Негативное влияние лишней вязкости - Страница 1

[WilliamHot]

Почему вязкость мешает (в чем проблема лишней вязкости)

Формула Стокса-Эйнштейна для коэффициента диффузии [imath]D[/imath] записывается как:
[math]D = \frac{k_B T}{6 \pi \eta r}[/math]
Где:

- [imath]D[/imath] — коэффициент диффузии ([imath]\text{м}^2/\text{с}[/imath]),
- [imath]k_B[/imath] — постоянная Больцмана ([imath]1.380649 \times 10^{-23}\, \text{Дж/К}[/imath]),
- [imath]T[/imath] — абсолютная температура ([imath]\text{К}[/imath]),
- [imath]\eta[/imath] — вязкость среды ([imath]\text{cP} \cdot 10^{-3}[/imath]),
- [imath]r[/imath] — радиус частицы ([imath]\text{м}[/imath]).

Дано:

1. Радиус частицы [imath]r = \frac{500\,\text{нм}}{2} = 250 \times 10^{-9}\,\text{м}[/imath].
2. Температура [imath]T = 100^\circ\text{C} = 273.15 + 100 = 373.15\,\text{K}[/imath].


[imath]D = \frac{k_B T}{6 \pi (\eta \cdot 10^{-3}) r} = \frac{k_B T}{6 \pi \eta r \cdot 10^{-3}}[/imath].

Подставим значения для вязкости 6 cP

[imath]D = \frac{1.380649 \times 10^{-23} \cdot 373.15}{6 \cdot \pi \cdot 6 \cdot 250 \times 10^{-9} \cdot 10^{-3}}[/imath]

Рассчитанный коэффициент:
[imath]D \approx 1.82 \times 10^{-13} \, \text{м}^2/\text{с}[/imath].

Подставим значения для вязкости 10 cP

[imath]D = \frac{1.380649 \times 10^{-23} \cdot 373.15}{6 \cdot \pi \cdot 10 \cdot 250 \times 10^{-9} \cdot 10^{-3}}[/imath]

Рассчитанный коэффициент:
[imath]D \approx 1.09 \times 10^{-13} \, \text{м}^2/\text{с}[/imath].

Для частиц этого размера - разница 1.7 раз в пользу SAE20 против SAE30. Если взять SAE40 то разница будет более 2x в пользу SAE20.

Если увеличивать размер частицы (растворяемой, диспергируемой, и т.п.) на порядок - на порядок упадет и [imath]D[/imath].

 

[Аргентум]

Есть еще и формула Нернста для «омываемых поверхностей». Она также обратно пропорциональна к росту вязкости: чем выше вязкость - тем хуже. Решение Нернста еще сильнее портит картину.

 

[Аргентум]

@Фёдор что думаешь об этом -

Пусть функциональная эффективность смазочной среды [imath]F[/imath] определяется способностью системы обеспечивать перенос, растворение и доставку активных компонентов к межфазной границе. Тогда в первом приближении эффективность процесса можно представить как произведение кинетического и термодинамического факторов:

[imath] F \sim D \cdot S [/imath]

где:

- [imath]D[/imath] — коэффициент молекулярного переноса (диффузии),
- [imath]S[/imath] — параметр solvency (солватирующей/растворяющей способности среды).

Согласно соотношению Стокса–Эйнштейна:

[imath] D=\frac{k_B T}{6\pi \eta r} [/imath]

где:

- [imath]k_B[/imath] — постоянная Больцмана,
- [imath]T[/imath] — абсолютная температура,
- [imath]\eta[/imath] — динамическая вязкость,
- [imath]r[/imath] — эффективный гидродинамический радиус диффундирующей частицы.

При фиксированных [imath]T[/imath] и [imath]r[/imath]:

[imath] D \propto \frac{1}{\eta} [/imath]

Следовательно:

[imath] F \propto \frac{S}{\eta} [/imath]

Это выражение показывает, что рост вязкости уменьшает кинетическую доступность компонентов системы вследствие снижения коэффициента диффузии и замедления массопереноса.

Для сохранения постоянной функциональности системы необходимо выполнение условия:

[imath] F=const [/imath]

откуда:

[imath] \frac{S}{\eta}=const [/imath]

или:

[imath] S \propto \eta [/imath]

Таким образом, увеличение вязкости требует компенсирующего увеличения solvency среды.

Если ввести анилиновую точку [imath]AP[/imath] как обратный эмпирический индикатор растворяющей способности углеводородной среды:

[imath] S \propto \frac{1}{AP} [/imath]

то:

[imath] F \propto \frac{1}{\eta \cdot AP} [/imath]

и условие сохранения одинаковой функциональной эффективности принимает вид:

[imath] \eta \cdot AP \approx const [/imath]

Следовательно, при увеличении вязкости среды желательным является снижение анилиновой точки, то есть увеличение химического сродства среды к растворяемым полярным компонентам.

Физический смысл модели заключается в компенсации кинетических потерь массопереноса термодинамическим усилением межмолекулярного взаимодействия. Рост вязкости ухудшает:

[imath] D,\quad J,\quad k_m [/imath]

где:

- [imath]D[/imath] — коэффициент диффузии,
- [imath]J[/imath] — поток вещества,
- [imath]k_m[/imath] — коэффициент массопередачи.

Компенсация осуществляется повышением:

[imath] S,\quad \chi,\quad \delta_p [/imath]

где:

- [imath]S[/imath] — solvency,
- [imath]\chi[/imath] — параметр межмолекулярного сродства,
- [imath]\delta_p[/imath] — полярная компонента параметра растворимости Гильдебранда–Хансена.

Тогда общий принцип формулирования можно записать как:


При росте вязкости среды снижение кинетической подвижности должно компенсироваться увеличением термодинамической способности среды к солватации и растворению.


или в безразмерной форме:

[imath] \boxed{ \Pi=\frac{S}{\eta}=const } [/imath]

где [imath]\Pi[/imath] представляет собой условный параметр эффективности солватационно-диффузионного переноса смазочной среды.

p.s.

Федька не против

https://oil-glup.ru/threads/iskusstvennyj-intellekt.437/post-35573

 

[Nickol]

Это зависит от узла. Стандарта нет.
Для ДВС я бы назвал <70° недогретое, <40° непрогретое.

При какой температуре масла в ДВС просыпается химия масла ?
Как влияет вязкость масла на его химию?

 

[Аргентум]

Как влияет вязкость масла на его химию?

чем выше - тем хуже, кроме испарений (и тумана /каплеобразование/, при равном полимере).

Впрочем, это скорее физика… или физхимия.

 

[SaintBeaver]

Как влияет вязкость масла на его химию?

Рост температуры увеличивает эффективность присадок.

При какой температуре масла в ДВС просыпается химия масла ?

Она не спит, скорость реакции разная.