DIN 1342-2-2003 Viscosity - Part 2 Newtonian liquids《粘度 第2部分 牛顿流体》.pdf

1、DEUTSCHE NORM November 2003ViskosittTeil 2: Newtonsche Flssigkeiten1342-2ICS 17.060Viscosity Part 2: Newtonian liquidsViscosit Partie 2: Liquides newtoniensErsatz frDIN 1342-2:1986-02VorwortDiese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NATG-A.77 Viskositt erarbeitet.DIN 1342 Viskositt besteht aus:Gbe Teil 1

2、: Rheologische BegriffeGbe Teil 2: Newtonsche FlssigkeitenGbe Teil 3: Nicht-newtonsche FlssigkeitenHinweis zu Abschnitt 6: Zu den frher benutzten Einheiten Poise und Stokes siehe DIN 1301-3.nderungenGegenber DIN 1342-2:1986-02 wurden folgende nderungen vorgenommen: Inhalt vollstndig berarbeitet.Frhe

3、re AusgabenDIN 1342: 1936-08, 1957-04, 1971-12DIN 1342-2: 1986-02Fortsetzung Seite 2 bis 6Normenausschuss Technische Grundlagen (NATG) Einheiten und Formelgren im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V.Normenausschuss Pigmente und Fllstoffe (NPF) im DINNormenausschuss Anstrichstoffe und hnliche Besc

4、hichtungsstoffe (FA) im DIN DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. .Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, Ref. Nr. DIN 1342-2:2003-11nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet. Preisgr. 07 Vertr.-Nr. 0007Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag G

5、mbH, 10772 BerlinB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09CC9B7EF8DD9NormCD - Stand 2007-03DIN 1342-2:2003-1121 AnwendungsbereichDiese Norm legt Begriffe zur Beschreibung des Flieverhaltens newtonscher Flssigkeiten fest und beschreibtdie damit verbundenen physikalischen Zusammenhnge.2 Normative Verweisung

6、enDiese Norm enthlt durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publikationen.Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publikationen sindnachstehend aufgefhrt. Bei datierten Verweisungen gehren sptere nderungen oder berarbeitungen

7、dieser Publikationen nur zu dieser Norm, falls sie durch nderung oder berarbeitung eingearbeitet sind. Beiundatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikation (einschlielichnderungen).DIN 1310, Zusammensetzung von Mischphasen (Gasgemische, Lsungen, Mischkristalle); Be

8、griffe,Formelzeichen.DIN 1313, Gren.DIN 1342-1:2003-11, Viskositt Teil 1: Rheologische Begriffe.DIN 1342-3:2003-11, Viskositt Teil 3 : Nicht-newtonsche Flssigkeiten.DIN 53018-1:1976-03, Viskosimetrie Messung der dynamischen Viskositt newtonscher Flssigkeiten mitRotationsviskosimetern, Grundlagen.3 B

9、egriffeFr die Anwendungsbereich dieser Norm gelten die Begriffe nach DIN 1342-1:2003-11.4 Grundlagen4.1 ViskosittViskositt ist die Eigenschaft eines fliefhigen (vorwiegend flssigen oder gasfrmigen) Stoffsystems, unterEinwirkung einer Spannung zu flieen und irreversibel deformiert zu werden. Die bei

10、der Verformungaufgenommene Spannung hngt dabei nur von der Verformungsgeschwindigkeit ab: Ebenso kann dieSpannung als Ursache der Verformungsgeschwindigkeit angesehen werden.ANMERKUNG Zur leichteren Veranschaulichung ist es zweckmig, sich Strungen vorzustellen, in denen dieBeschleunigungskrfte klein

11、 gegen die Reibungskrfte sind (schleichende Bewegung). Die Begriffe sind aber auchauerhalb dieser einschrnkenden Bedingungen definiert und von Bedeutung.4.2 Einfache Darstellung der viskosen Strmung durch Geschwindigkeitsgeflleund SchubspannungBei ebener, geradliniger Parallelstrmung in Richtung x (

12、Geschwindigkeit vx, siehe Bild 1) ist die nderung derGeschwindigkeit senkrecht zur Strmungsrichtung, das Geschwindigkeitsgeflle D, definiert als der Grenzwertdes Quotienten aus dem Geschwindigkeitsunterschied 12xxx= vvvG44 zwischen zwei Ebenen 1 und 2 undihrem Abstand G44y:y= Dxdd v(1)B55EB1B3E14C22

13、109E918E8EA43EDB30F09CC9B7EF8DD9NormCD - Stand 2007-03DIN 1342-2:2003-113Bild 1 Einfache ScherstrmungDie in Bild 1 strichpunktierte Linie AB heit Geschwindigkeitsprofil. In einer solchen laminaren Strmung wirktzwischen benachbarten Flssigkeitsschichten eine Schubspannung G74 (auch Scherspannung) in

14、Richtung x. Diein Bild 1 dargestellte Strmungsform heit einfache Scherstrmung. Diese Darstellung lsst sich auch aufnichtebene und nichtgeradlinige Strmungsvorgnge bertragen; fr Rotationsviskosimeter siehe DIN 53018-1:1976-03, Erluterungen. Als magebende kinematische Gre gilt dann die Schergeschwindi

15、gkeit G67G26nachDIN 1342-1:2003-11. Bei geradlinigen Schichtenstrmungen (siehe DIN 1342-1:2003-11) stimmen Scherge-schwindigkeit und Geschwindigkeitsgeflle berein.4.3 Newtonsche FlssigkeitenEine newtonsche Flssigkeit ist ein inkompressible, isotrope reinviskose Flssigkeit, die folgendenBedingungen g

16、engt:a) Schubspannung G74 und Geschwindigkeitsgeflle D sind direkt proportional.b) In der einfachen Scherstrmung (siehe Bild 1) sind die Normalspannungen in Richtung der x-Koordinaten-achse, der y-Koordinatenachse und senkrecht dazu gleich gro.c) Eine elastische Verformung der Flssigkeit muss bei ze

17、itlich vernderlicher Schubspannung so klein sein,dass sie das Geschwindigkeitsgeflle nicht beeinflusst.ANMERKUNG Bei einer realen Flssigkeit ist damit zu rechnen, dass sie eine gewisse Scherelastizitt besitzt.Flssigkeiten mit anderem Verhalten heien nicht-newtonsche Flssigkeiten, siehe DIN 1342-3:20

18、03-11, soauch solche, die ausschlielich a), nicht jedoch b) und c) folgen.Bei allgemeiner, nicht unbedingt isochorer (d. h. volumenbestndiger) Verformung gilt fr ein newtonschesFluid die lineare Beziehung nach Gleichung (2) zwischen den kartesischen Komponenten des Spannungs-und des Geschwindigkeits

19、gradiententensors:Gf7Gf7Gf8Gf6Ge7Ge7Ge8Ge6Gb6Gb6Gb6Gb6GfaGfaGfbGf9GeaGeaGebGe9Gb6Gb6Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6G2dG2dGe5x+ x+ x+ p = kiikk ijj=j Vk ivvvG68G64G68G68G743132(2)Dabei ist: i, j, k = x, y, z wie in Bild 1. Bei G74ikbedeutet der erste Index die Flche, auf der die Koordinate xisenkrecht steht, und

20、der zweite Index die Wirkungsrichtung der Spannung. G64ik= 1 fr i = k und G64ik= 0 fr i Gb9 k(Kronecker-G64 ). p ist der thermodynamische Druck, fr inkompressible Flssigkeiten istG74i i= i=pGe5G2d3131(3)B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09CC9B7EF8DD9NormCD - Stand 2007-03DIN 1342-2:2003-114G68 heit V

21、iskositt oder auch Scherviskositt (siehe 4.4). G68Vist die Volumenviskositt oderKompressionsviskositt. Sie ist bei isochorer Verformung und generell bei inkompressiblen Flssigkeiten ohneEinfluss. In der kinetischen Gastheorie ergibt sich unter gewissen Annahmen fr einatomige Gase: G68V= 0.Da fr tech

22、nische Prozesse G68Veine untergeordnete Rolle spielt, wird von einer weiteren Behandlung hierabgesehen. Einzelheiten siehe 1.4.4 Dynamische ViskosittZwischen der Schubspannung G74 und dem Geschwindigkeitsgeflle D gilt die Beziehung:D = G68G74 (4)Der (nicht negative) Proportionalittskoeffizient G68 h

23、eit dynamische Viskositt (wo eine Verwechslung mit derkinematischen Viskositt, siehe 4.6, nicht zu befrchten ist, kann das Beiwort dynamische auch wegfallen).G68 ist eine fr die betrachtete Flssigkeit charakteristische Gre und hngt von der Temperatur und vom Druckab. Es gibt Flssigkeiten, die Gleich

24、ung (2) nur in einem begrenzten Bereich der Schubspannung befolgen(newtonscher Bereich).4.5 FluidittDer Kehrwert der dynamischen Viskositt wird Fluiditt genannt und mit dem Formelzeichen G6a bezeichnet:G68G6a / = 1 (5)4.6 Kinematische ViskosittDer Quotient dynamische Viskositt G68 durch Dichte r (di

25、chtebezogene Viskositt) wird nach Maxwellkinematische Viskositt genannt und mit dem Formelzeichen n bezeichnet:rn / = G68 (6)5 Viskositt von Lsungen5.1 Relative Viskositt; Viskosittsverhltnis G68rBei Lsungen unterscheidet man:a) die Viskositt G68 der Lsung undb) die Viskositt G68sdes Lsemittels.G68G

26、68G68sr/ = (7)5.2 Relative ViskosittsnderungDer Quotient1G2dG3dG2drssG68G68G68G68(8)heit relative Viskosittsnderung (auch: relative Viskosittserhhung).B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09CC9B7EF8DD9NormCD - Stand 2007-03DIN 1342-2:2003-1155.3 Staudinger-FunktionBezieht man die relative Viskosittsnder

27、ung auf die Massenkonzentration G62i(siehe DIN 1310) des gelstenStoffes in der Lsung, so enthlt man die konzentrationsbezogene relative Viskosittsnderung:G68G68G68G62ssiv = J1(9)Sie wird kurz Staudinger-Funktion (frher: Viskosittszahl) genannt. Fr die Massenkonzentration G62iwirdberwiegend die Einhe

28、it g/cm3benutzt, damit bekommt Jvdie Einheit cm3/g.5.4 Staudinger-IndexDie Staudinger-Funktion nhert sich mit abnehmender Konzentration und Schubspannung einem Grenzwert:Gf7Gf7Gf8Gf6Ge7Ge7Ge8Ge6Gd7GaeGaeG68G68G68G62G62G74ssigi = J1lim00(10)Dieser Grenzwert wird Staudinger-Index (frher: Grenzviskosit

29、tszahl) genannt.ANMERKUNG 1 In den letzten Jahren hat man sich sowohl in der deutschen Normung als auch in der IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry) darum bemht, fr die mit der Dimension Volumen durch Massebehafteten Gren Jvund Jgdie Benennungen Viskosittszahl und Grenzviskosittsz

30、ahl nicht mehr zu verwenden. Anderen Stelle sind die Benennungen Staudinger-Funktion und Staudinger-Index eingefhrt worden. Die Verwendung dieserBenennungen wird empfohlen.ANMERKUNG 2 Bisher ist als Formelzeichen fr den Staudinger-Index Jgvielfach das Zeichen G68 benutzt worden.Diese Zeichen sollte

31、vermieden werden, da es nach DIN 1313 eine Einheit der Gre G68 darstellt.5.5 Massenanteil-ViskosittszahlBezieht man die relative Viskosittsnderung auf den Massenanteil wi(siehe DIN 1310) des gelsten Stoffesin der Lsung, so erhlt man die Massenanteil-Viskosittszahl:G68G68G68ssiv w= j1(11)Der Grenzwer

32、tGf7Gf7Gf8Gf6Ge7Ge7Ge8Ge6Gd7GaeGaeG68G68G68G74ssigi w= jw1lim00(12)wird Massenanteil-Grenzviskosittszahl genannt. Die Gren jvund jghaben die Dimension 1.ANMERKUNG 1 Die Massenanteil-Viskosittszahl jvund die Staudinger-Funktion Jvlassen sich nach folgenderGleichung ineinander umrechnen:vvJ = j r (13)

33、Hierbei ist r die Dichte der Lsung bei der Temperatur, bei der die Viskositten G68 und G68sgemessen wurden.ANMERKUNG 2 Die Verwendung des Massenanteils wianstelle der Massenkonzentration G62ihat messtechnischeVorteile. Die Lsung wird durch Einwgen statt durch Auffllen bis zur Messmarke hergestellt (

34、anstelle des Volumens wirddie Masse der Lsung zugrunde gelegt). Damit entfllt das Einstellen des Messkolbens mit Inhalt auf dieB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09CC9B7EF8DD9NormCD - Stand 2007-03DIN 1342-2:2003-116Referenztemperatur des Messkolbens. Im Gegensatz zu G62iist witemperaturunabhngig, wes

35、halb bei erhhtenPrftemperaturen, die bei manchen Polymeren erforderlich sind, beim Verwenden von wikeine systematisch falschenGehaltsangaben verwendet werden.6 Zusammenstellung der Gren und EinheitenTabelle 1 Benennungen, Formelzeichen und Einheitenfr die in dieser Norm erluterten GrenGreBenennungFo

36、rmel-zeichenSI-Einheit Beziehungweiteregebruchliche EinheitenSchubspannung;ScherspannungG74 Pa1 Pa = 1 N/m2 =1 kg/(mGd7s2)Geschwindigkeitsgeflle;SchergeschwindigkeitD, G67G26s1Dynamische Viskositt G68 PaGd7s1 PaGd7s = 1 NGd7s/m2=1 kg/(mGd7s)dPaGd7s amPaGd7sKinematische Viskositt n m2/s 1 mm2/s = 106

37、m2/s aStaudinger-Funktion Jvm3/kg 1 cm3/g = 103m3/kg bStaudinger-Index Jgm3/kg 1 cm3/g = 103m3/kgMassenanteil-Viskosittszahl jv1cMassenanteil-Grenzviskosittszahl jg1aSiehe VorwortbBevorzugt vereinbarte Massenkonzentration: G62i= 0,005 g/cm3bei 20 Gb0CcBevorzugt vereinbarter Massenanteil: wi= 0,005;

38、d. h. 0,5 g des gelsten Stoffes in 100 g LsungLiteraturhinweiseDIN 1301-3:1979-10, Einheiten Teil 3: Umrechnungen fr nicht mehr anzuwendende Einheiten.1 Chapman, S. und Cowling, T. G.: The mathematical theory of non-uniform gases, Cambridge UniversityPress 1952.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09CC9B7EF8DD9NormCD - Stand 2007-03