柴油的粘度

1.质量要求

黏度是保证车用柴油正常输送、雾化、燃烧及油泵润滑的重要质量指标。黏度关系到发动机供油系统（滤清器、油泵、喷嘴）的正常工作，黏度过大，油泵效率降低，发动机的供油量减少，同时喷油嘴喷出的油射程远，油滴颗粒大，不均匀，雾化状态不好，与空气混合不均匀，燃烧不*，甚至形成积碳；黏度过小，则影响油泵润滑，加剧磨损，而且喷油过近，造成局部燃烧，同样会降低发动机功率。因此，高、中、低速柴油机均需要有一个适宜黏度范围的燃料。

轻柴油和车用柴油对黏度的质量要求是：黏度适宜，即具有良好的流动性，以保证高压油泵的润滑油和喷油雾化的质量，利于形成良好的混合气。

2.评定指标及意义

黏度是液体在一定剪切应力流动时内摩擦力的量度。黏度有动力黏度与运动黏度之分，两者有简单的换算关系，车用柴油的黏度用运动黏度评价。

动力黏度是表示液体在一定剪切应力下流动时内摩擦力的量度。当流体处于层流状态时，符合以下的牛顿黏性定律公式：

τ＝F/S＝μdν/dx

式中  τ----剪切应力，即单位面积上的剪力，Pa;

       S----相邻两层流体的接触面积，㎡；

       F----相邻两层流体相对运动时产生的剪力（或称为内摩擦力），N

       dν/dx---在与流动方向垂直方向上的流体速度变化率，称为速度梯度，S^-1

      μ----流体的黏滞系数，又称动力黏度，简称黏度，Pa·s

符合上式关系的流体称为牛顿型流体。黏滞系数是衡量流体黏性大小的指标，称为动力黏度，简称黏度。其物理意义是：当两个面积为1㎡，垂直距离为1m的相邻流体层，以1m/s的速度作相对运动时所产生的内摩擦力。

运动黏度则是液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度。其数值为相同温度下液体的动力黏度与其密度之比，如下式：

ν_t=μ_t/ρ_t

式中：  ν_t ----－油品在温度t时的运动黏度，㎡/s;

        μ_t ----－油品在温度t时的动力黏度，Pa·s

        ρ_t----－油品在温度t时的密度，㎏／M³

实际生产中，常用㎜²／s作为油品运动黏度单位，1㎡/s＝10⁶㎜²／s

黏度与流体的化学组成密切相关。通常，当碳原子数相同时，各种烃类黏度大小排列的顺序是：

正构烷烃＜异构烷烃＜芳香烃＜环烷烃，且黏度随环数的增加及异构程度的增大而增大。在油品中，环上碳原子在油料分子中所占比例越大，其黏度越大，表现为不同原油的相同馏分，含环状烃多的（特性常数K值小）油品比相对分子质量的增大，分子间引力增大，则黏度也增大，故石油馏分越重，其黏度越大（见表3-2）。我国轻柴油和车用柴油按牌号对20℃的运动黏度有不同的要求，详见表3-1.

       表3-2  不同类型原油一些馏分的运动黏度比较

3.测定方法

柴油运动黏度的测定按GB/T 265-88《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》进行，主要仪器是玻璃毛细管黏度计，该法适用于属于牛顿型流体的液体石油产品。其原理是依据泊赛耳方程式：

μ＝πγ⁴pτ/8VL            （3-7）

式中   μ----试样的动力黏度，Pa／s

       γ----毛细管半径，m

        L----毛细管长度，m

        V----毛细管流出试样的体积，m3

        τ----试样的平均流动时间（多次测定结果的算术平均值），s

         P----使试样流动的压力，N／㎡

如果试样流动压力改用油柱静压力表示，即P=hρg,再将动力黏度转换为运动粘度，则式（3-7）改写为：

ν＝μ／ρ＝﹙πγ⁴ hρgτ﹚／﹙8VLρ﹚＝﹙πγ⁴ hg﹚·τ／﹙8VL﹚

（3-8）

式中：ν----试样的运动粘度，㎡／s

         h----油柱高度，m

         g----重力加速度，m／s²

             对于的毛细管粘度计，其直径、长度和液柱高度都是定值，即γ、V、L 、h、g均为常数，因此（3-8）可改写为：

ν＝Cτ      （3-9）

C＝﹙πγ⁴ hg﹚／﹙8VL﹚

式中    C----毛细管黏度计常数，㎡／s²

      其他符号意义同式（3-8）。毛细管粘度计常数仅与粘度计的几何形状有关，而与测定温度无关。

        式（3-9）表明液体的运动黏度与流过毛细管的时间成正比。因此，只要预先测得毛细管粘度计常数，就可以根据液体流出毛细管的时间计算其黏度。测定时，把被测试样装入直径合适的毛细管粘度计中，在恒定的温度下，测定一定体积试样在重力作用下流过该毛细管粘度计的时间，粘度计的毛细管常数与流动时间的乘积即为该温度下试样的运动黏度。

         由于油品的黏度与温度有关，故式（3-9）可改为：

ν_t＝Cτ_t       （3-10）

式中  ν_t----在温度t时，试样的运动黏度，㎜2／s;

         τt----在温度t时，试样的平均流动时间，s

表3-3   玻璃毛细管黏度计规格型号

在SH／他0173-92《玻璃毛细管粘度计技术条件》中规定，应用于石油产品黏度检测的毛细管粘度计分为四种型号，见表3-3.测定时，应根据试样黏度和试验温度选择合适的黏度计，必须满足试样流动时间不少于200s，内径为0.4㎜的黏度计流动时间不少于350s。

不同的毛细管黏度计，其常数C值不尽相同，其测定方法如下：用已知黏度的，在规定条件下测定其通过毛细管粘度计的时间，再根据式（3-8）计算出C,测定时，要注意选用的标准液体其黏度应与试样接近，以减少误差。通常，不同规格的黏度计出厂时，都给出C的标定值。

1.     影响测定的主要因素

（1）温度    油品黏度随温度变化很明显，为此规定试验温度必须控制恒定在所要求温度的±0.1℃以内，否则即使是极小的波动，也会使测定结果产生较大的误差。

       为维持稳定的测定温度，要求试验使用的恒温浴高度不小于180㎜，容积不小于2L，设有自动搅拌装置和能够准确调温的电热装置。根据测定条件，要在恒温浴内注入表3-4中列举的一种液体。

（2）流动时间    试样通过毛细管黏度计的流动时间要控制在不少于200s，内径为0.4㎜的粘度计流动时间不少于350s。以确保试样在毛细管内处于层流状态，符合式（3-10）的使用条件，试样通过时间过短，易产生湍流，会使测定结果产生较大偏差；通过时间过长，不易保持温度恒定，也可引起测定偏差。

（3）黏度计位置    黏度计必须调整成垂直状态，否则会改变液柱高度，引起静压差的变化，使测定结果出现偏差。黏度计向前倾斜时，液面压差增大，流动时间缩短，测定结果偏低。黏度计向其他方向倾斜时，都会使测定结果偏高。

（4）气泡的产生    吸入黏度计的试样不允许有气泡，气泡不但会影响装油体积，而且进入毛细管后还能形成气塞，增大流体流动阻力，使流动时间增长，测定结果偏高。

（5）试样预处理    试样必须脱水、除去机械杂质。试样含水在较高温度下进行测定时会气化；在低温下测定时则会凝结，均影响试样的正常流动，使测定结果产生偏差。杂质的存在，易黏附于毛细管内壁，增大流动阻力，使测定结果偏高。