Файл: Лабораторная работа 2 Определение вязкости нефти и нефтепродуктов.docx

Лабораторная работа №2
Определение вязкости нефти и нефтепродуктов.

Цель работы – Изучение методик определения кинематической вязкости нефти и нефтепродуктов и рассчитать динамическую вязкость

Задачи:

1. 
   Экспериментально определить вязкость нефти и масла.
   
2. 
   Построить график зависимости кинематической вязкости от температуры и сделать вывод о характере изменения вязкости в зависимости от температуры.
   

1 Теория

Динамическая вязкость (коэффициент динамической вязкости) – тношение напряжения сдвига, возникающего при движении слоев жидкости относительно друг друга, к скорости деформации (скорость, с которой слои движутся друг относительно друга). Динамическая вязкость является мерой сопротивления течению или деформируемости жидкости.

Кинематическая вязкость – отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при той же температуре. Кинематическая вязкость является мерой сопротивления течению жидкости под влиянием силы тяжести (силы гравитации).

Ньютоновская жидкость – жидкость, для которой динамическая вязкость не зависит от напряжения сдвига и скорости деформации. Если отношение напряжения сдвига к скорости деформации не постоянно, жидкость не является ньютоновской.

Приборы для определения кинематической вязкости называются вискозиметрами. Чаще всего для определения кинематической вязкости используют стеклянные вискозиметры, в которых испытуемая жидкость протекает через капиллярные трубки определенного диаметра. Отмечая время протекания жидкости через капилляр, можно вычислить ее вязкость:
_v=C*τ.
Величина С называется постоянной вискозиметра. Она не зависит от температуры, а зависит только от геометрических размеров вискозиметра. Каждый вискозиметр снабжается паспортом, в котором указана его постоянная С.

В зависимости от прозрачности нефтепродукта и уровня его вязкости следует применять вискозиметры указанных ниже конструкций:

---

• 
  для измерения вязкости прозрачных жидкостей при температурах выше нуля – вискозиметр ВПЖ-1 (рисунок 1.1, а);
  
• 
  для измерения вязкости прозрачных жидкостей при любых темпе­ратурах — вискозиметры ВПЖ-2 (рисунок 1.1, б) и Пинкевича
  (рисунок 1.1, в);
  
• 
  для измерения вязкости непрозрачных жидкостей — вискозиметры ВНЖ (рисунок 1.1, г);
  
• 
  для измерения вязкости малых количеств (не более 1 мл) прозрачных жидкостей при любых температурах – микровискозиметр ВПЖМ.
  

1,2 – колена прибора; 3 – отводная трубка; 4–6 – расширения (резервуары); 7 – капилляр; 8 – пипетка; 9 – пробирка-муфта; 10 – приемник; М – метки
Рисунок 1.1 – Приборы для определения вязкости нефтепродуктов
Сущность метода заключается в измерении стеклянным капиллярным вискозиметром времени истечения определенного объема испытуемого нефтепродукта под влиянием силы тяжести. Кинематическая вязкость вычисляется как произведение измеренного времени истечения нефтепродукта и постоянной вискозиметра. Динамическая вязкость вычисляется как произведение кинематической вязкости и плотности нефтепродукта при одной и той же температуре.

Определения кинематической вязкости рассмотрим на примере вискозиметра ВПЖ-2 (рисунок 1.2).



1 – узкое колено; 2,3 – широкое колено; 4 – расширительные емкости

Рисунок 1.2 – Визкозиметр ВПЖ-2

Вискозиметр устанавливают в термостат так, чтобы расширение 4 было ниже уровня жидкости. Наполняют вискозиметр нефтепродуктом через трубку 2. Регулятором температуры термостата устанавливают температуру испытания и выдерживают в термостате не менее 15 мин. Устанавливают резиновую грушу на трубку 1 и засасывают жидкость в трубку 1 примерно до 1/3 высоты расширения 4, снимают резиновую грушу. Определяют время перемещения мениска жидкости от метки M1 до M2. Время, отмеченное по секундомеру записывают с точностью до 0,1 сек. Определение времени проводят не менее трех раз.

Кинематическую вязкость при температуре определения находят по формуле:

---

ν_t = С τ_t , (1)
где τ_t – время истечения нефтепродукта через капилляр (среднеарифметическое нескольких измерений) в объеме V, с;

С – постоянная вискозиметра, рассчитываемая по формуле:

, мм²/с²,

где r, L – радиус и длина капилляра, мм;

g – ускорение свободного падения (9,80665), м/с²;

h – высота столба жидкости, мм.

2 Оборудование

2.1 Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

E – аналоги левой клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

Z – визуальное приближение.

F10 – выход из программы.



Рисунок 2.1 – Активные клавиши клавиатуры


Рисунок 2.2 – Функции манипулятора
Левая клавиша манипулятора (ЛКМ) – управление объектами (в режиме манипуляции).

Правая клавиша манипулятора (ПКМ) – переход в режим манипуляции (управление объектами), возврат в режим навигации (перемещения по сцене).

Примечание – При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

2.2 Оборудование, необходимое для проведения лабораторной работы

Оборудование лабораторное (рисунок 2.3):

1. 
   Образцы нефти и масла.
   
2. 
   Термостат с термометром.
   
3. 
   Штатив.
   
4. 
   Вискозиметр ВПЖ-2.
   
5. 
   Секундомер.
   
6. 
   Резиновая трубка с грушей.
   

Рисунок 2.3 – Оборудование лабораторное

3 Порядок проведения работы

Рекомендованный порядок действий:

1. 
   Заполнить вискозиметр испытуемым образцом, для этого взять бутыль с образцом и применить к трубке вискозиметра 2 (рисунок 1.2).
   
2. 
   Поставить бутыль с образцом на стол.
   
3. 
   Выдержать вискозиметр с образцом в термостате не менее 15 минут.
   
4. 
   Взять грушу и установить на трубку вискозиметра 1 (рисунок 1.2).
   
5. 
   Подкачать испытуемый образец резиновой грушей в трубку вискозиметра 1 (рисунок 1.2) до 1/3 высоты расширения 4 (рисунок 1.2).
   
6. 
   Положить резиновую грушу на стол, для этого нажать на резиновую трубку груши.
   
7. 
   Зафиксировать по секундомеру время перемещения мениска жидкости от метки M1 до M2 (рисунок 1.2).
   
8. 
   Задать следующую температуру в термостате, нажав на тумблер подогревательного прибора..
   
9. 
   Выполнить действия с п.3 по п.8 при двух последующих
   температурах t₂ , t₃.
   

---

Обработка результатов:

1. 
   Кинематическую вязкость v, мм²/с, вычисляют по формуле
   

, (2)
где C – постоянная вискозиметра, мм²/с²(3,259 мм²/с²);

t – время истечения, с.

2. 
   Динамическую вязкость η, мПа·с, вычисляют по формуле
   

, (3)
где v – кинематическая вязкость нефтепродукта при температуре испытания, мм²/с;

ρ – плотность нефтепродукта при той же температуре, при которой определялась кинематическая вязкость, кг/м².
Примечание – Плотность нефтепродукта при температуре опыта рассчитывают по формуле Менделеева (4). Рассчитанное значение кинематической и/или динамической вязкости нефтепродукта округляют до 0,01 % измеренной или расчетной величины, и записывают в протокол испытаний, указывая температуру испытания.

Расчет относительной плотности по формуле Д.И. Менделеева:

(4)

где – относительная плотность нефти или нефтепродукта при температуре испытания;

a – средняя температурная поправка плотности при изменении температуры на 1 °С;

t – температура, при которой проводится опыт, °C.

Абсолютная плотность нефти или нефтепродукта (кг/м³) пересчитывается соотношением:

,

где 1000 кг/м³ - это плотность дистиллированной воды при 4 °C

Результат пересчета получается точным в интервале от 0 °C до +50 °C
Таблица 3.1 – Средняя температурная поправка (а) для подсчета плотности жидких нефтепродуктов к формуле Д.И. Менделеева

	а		а
0,7000–0,7099	0,000897	0,8500–0,8599	0,000699
0,7100–0,7199	0,000884	0,8600–0,8699	0,000686
0,7200–0,7299	0,000870	0,8700–0,8799	0,000673
0,7300–0,7399	0,000857	0,8800–0,8899	0,000660
0,7400–0,7499	0,000844	0,8900–0,8999	0,000647
0,7500–0,7599	0,000831	0,9000–0,9099	0,000633
0,7600–0,7699	0,000818	0,9100–0,9199	0,000620
0,7700–0,7799	0,000805	0,9200–0,9299	0,000607
0,7800–0,7899	0,000792	0,9300–0,9399	0,000594
0,7900–0,7999	0,000778	0,9400–0,9499	0,000581
0,8000–0,8099	0,000765	0,9500–0,9599	0,000567
0,8100–0,8199	0,000752	0,9600–0,9699	0,000554
0,8200–0,8299	0,000738	0,9700–0,9799	0,000541
0,8300–0,8399	0,000725	0,9800–0,9899	0,000522
0,8400–0,8499	0,000712	0,9900–1,0000	0,000515

---

Протокол испытаний: построить график зависимости кинематической вязкости (ν) от температуры (t) и сделать вывод относительно характера изменения вязкости в зависимости от температуры

Таблица 3.2 – Протокол испытаний





Рисунок 3.1 - Зависимость кинематической вязкости нефти и нефтепродуктов от температуры

Вывод: чем больше температура, тем меньше вязкость.

---