ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплофизические свойства из "Физико-химические и теплофизические свойства смазочных материалов" Выбор реологического уравнения для описания кривых течения смазок неоднократно рассматривался в отечественной и зарубежной литературе. Интерес к этому вопросу значительно возрос в последние годы в связи с расширением применения смазок в крупных агрегатах и необходимостью расчета гидравлических систем. Для данной проблемы он имеет определяющее значение в связи с решением более сложных задач неизотермического течения и теплообмена в аппаратах производства смазок. Учитывая назначение этого уравнения, для него важна не только простота математической зависимости, но и минимальное количество реологических параметров. Эти параметры, хроме того, должны определяться по результатам измерений в такой области, где при существующих методах могут быть получены достоверные сведения. [c.101] Для последующего изложения интерес представляют следующие данные в известных нам литературных источниках задачи течения вязких неньютоновских жидкостей решались в подавляющем числе случаев для наиболее простых в математическом отношении моделей — степенного закона (примерно, 75—80 % от общего количества) и линейной модели Шведова—Бингама (10—15 %). Всем остальным, более сложным реологическим моделям посвящено, примерно 10 % известных работ. [c.101] У смазок в режиме установившегося течения отсутствуют заметные эластические деформации это несколько упрощает решение поставленной задачи, поскольку для уравнения течения следует получить математическую зависимость, определяющую связь тензора касательных напряжений с тензором скоростей деформаций. Однако и в такой постановке эта задача является достаточно сложной, поскольку течение смазок определяется большим числом взаимосвязанных факторов, зависящих от вязкости дисперсионной среды, концентрации и свойств загустителя, а также от механических разрушений на предшествовавших течению стадиях. Кроме того, роль этих факторов неодинакова на различных участках кривых течения. Попытки учесть даже часть этих факторов приводят к очень сложным уравнениям, которые полезны для качественной оценки некоторых закономерностей течения, но непригодны для инженерных приложений [111, 112]. [c.101] Изложенные выше соображения об аппрокснмационном характере уравнения Рй и Эйринга й его модификаций подтверждаются результатами применения его для описания кривых течений различных смазок. В iJ14j выяснено, что для одних и тех же смазок значения времен релаксации отличаются ка несколько порядков. Несоответствие этой теории экспериментальным данным для смазок было обнаружено и ранее (113). [c.102] В равной мере апяроксимационным является к уравнение, предложенное в 11151 на основе рассмотрения влияния упругих свойств нри течении- вязкопластичной среды поскольку роль упругих свойств при установившемся течении незначительна, нелинейность кривой течения не может быть следствием проявления упругих сил. [c.102] Известны методы построения реологического уравнения, учитывающие роль разрушения структуры (1161, однако полученное уравнение слишком сложно и малопригодно для решения задач переноса. [c.102] Приведенные данные свидетельствуют о том, что получить приемлемое для инженерных приложений реологическое уравнение, учитывающее весь комплекс сложных взаимосвязей в структуре смазок, практически невозможно. В связи с этим перспективным представляется использование для описания кривых течения реологических моделей. Последние, как известно, не являются физическими законами, а лишь эмпирическими или полуэмпириче-скими приближениями, описывающими кривые течения в определенном диапазоне скоростей сдвига. Тем не менее, если реологическая модель учитывает характерные условия деформирования, она хорошо отражает наиболее характерные особенности поведения исследуемой системы. [c.102] Возможность использования различных реологических моделей для описания кривых течения смазок была рассмотрена Виноградовым 182). Им было показано, что все смазки обладают достаточно высоким пределом текучести, в связи с чем применение степенного закона для описания кривых течения приводит к большим погрешностям. Что касается линейного уравнения Шведова— Бингама, то оно описывает кривые течения только в ограниченной области скоростей сдвига. В более поздней работе [117] показано, что для аппроксимации кривой течения смазки в пределах 5—6 порядков по V необходимы четыре уравнения Шведова—Бингама. [c.102] Попытки обойти эту трудность привели к тому, что, большинство известных реологических моделей для смазок (модель Сиско и ее модификации 1118—120], модель Бриана [1211) построены по параметрам на бесконечности (при у - со). Однако эти модели оказались малопригодными для решения широкого круга инженерных задач, так как они не соответствуют кривым течения в области малых и средних скоростей сдвига и не отражают в связи с этим специфических условий течения смазок. Введение в модель Сиско предела текучести значительно усложнило ее и она не получила распространения (122]. [c.103] При построении реологического уравнения для смазок следует исходить из того, что скорости деформации, соответствующие начальной области кривой течения с необратимо изменяющейся структурой, малы (обычно менее 10 —10 с ), в связи с чем для большинства инженерных приложений ими можно пренебречь и рассматривать свойства системы после выхода ее на установившийся режим течения как для пластичного тела с остаточным пределом текучести То. Последнее хорошо соответствует реальным условиям, поскольку смазка перед поступлением в трубопроводы и аппараты подвергается достаточно сильным деформациям. [c.103] Применение ставшей уже классической модели по сравнению с созданием новых реологических моделей для смазок имеет ряд явных преимуществ главное из них — возможность использования результатов, накопленных в отечественной и зарубежной литературе, при решении теоретических и прикладных задач [124]. [c.104] Значение структурной составляющей Tq соответствует. остаточному пределу текучести. Что касается вязкой составляющей она по физическому смыслу представляет собой сопротивления, вызванные относительным перемещением дисперсионной среды и обтеканием ею элементов каркаса или его обломков. Непосредственно измерить эту составляющую практически невозможно и соответственно нельзя установить, сохраняет ли свое значение при у О структурная составляющая, определяемая при Y О- Можно лишь предполагать, что полного соответствия, по-видимому, не существует, в связи с чем разделение общего напряжения сдвига на структурную и вязкую составляющие носит в известной мере условный характер. Однако оно не искажает основных закономерностей деформирования смазок, что подтверждается характером влияния вязкости дисперсионной среды на Tq и k. Так, по нашим данным [7 ], для систем, в которых вязкости дисперсионных сред отличаются друг от друга, примерно, на два порядка (нефтяные масла МВП и МС-20) значение Тд практически не изменилось, а значение k увеличилось примерно так же, как и вязкости дисперсионных сред (рис. 3.5). [c.104] Ранее указывалось, что реологическое уравнение строится для установившейся кривой течения. Предел текучести на этой кривой после сдвигового разупрочнения смазок имеет четкий физический смысл благодаря способности структурного каркаса восстанавливаться с высокой скоростью при снижении напряжения сдвига смазка вновь начинает вести себя как твердое тело. То наибольшее напряжение сдвига, при котором релаксационными процессами в смазке можно пренебречь и при котором практически прекращается течение, является остаточным пределом текучести То. Экспериментально значение То может быть определено в коаксиально-цилиндрическом вискозиметре по методике, описанной в [82]. Результаты таких определений для широкой номенклатуры смазок приведены в [7] в сопоставлении со значениями То, кото )ые вычислены по кривым течения путем аппроксимации к v - О 1о ним построен график на рис. 3.6. Из рисунка видно, что откло нения находятся в пределах воспроизводимости определения Тц Аналогичные данные получены в [105] для саженаполненных по лимеров, к значениям у - О для определения То экстраполировались кривые течения, полученные на сдвиговом пластометре с использованием рифленых пластинок. [c.105] Из принятых при построении уравнении (3.3 допущений наиболее жестким является постоянство я, в действительности эта величина изменяется с температуро , отражая изменение загущающего эффекта дисперсной фазы. Введение в уравнение (3.3) зависимости п f (Г) повышает его точность, но существенно ограничивает использование этого уравнения для решения прикладных задач. Поэтому п выбиралось равным такому среднему значению для данного температурного интервала, которое обеспечивало минимальные отклонения расчетных кривых течения от экспериментальных данных. Эти отклонения специально исследовались в [71 и 11301, где показано, что они не превышают I5% и находятся в пределах воспроизводимости кривых теченяя про-мышленных образцов смазок. Поэтому нецелесообразно добиваться большой точности за счет усложнения уравнения (3.3). [c.107] В [7] была показана степенная зависимость реологических констант от концентрации загустителя, однако зависимость показателя степени от типа загустителя найти не удалось, поскольку влияет и ряд других факторов, в том числе и свойства дисперсионной среды. В связи с этим в уравнении (3.3) эта зависимость не вводилась. [c.108] Константы уравнений (3.1) и (3.3) для наиболее широко распространенных смазок массового назначения даны в табл. П.2 и П.З, а рассчитанные по этим уравнениям вязкостные свойства при трех скоростях сдвига у 10, 100 и 1000 с совместно с теплофизическими свойствами во всем температурном интервале применения смазок в табл. ПА. Приложения. В 1311 путем измерения профиля скорости в круглых трубах показано, что константы реологических уравнений (3.1) и (3.3) хорошо соответствуют реальным условиям течения в частности установлено, что пластические свойства смазок определяются значением Tq, т. е. пределом прочности в условиях сдвигового разупрочнения. [c.108] Поскольку Оэкв является скоростью сдвига на стенке для ньютоновской жидкости при данных Q я R, т]э в соответствует вязкости такой ньютоновской жидкости, которая в капилляре длиной L дает такое же сопротивление течению, как и данная неньютоновская система. В связи с этим логично, исходя из физической сущности, эту вязкость называть эквивалентной, а соответствующую ей скорость сдвига — эквивалентной скоростью сдвига или деформации. Принятое в ГОСТ 7163—63 определение вязкости по формуле (3.4) как эффективной неточно, неточно также определение как средней скорости деформации. [c.109] Иногда термины эффективная и средняя вообще опускаются, что на наш взгляд, нельзя признать рациональным, поскольку рассчитанные по формуле (3.4) и нельзя отождествлять с действительными значениями tj и y — действительной скоростью сдвига на стенке капилляра. [c.109] В пользу такого вывода, а именно необходимости четко обозначить вязкость по формуле (3.4) как т]экв. говорит и такой факт. Существует определение т]э в и в ротационном вискозиметре. Величина эта определяется как отношение измеренного момента на внутреннем или внешнем цилиндре к скорости сдвига на соответствующем цилиндре для ньютоновской жидкости при данном числе оборотов и геометрических размерах цилиндров, определяемой по известной формуле Моргулиса [841. Значения т]э в. вычисленные по данным измерений в капиллярном и ротационном вискозиметрах, существенно разнятся, в то время значение вязкости, как физической величины, не может зависеть от типа прибора, на котором она определяется. [c.109] Вязкость, вычисленную по D, называют эффективной в я 3 к о с т ь ю Пэф 156]. Аналогичное определение дано и вязкости, определяемой по ГОСТ 9127—59 на ротационном пласто-вискозиметре ПВР-1. [c.109] Вернуться к основной статье