Калькулятор вязкости воды

Кинематическая вязкость	1,003 мм²/с
Плотность воды	998,2 кг/м³

Вязкость воды и температура

Иллюстрация сравнивает потоки холодной и тёплой воды из двух сосудов

При 20 °C динамическая вязкость чистой воды составляет около 1,002 мПа·с, а кинематическая около 1,003 мм²/с. Если нагреть её до 40 °C, значения снизятся примерно до 0,653 мПа·с и 0,658 мм²/с. Вода по-прежнему выглядит как вода: картинка лишь подчёркивает разницу, которую в стакане на глаз почти не заметить. Зато в трубе, лабораторном опыте или расчёте течения эта разница участвует в формулах.

Вязкость описывает сопротивление жидкости относительному движению её слоёв. Она не равна плотности: плотность сообщает, сколько массы приходится на объём, а вязкость показывает, насколько сильно жидкость сопротивляется сдвигу. Калькулятор принимает температуру чистой жидкой воды от 0 до 99 °C и показывает обе разновидности вязкости вместе с плотностью при давлении около 0,1 МПа.

Динамическая и кинематическая: какую брать

Динамическая вязкость μ нужна, когда расчёт связывает силу трения со скоростью сдвига. На странице она дана в миллипаскаль-секундах, мПа·с. Один мПа·с равен 0,001 Па·с. В старых таблицах можно встретить сантипуаз, сП: численно 1 сП равен 1 мПа·с.

Кинематическая вязкость ν показывает динамическую вязкость с учётом плотности. Она равна μ/ρ, если все величины сначала привести к согласованным единицам. Здесь она дана в мм²/с; один сантистокс, сСт, численно равен 1 мм²/с. Величину часто подставляют в расчёт числа Рейнольдса для воды в трубе. Если в формуле уже есть отдельная плотность ρ, проверьте, не требуется ли там именно динамическая вязкость.

\displaystyle \nu=\frac{\mu}{\rho}

К примеру, при 20 °C плотность воды около 998,2 кг/м³. Деление динамической вязкости 0,0010016 Па·с на эту плотность даёт примерно 0,0000010034 м²/с, то есть 1,0034 мм²/с. Два числа выглядят похожими, потому что плотность воды близка к 1000 кг/м³ и единицы выбраны удобно. Для другой жидкости такое совпадение вовсе не обязательно.

Как получены значения

Расчёт основан на рекомендации IAPWS SR6-08(2011) для жидкой воды при 0,1 МПа. Динамическая вязкость вычисляется по её уравнению 7, а плотность через удельный объём из уравнения 2. Кинематическая вязкость затем получается делением μ на ρ. В формулах используется абсолютная температура в кельвинах: к введённым градусам Цельсия прибавляется 273,15.

IAPWS приводит для самого уравнения вязкости оценку неопределённости около 1% в устойчивой области жидкой воды. Поэтому три знака после запятой на экране помогают сравнивать температуры, но не превращают результат в точное измерение конкретного стакана. Изменение давления вблизи атмосферного здесь обычно слабее этой неопределённости; высокое давление или специальные технологические условия требуют отдельной модели.

Верхняя граница формы 99 °C выбрана сознательно. При 0,1 МПа вода закипает чуть ниже 100 °C, около 99,6 °C. Рекомендация IAPWS математически охватывает и более высокие температуры, но там при таком давлении обычная устойчивая фаза уже пар. Если вода удерживается жидкой повышенным давлением, свойства нужно считать с учётом фактического давления и условий процесса. Ниже 0 °C при обычном давлении возникает похожая проблема: чистая вода обычно замерзает.

Где пригодится расчёт

Домашняя труба с холодной водой. Пусть вода в трубе имеет температуру 10 °C. Получается μ ≈ 1,306 мПа·с и ν ≈ 1,306 мм²/с. Если скорость и диаметр известны, перенесите ν в калькулятор числа Рейнольдса. Использовать вместо неё привычную «единицу при 20 °C» означало бы занизить вязкое влияние примерно на треть.

Та же труба после нагрева. При 40 °C ν ≈ 0,658 мм²/с. Если оставить скорость и диаметр прежними, число Рейнольдса станет почти вдвое больше, чем для воды при 10 °C. Это не означает, что нагрев сам по себе удваивает расход: реальная система одновременно меняет рабочую точку насоса и сопротивление.

Лабораторный опыт при комнатной температуре. Для 25 °C IAPWS даёт μ ≈ 0,890 мПа·с, ν ≈ 0,893 мм²/с и ρ ≈ 997,0 кг/м³. Запишите температуру вместе с измеренными скоростью и расходом. Иначе через неделю в журнале останутся числа без важного условия, а повторить опыт будет сложнее.

Холодная вода около точки замерзания. При 0 °C расчёт даёт μ ≈ 1,792 мПа·с и ν ≈ 1,792 мм²/с. По сравнению с 20 °C вязкость заметно выше. В открытом водоёме, однако, температура может различаться по глубине и месту; одно введённое значение описывает только выбранный слой, а не весь водоём.

Тёплый контур при 60 °C. Здесь μ ≈ 0,466 мПа·с, ν ≈ 0,474 мм²/с и плотность около 983,2 кг/м³. Эти значения позволяют проверить порядок величины в предварительном расчёте потока. Для подбора насоса одной вязкости недостаточно: отдельно нужны подача, напор, потери и характеристика оборудования. Электрическую мощность по известным параметрам можно оценить в калькуляторе мощности насоса.

Сравнение двух температур в учебной задаче. При 20 °C μ ≈ 1,002 мПа·с, а при 80 °C около 0,354 мПа·с. Разница почти втрое. Если в задаче указана вода «при комнатной температуре», подставлять значение для горячей воды нельзя, даже когда оба числа на вид небольшие.

Когда одного значения недостаточно

Формула относится к чистой воде. Раствор соли, гликоля, сахарный сироп и суспензия обладают другими свойствами; иногда их вязкость зависит не только от температуры, но и от концентрации или скорости сдвига. Если анализ показывает кальций и магний, по ним можно отдельно рассчитать жёсткость воды, но это число не даёт поправку к вязкости. При заметной примеси ищите данные для конкретного состава и температуры.

Температура должна относиться к той точке, где вы используете результат. В длинном теплообменнике вода остывает или нагревается по ходу движения; единственное значение вязкости может скрыть важное изменение вдоль линии. Для грубой оценки выбирают характерную рабочую температуру, а для точной гидравлической модели разбивают систему на участки. Калькулятор не сообщает давление насыщения, риск образования пара и потери напора.

Частые вопросы о вязкости воды

Перед применением результата различите две вязкости и проверьте температуру, состав воды и единицы в вашей следующей формуле.

Почему вязкость горячей воды меньше?

При нагреве жидкая вода слабее сопротивляется относительному движению соседних слоёв. По расчёту IAPWS динамическая вязкость уменьшается примерно с 1,002 мПа·с при 20 °C до 0,354 мПа·с при 80 °C. Это свойство жидкости, а не показатель скорости её течения в конкретной трубе.

Чему равна вязкость воды при 20 °C?

Динамическая около 1,002 мПа·с, кинематическая около 1,003 мм²/с при давлении около 0,1 МПа. В задаче уточните, какая из двух величин нужна: они имеют разные единицы и входят в разные записи формул.

Можно ли подставить сантистоксы без перевода?

Да. Один сантистокс (сСт) численно равен одному мм²/с. Это кинематическая вязкость. Сантипуаз (сП) относится к динамической: 1 сП численно равен 1 мПа·с. Перепутать эти названия опаснее, чем само преобразование.

Какую вязкость вводить для числа Рейнольдса?

Можно любую из двух при правильной записи формулы. С кинематической вязкостью используйте Re = vD/ν без отдельной плотности. С динамической используйте Re = ρvD/μ и плотность воды при той же температуре.

Почему нельзя считать воду при 100 °C в этой форме?

При принятом давлении 0,1 МПа нормальная устойчивая фаза уже пар: температура кипения составляет примерно 99,6 °C. Жидкая вода при 100 °C возможна при более высоком давлении, но для такого режима нужно задать давление и применять подходящую модель.

Подойдёт ли результат для морской воды?

Нет. Соль меняет свойства воды; важны солёность и температура. Эта форма считает чистую воду. Для морской воды нужны корреляции именно для заданной солёности, а не произвольная поправка к показанному числу.

Почему плотность показана рядом с вязкостью?

Плотность нужна для перевода динамической вязкости в кинематическую: ν = μ/ρ. Она также требуется, если вы считаете число Рейнольдса через динамическую вязкость. Для воды при 20 °C расчёт даёт около 998,2 кг/м³.

Есть что добавить?

Напишите своё мнение, комментарий или предложение.