1. Теориядан қысқаша мәлімет.

Тұтқырлық деп реал сұйықтардың бөлшектерінің салыстырмалы орын ауыстыруына немесе жылжуына кедергі көрсететін сұйықтың қасиетін айтамыз.

Әртүрлі жылдамдықпен қозғалып бара жатқан реал сұйықтың екі қабатының арасында ішкі үйкеліс күші, немесе тұтқырлық күші пайда болады. Ньютон сұйықтарының ішкі үйкелісі туралы гипотезасы көптеген зерттеулердің, әсіресе майлаудың гидродинамикалық теориясының негізін қалаушы Н. П. Петровтың тәжірибелері нәтижесінде дәлелденіп, осылайша ішкі үйкеліс заңдары қалыптасты. Осы заңға сәйкес, тура бағытталған құбыр бойымен аққан сұйық қозғалысы кезінде пайда болатын ішкі үйкеліс кедергісі сұйықтың тұтқырлығына байланысты болады және мына формула арқылы анықталады:

, (1.1)

мұндағы T – үйкеліс күші;

S — жанасу бетінің ауданы;

du/dn— вертикаль бойынша есептелген жылдамдық градиенті;

μ— тұтқырлықтың динамикалық коэффициенті.

(1.1) теңдеуінен

, (1.2)

аламыз, мұндағы — су қабаттарының бірлік ауданына тиісті үйкеліс күшінің кернеуі (жанама кернеу).

немесе , (1.3)

Осылайша, сұйық қабаттарының арасындағы жанама кернеудің олардың қозғалыс жылдамдығының градиентіне қатынасы, сұйықтың динамикалық тұтқырлығы деп аталады.(1.2) теңдеуінен, жылдамдық градиенті =1 c^-1 болғанда, тұтқырлықтың динамикалық коэффициенті μ сан мәні бойынша жанама кернеуге тең ; «қосу» немесе «алу» белгісі қатысты және есептеу бағытына байланысты.

Тұтқырлықтың динамикалық коэффициентінің өлшемі [ML^-1T^-1].

Халықаралық бірліктер жүйесінде (СИ) тұтқырлық бірлігі паскаль-секундпен (Па с = Н с/м²)өлшенеді.

Инженерлік практикада тұтқырлықтың басқа да сипаттамасы жиі қолданылады– ν тұтқырлықтың кинематикалық коэффициенті, μ тұтқырлықтың динамикалық коэффициентінің сұйықтың тығыздығына ρ қатынасы.

, (1.4)

Тұтқырлықтың кинематикалық коэффициентінің өлшемі [L²T^-1]. v СИ жүйесінде м²/с- пен өрнектеледі. СГС жүйесінде v- см²/с - пен өрнектеледі, бұл бірлік стокс деп аталады (Ст); 1 Ст = 10^-4 м²/с. Практикада кинематикалық тұтқырлықтың үлестік бірлігін қолданады – 1 мм²/с. СИ жүйесінде: 1 мм²/с = 10^-6 м²/с.

Сұйықтың тұтқырлығы бірдей көлемдегі зерттелетін және стандартты сұйықтардың ағу уақытын салыстыру жолымен арнайы аспаптардан алынатын Энглердің (°Е) градусымен, Сейболт ("S) секундтарымен көрсетілген шартты тұтқырлық түрінде де өрнектеледі.

Сұйықтың тұтқырлығы тұрақты шама емес. Ол негізгісі – температура болып табылатын бірқатар факторларға байланысты.

Сұйықтың температурасының өзгеруіне байланысты оның тұтқырлығы да өзгереді. Температура ұлғайған сайын тұтқырлықтың төмендеуі тамшылы сұйықтарға (су, мұнай, бензин, түрлі майлар) тән қасиет. Газдар үшін, соның ішінде ауа үшін температураның жоғарылауы тұтқырлықтың ұлғаюына әсер етеді.

Қысымның жоғарылауынан сұйықтың тұтқырлығы артады. Бірақ атмосфералық қысымға қарағанда, қысымды 50 атм (кгс/см²) дейін өзгертсек сұйықтың тұтқырлығы елеусіз өзгереді де, есептеу барысында ескерілмейді.

Сұйықта ауаның ерітілген немесе аралас түрде болуы, тұтқырлыққа әсерін тигізеді. Сұйықтағы ауаның құрамы көбейген сайын оның тұтқырлығы азаяды.

Сұйықтардың тұтқырлығын «вискозиметр» деп аталатын аспаптың көмегімен анықтайды. Жұмыс жасау принципіне және құрылысына қарай вискозиметрлердің бірнеше түрі болады.

Негізгісі:

- капиллярлы вискозиметрлер (капиллярдағы тұрақты өтіммен өтетін сұйық қысымының ауытқуын өлшеу);

- ағыс вискозиметрлері (сұйықтың тұтқырлығы ыдыстың табанындағы тесіктен зерттеліп отырған және стандартты сұйықтардың ағып шығу уақытын бақылау арқылы анықталады. Энглердің вискозиметрі техникада кеңінен таралған вискозиметрлердің түріне жатады);

- екі коаксиальды цилиндрлі ротациялық вискозиметрлер (сұйықтағы қатты денелердің айналуы кезінде түсірілетін күштерді өлшеу);

- вибрациялық вискозиметрлер (зерттелетін сұйықтағы пластинаның серпімді тербеліс жылдамдығының бәсеңдеуін өлшеу);

- құлайтын денелі вискозиметрлер ( сұйықтың тұтқырлығы оған құлайтын қатты дененің жылдамдығы арқылы анықталады. Мысалы, шыны немесе темір шарлар).

2.Вискозиметрлердің құрылысы және қолдану облысы.

Вискозиметрді әртүрлі облыстарда өлшеу үшін қолданады.: мұнай өнімдерінің динамикалық тұтқырлығын (мұнай, бензин, керосин және т.б.); жеке гигиена өнімдерін (сусабындар, лосьондар және т.б.); пісіретін қоймалжыңдарды(паяльных паст); соустар мен дәмдеуіштерді (подлив); дәрі-дәрмектік заттарды (майларды, қойыртпақтарды); битумдарды; бояуларды, жабындар мен сияларды және басқа да заттар.

Капиллярлы вискозиметрлерді дистиллятты өнімдер мен майлардың тұтқырлығының 150 ⁰С градуста 0,12 м²/с дейінгі диапазонында талдау үшін қолданады.

Капиллярлы вискозиметр (1.1сурет) V-тәріздес шыны түтік. Оң және сол иіні, М₁ және М₂ белгілерінің аралығында өлшегіш резервуар2, сондай- ақ 1 және 4 резервуар бар. Сол жақтағы иіннің жоғарғы жағында резіңке түтікті кигізетін шығару түтікшесі бар.Оң жақ иіннің төменгі жағы капиллярлы түтік түрінде жасалған 3.

Тұтқырлығы судан да жоғары майлар мен басқа да сұйықтардың тұтқырлығын анықтау үшін Энглер вискозиметрі кеңінен қолданылады. Ол ыңғайластырып орналастырылған екі латунды резервуардан тұрады 3 және11. ( 1.2 сурет).

Ішкі резервуардың 3сфера тәріздес табаны бар, ортасына латунды цилиндр түтік пісірілген (припаяна) 4, оның тесігіне зерттелген сұйық ағып шығатын калибрленген, конус тәріздес темір түтікше жалғанған — қондырма 9. Қондырманың ұзындығы 20 мм, жоғарғы бөлігінің диаметрі 2,9 мм, төменгі - 2,8 мм.

Түтікшенің тесігі орта тұсынан, оны көтеріп тұратын серіппесі бар, ұшы үшкірленген стерженмен жабылған1. Резервуардың ішкі бетінде 3 зерттелген сұйықты қандай деңгейге дейін құю қажет екенін көрсететін үш ілмек бар10.Осы ілмектер бойынша көтерме винттердің көмегімен 6аспапты тік қондыруға да болады.

Сыртқы резервуар су ваннасының қызметін атқарады.

а)	б)
1.1 Сурет – Капиллярлы шынывискозиметр: а – аспаптың жалпы көрінісі; б – аспаптың сұлбасы.

3 және 11 резервуарлар арасындағы кеңістік сақиналы газды немесе спиртті жандырғыштың 8 көмегімен, сондай–ақ электрқыздырғыштармен қыздырылатын сумен толтырылады. Сыртқы резервуардағы арнайы кронштейнде ваннадағы суды араластыру үшін араластырғыш бекітілген 2, ол зерттелетін сұйықтың берілген температураға дейін бірқалыпты қыздырылуына ықпал етеді. Сынау кезіндегі шығынды азайту үшін ішкі резервуар тесігіне стержень 1 және термометр 13 орнатылған қуыс қақпақпен жабылады 12; ондағы термометр зерттелетін сұйықтың температурасын бақылауға арналған. Түтіктің 9 астына екі сақиналы белгісі 7 бар арнайы шыны колба 5 орнатылады. Төменгі белгі (риска) колбаның 100 см³ сыйымдылығына сәйкес болады, жоғарғысы - 200 см³. Тұтқырлықты Энглердің вискозиметрімен анықтау берілген температурадағы қондырма арқылы шығып кететін зерттелетін 200 см³ сұйықтың ағып кетуінің t_ж уақытын дистилденген судың сондай мөлшердегі t = 20 °C уақытымен t_B салыстыру. t_B шамасы судың саны деп аталады (t_B 50 52 с).

_{Теңдеудегі қатынасы – Энглердің градусындағы тұтқырлық (шартты тұтқырлық).}

а )	б)
1.2 Сурет–Энглер вискозиметрі:а – аспаптың сұлбасы; б – аспаптың жалпы көрінісі.