Jaký je rozdíl mezi dynamickou a kinematickou viskozitou?

Viskozita je základní vlastností materiálu při studiu proudění tekutin v jakékoli aplikaci. Dva nejběžnější typy viskozity jsou dynamická a kinematická. Vztah mezi těmito dvěma vlastnostmi je velmi jednoduchý.

Dynamická viskozita (také nazývaná absolutní viskozita) je měřením vnitřního odporu tekutiny vůči proudění, zatímco kinematická viskozita je poměr dynamické viskozity k hustotě. Na základě výše uvedeného výrazu mohou mít dvě tekutiny se stejnou dynamickou viskozitou velmi rozdílnou kinematickou viskozitu v závislosti na hustotě a naopak. Proto není vždy snadné pochopit fyzikální význam vlastností těchto dvou materiálů.

Jednoduše řečeno, dynamická viskozita vám poskytuje informace o síle potřebné k tomu, aby tekutina proudila určitou rychlostí, zatímco kinematická viskozita udává, jak rychle tekutina proudí, když je aplikována specifická síla.

Vnitřní odpor vůči proudění tekutiny (dynamická viskozita) znamená, že při vytlačování tekutiny působí síly. Tato síla (F) je úměrná:

1) Smyková rychlost (SR)

2) Plocha povrchu (A)

3) Dynamická viskozita (η)

F=ηA ×SR

Ve výše uvedeném výrazu (Newtonův zákon viskozity) se dynamická viskozita používá jako konstanta úměrnosti mezi napětím F/A a rychlostí deformace nebo rychlostí smyku. Dalším způsobem, jak přemýšlet o kinematické viskozitě, je uvědomit si, že má difúzní koeficient [cm 2 / s]. Z tohoto důvodu se kinematická viskozita někdy nazývá difuzivita hybnosti, analogicky k difuzi tepla a hmoty. V tomto smyslu je dynamická viskozita podstatnější vlastností, zatímco kinematická viskozita je odvozenou vlastností.

Historicky byla zvolenou metodou měření viskozity kinematická viskozita, protože nezahrnuje měření síly. Ve většině „kinematických“ viskozimetrů je proudění tekutiny poháněno gravitací (g). Tyto metody (kapilára, trychtýř...) jednoduše měří dobu, za kterou tekutina proteče danou geometrií. Přesnější viskozimetry se spoléhají na měření smykového napětí při dané smykové rychlosti. To umožňuje úplnější charakterizaci otisku viskozity (tj. viskozita versus smyková rychlost) komplexních nenewtonských kapalin.

Dalším rozdílem mezi těmito dvěma vlastnostmi je jedinečnost jejich jednotek. Jednotky dynamické viskozity jsou dobře MPa-s v jednotkách SI a ekvivalentní CP (centimetry) v CGS. Na druhou stranu nejběžnějšími jednotkami kinematické viskozity jsou jednotky SI v centimetrech za sekundu a CGS v centistokech (centimetrová trubice), ale záleží také na odvětví nebo aplikaci, zda se měří ve více než jedné libovolné jednotce. To je případ Saybolt Universal Seconds (SUS) v ropném průmyslu, kde se jako měřítko viskozity používá čas potřebný k tomu, aby 60 cm3 tekutiny proteklo kalibrační trubicí při 38 stupních. Dalším příkladem je použití „hrnku“ k měření doby, kterou daný vzorek potřebuje protéct nálevkou dané geometrie. Tyto metody se často používají jako měřiče viskozitního indexu, protože neposkytují konzistentní výsledky, které lze sdílet mezi různými laboratořemi.

Který byste tedy měli použít? Pokud vás zajímají interakce mezi molekulami, které lze vysvětlit z hlediska mechanického namáhání, pak je vhodnější dynamická viskozita. Například dynamická viskozita může určovat účinek změn formulace na molekulární interakce a viskozitu. Naproti tomu kinematická viskozita se stala standardem v ropném průmyslu díky jednoduchosti kinematického viskozimetru. Z tohoto důvodu je kinematická viskozita výhodnější, když je zájem o pohyb tekutiny a rychlostní pole, protože nese informaci o šíření pohybu způsobeného třením.