные факты о моторных маслах • Страница 1

oil-glup.ru

пояснение про "время" (натяжением пренебрегаем, ввиду примерной схожести для масел) -

[imath]Q=\dfrac{\pi R^{4}}{8\mu L}\,\Delta P[/imath]
[imath]\Delta P=\rho g h[/imath]
[imath]Q=\dfrac{\pi R^{4}}{8\mu L}\,\rho g h=\dfrac{\pi R^{4}\rho g h}{8\mu L}[/imath]
[imath]t=\dfrac{V}{Q}[/imath]
[imath]t=\dfrac{V}{\dfrac{\pi R^{4}\rho g h}{8\mu L}}=\dfrac{8\mu L\,V}{\pi R^{4}\rho g h}[/imath]
[imath]t=\dfrac{8L V}{\pi R^{4} g h}\cdot\dfrac{\mu}{\rho}[/imath]
[imath]\nu=\dfrac{\mu}{\rho}\quad(\text{кинематическая вязкость})[/imath]
[imath]t=\dfrac{8L V}{\pi R^{4} g h}\,\nu[/imath]
[imath]K\equiv\dfrac{8L V}{\pi R^{4} g h}\quad\Rightarrow\quad t=K\,\nu[/imath]
[imath][\nu]=\dfrac{\mathrm{m^{2}}}{\mathrm{s}},\quad [K]=\dfrac{\mathrm{s^{2}}}{\mathrm{m^{2}}}[/imath]
[imath][K]\,[\nu]=\dfrac{\mathrm{s^{2}}}{\mathrm{m^{2}}}\cdot\dfrac{\mathrm{m^{2}}}{\mathrm{s}}=\mathrm{s}[/imath]
[imath]\therefore\;t\propto\nu\quad\text{(при фиксированных }L,R,V,g,h\text{)}[/imath]
[imath]k_v\equiv\nu\quad\Rightarrow\quad t=K\,k_v[/imath]

Кинематическая вязкость — насколько быстро вязкая сила сможет изменить скорость данного объема массы. Время растет - KV выше.

 

[nonconfo]

вязкая сила

Что это?

 

[Аргентум]

Что это?

сама вязкость

[imath]\nu=\dfrac{\mu}{\rho}\quad[/imath]

[imath]{\mu}[/imath] - она

 

[nonconfo]

Кинематическая вязкость — насколько быстро вязкая сила сможет изменить скорость данного объема массы. Время растет - KV выше.

Как будто мне понятнее, что вязкая сила может замедлить скорость под влиянием гравитации

 

[Аргентум]

Как будто мне понятнее, что вязкая сила может замедлить скорость под влиянием гравитации

Хехе.
У Декарта и его последователей все космическое пространство заполнено тонкой «материей эфира», вращающейся вихрями. Планеты движутся не потому что их тянет Солнце, а потому что их «увлекает» соседний вихрь.
Ньютон разбирая это -





открыл закон вязкости (не KV, а вязкости) -

Resistentiam, quæ oritur ex defectu lubricitatis partium Fluidi, cæteris paribus, proportionalem esse velocitati, qua partes fluidi separantur ab invicem.

Ключевая причина - внутреннее «сопротивление» жидкости (то, что мы сейчас называем динамической вязкостью): её влияние на движение растет иначе, чем скорость слоёв, поэтому вихрь не «подстраивается» под законы планетарного движения.

 

[Аргентум]

Как будто мне понятнее, что вязкая сила может замедлить скорость под влиянием гравитации

Ну тогда тебе два факта -

1. KV15 воздуха - что-то там около 14 cSt
Сороковка!

2. А у ртути?

Воздух по KV в 100 раз более вязкий чем ртуть, при комнатной.

Это всё, что надо знать о KV.

Реальная вязкость, конечно, не об этом.

 

[Аргентум]

Для наглядности.

МП обзывают это и подобное полимерное мыло - сукцинимиды. Иногда - сукцинимид бора (полимерное мыло бывает борированным).​

Хвосты - растворимая в масле полимерная часть -

 

[Аргентум]

Кольцевая (нафтеновая) структура изменяет распределение σ-электронов, делая облако более легко искажаемым - повышается поляризуемость и эффективность индуцированных диполей (Лондонские силы). Компактная, менее гибкая форма увеличивает плотность контакта с плоскими и поляризуемыми фрагментами растворимых молекул, усиливая адсорбцию. В терминах параметров растворимости это проявляется в различии когезионной энергии и значений Hansen/Hildebrand, что повышает совместимость с поляризуемыми смолами и ароматическими компонентами. Практически: нафтеновые фракции лучше растворяют присадки и смолы, тогда как линейные парафины имеют меньшую поляризуемость и соответственно ниже растворяющую способность.

Нафтены минерального масла остаются неполярными, но растворение "органики", растворение частично полярных и поляризуемых комплексных соединений - значительно повышается.

 

[Аргентум]

Ну тогда тебе два факта -

1. KV15 воздуха - что-то там около 14 cSt
Сороковка!

2. А у ртути?

Воздух по KV в 100 раз более вязкий чем ртуть, при комнатной.

Это всё, что надо знать о KV.

Реальная вязкость, конечно, не об этом.

Для наглядности -



Если масса растет - Кинематическая Вязкость - становится маленькой и слабенькой. А если масса небольшая - Кинематическая Вязкость - мощная и крепкая.
Динамическая вязкость не зависит от массы.

 

[Аргентум]

Еще для наглядности -​

Растворитель «моет» в самом буквальном смысле: всё, что термодинамически растворимо - смолы, полимеры, комплексные соединения - переходит в истинный раствор, то есть дробится (ломается) на отдельные молекулы или фрагменты. Проще говоря, растворитель расплетает межмолекулярные связи твердой грязи и переводит её из агрегированного состояния в молекулярно-растворённую форму.

Дисперсант и детергент* не «ломают» твёрдые частицы механически; они адсорбируются на поверхности агломератов или покрывают участки материала, образуя стерические оболочки. Это препятствует повторному слипаню участков (меж собой или поверхностью) и стабилизирует фрагменты в виде дисперсии (часто в субмикронном диапазоне).

---

*есть некоторые оговорки по некоторым детергентам

 

[Аргентум]

И про авиа-поршневое доказательство -​

 

[Аргентум]

Что такое СУХОЕ МОТОРНОЕ МАСЛО (СУХОЕ МАСЛО)?​

Термин введён известным профессором -



В этой статье -

​

Термин означает - сниженную растворяющую способность!​

 

[Аргентум]

Почему вязким маслам (при росте вязкости от SAE12 к SAE40) нужно снижать анилиновую точку (повышать растворяющую способность готового масла)​

Даже если мы берём одну и ту же базу масла (одинаковая химия, одинаковая анилиновая точка), и разницу в вязкости KV₁₀₀ от 8 до 16 мм²/с получаем только за счёт того, что добавляем больше загустителя (длинных полимерных молекул VII), всё равно возникает тройной удар по растворяющей способности масла (solvency).

Первый удар - термодинамический.
Это когда молекулы «дружат» или «недолюбливают» друг друга. Есть правило (теория Флори–Хаггинса и параметр растворимости Гильдебранда): полимер и база либо хорошо смешиваются, либо нет. При малом количестве загустителя (KV₁₀₀ ≈ 8) всё спокойно. Но когда полимера становится заметно больше (KV₁₀₀ = 16), «степень недоверия» между ними растёт. Даже небольшое ухудшение растворяющей способности базы сразу делает смесь менее устойчивой - полимер начинает мешать другим веществам в растворе, которым надо быть растворенными рядом с полимером: как очень тяжелые люди в тесном эконом-классе самолета.

Второй удар - кинетический.
Это уже про скорость движения молекул. Есть простой физический закон (уравнение Стокса–Эйнштейна): чем гуще масло, тем медленнее движутся в нём все молекулы. Когда вязкость KV₁₀₀ удваивается (с 8 до 16 сСт), скорость диффузии любых веществ (присадок, продуктов окисления) падает ровно в два раза. Они просто не успевают вовремя «встретиться» с молекулами масла и раствориться. В горячих зонах двигателя возникают локальные сгустки, которые быстро превращаются в проблемы.

Третий удар - деградационный.
Полимерные загустители - длинные цепочки, которые при работе двигателя рвутся от высокой температуры и механического сдвига. Каждый разрыв даёт короткие, часто - полярные или поляризуемые обломки. Чем больше мы изначально добавили полимера (KV₁₀₀ = 16 сСт против 8 сСт), тем больше таких обломков появляется. Эти обломки ещё сильнее требуют хорошей растворяющей способности. Если база «сухая», они не удерживаются в растворе и превращаются в лак/нагар ещё быстрее.

Поэтому даже при совершенно одинаковой базе масло с KV₁₀₀ = 16 всё равно требует заметно более низкой анилиновой точки (то есть чуть более высокой растворяющей способности). Нельзя делать вязкие масла на сухой базе!

Без этого запас растворяющей способности быстро исчерпывается: присадки и продукты окисления начинают выпадать, появляется лак на деталях, пакет присадок теряет эффективность раньше срока, и масло быстрее «загрязняется».