Dynamische, absolute und kinematische Viskosität

Definitionen und Umrechnungen zwischen dynamischer, absoluter und kinematischer Viskosität.

dynamicabsolutekinematicviscosityDatentabelle

Übersicht

Viskosität quantifiziert den inneren Widerstand eines Fluids gegen das Fließen. Wenn benachbarte Schichten eines Fluids sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, erzeugt intermolekulare Reibung Schubspannung. Zwei verwandte Maße erfassen dieses Verhalten:

Dynamische (absolute) Viskosität ( $\mu$ ) — die tangential pro Flächeneinheit benötigte Kraft, um eine horizontale Ebene relativ zu einer anderen mit Einheitsgeschwindigkeit zu bewegen, wobei der Abstand gleich der Einheit bleibt.
Kinematische Viskosität ( $\nu$ ) — das Verhältnis von dynamischer Viskosität zur Flüssigkeitsdichte, ausgedrückt ohne Kraft-Einheiten.

Beide Größen hängen stark von der Temperatur ab; jeder Viskositätswert ist ohne eine Referenztemperatur sinnlos.

Wichtige Formeln

Newtons Reibungsgesetz

Für ein newtonsches Fluid in laminarer Strömung ist die Schubspannung zwischen Flüssigkeitsschichten proportional zum Geschwindigkeitsgradienten:

$\tau = \mu \frac{du}{dy}$

wobei $\tau$ die Schubspannung (Pa), $du/dy$ der Geschwindigkeitsgradient senkrecht zur Strömung (1/s) und $\mu$ die dynamische Viskosität (Pa·s) ist.

Umstellen ergibt die Definition der dynamischen Viskosität:

$\mu = \frac{\tau}{du/dy}$

Kinematische Viskosität

Kinematische Viskosität wird durch Division der dynamischen Viskosität durch die Massendichte erhalten:

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

Andere Viskositätseinheiten

Dynamische Viskosität wird häufig ausgedrückt als Pa s, N s/m², Poise, Centipoise, lbm/(ft s) oder lbf s/ft². Kinematische Viskosität wird häufig ausgedrückt als m²/s, Stokes, CentiStokes, ft²/s, in²/s oder Saybolt Universal Seconds für Erdölprodukte.

Newtonsche Fluide

Newtonsche Fluide haben bei gegebener Temperatur und Druck eine konstante Viskosität. Die Schubspannung ist direkt proportional zum Geschwindigkeitsgradienten.

Scherverdünnende oder pseudo-plastische Fluide

Scherverdünnende Fluide nehmen an scheinbarer Viskosität ab, wenn die Scherrate zunimmt.

Thixotrope Fluide

Thixotrope Fluide nehmen an Viskosität ab, wenn sie über Zeit geschert werden, und erholen sich teilweise oder vollständig, wenn sie in Ruhe gelassen werden.

Dilatante Fluide

Dilatante oder scherverdickende Fluide nehmen an scheinbarer Viskosität zu, wenn die Scherrate zunimmt.

Bingham-plastische Fluide

Bingham-plastische Flüssigkeiten widerstehen dem Fließen, bis eine Fließgrenze überschritten wird, und fließen dann ungefähr wie eine viskose Flüssigkeit.

Viskosität messen

Die dynamische Viskosität wird häufig mit Rotationsviskosimetern, Kugelfallviskosimetern und Kapillarmethoden gemessen. Die kinematische Viskosität wird oft mit kalibrierten Kapillar- oder Ausflussviskosimetern wie Saybolt-Instrumenten gemessen.

Imperiale Umrechnung

Bei der Umrechnung von Centipoise und spezifischem Gewicht (lb/ft³) in kinematische Viskosität in ft²/s:

$\nu = 6.7197 \times 10^{-4} \frac{\mu}{\gamma}$

Variablen

Symbol	Beschreibung	SI Unit
$\mu$	Dynamische (absolute) Viskosität	Pa·s
$\nu$	Kinematische Viskosität	m²/s
$\rho$	Fluid mass density	kg/m³
$\tau$	Shear stress	Pa
$du/dy$	Velocity gradient	1/s
$\gamma$	Specific weight	lb/ft³

Schnellrechner

Kinematische Viskosität aus dynamischer Viskosität und Dichte

Dynamische Viskosität (μ)(Pa·s)

Dichte (ρ)(kg/m³)

Standardwerte approximieren Wasser bei 20 °C — passen Sie die Eingaben für andere Flüssigkeiten an.

Beispiel - Luft, Umrechnung zwischen kinematischer und absoluter Viskosität

Das Quellbeispiel für Luft wird hier explizit beibehalten. Für Luft mit einer absoluten Viskosität von ungefähr 1.983e-5 Pa s und einer Dichte von ungefähr 1.205 kg/m3 ist die kinematische Viskosität:

$\nu = \frac{\mu}{\rho} = \frac{1.983 \times 10^{-5}}{1.205} = 1.65 \times 10^{-5}\ \text{m}^2/\text{s}$

Das ist ungefähr 16,5 cSt, da 1 m2/s = 1.000.000 cSt.

Einheitenrechner für dynamische Viskosität

Dynamische Viskosität(Pa s)

Einheitenrechner für kinematische Viskosität

Kinematische Viskosität(m2/s)

Einheitenumrechnungen

Dynamische Viskosität

Einheit	Equivalent
1 Pa·s	1 N·s/m² = 1 kg/(m·s)
1 Pa·s	0.67197 lbm/(ft·s)
1 Pa·s	0.02089 lbf·s/ft²
1 poise (P)	0.1 Pa·s = 1 g/(cm·s) = 1 dyne·s/cm²
1 centipoise (cP)	0.001 Pa·s = 1 mPa·s

Referenz: Wasser bei 20,2 °C (68,4 °F) hat eine dynamische Viskosität von 1 cP.

Kinematische Viskosität

Einheit	Equivalent
1 stoke (St)	10⁻⁴ m²/s = 1 cm²/s
1 centistoke (cSt)	10⁻⁶ m²/s = 1 mm²/s
1 m²/s	10⁶ cSt

Referenz: Wasser bei 20 °C hat eine kinematische Viskosität von etwa 1,0 cSt.

Viskosität gängiger Flüssigkeiten

7 Zeilen

Ungefähre absolute Viskosität gängiger Flüssigkeiten bei Raumtemperatur
Liquid	Absolute Viskosität (Pa·s)
Air	0.00001983
Water	0.001
Olivenöl	0.1
Glycerol	1
Flüssiger Honig	10
Goldener Sirup	100
Glas (Raumtemperatur; praktisch fest)	1e+40

Quelle: engineeringtoolbox.com

Kinematische Viskosität vs. Saybolt-Sekunden

13 Zeilen

Kinematische Viskosität und entsprechende Saybolt-Universal-Sekunden für gängige Flüssigkeiten
Kinematische Viskosität (cSt (mm²/s))	Saybolt-Universal-Sekunden (SSU)	Typische Flüssigkeit
0.1	—	Mercury
1	31	Wasser (20 °C)
4.3	40	Milch; SAE 20 Kurbelwellenöl; SAE 75 Getriebeöl
15.7	80	Heizöl Nr. 4
20.6	100	Cream
43.2	200	Pflanzenöl
110	500	SAE 30 Kurbelwellenöl; SAE 85 Getriebeöl
220	1000	Tomatensaft; SAE 50 Kurbelwellenöl; SAE 90 Getriebeöl
440	2000	SAE 140 Getriebeöl
1100	5000	Glycerin (20 °C); SAE 250 Getriebeöl
2200	10000	Honey
6250	28000	Mayonnaise
19000	86000	Saure Sahne

Quelle: engineeringtoolbox.com

Kinematische Viskosität vs. Saybolt-Universal-Sekunden

Kinematische Viskosität vs. Temperatur

Die Originalquelle enthält ein Diagramm für die kinematische Viskosität als Funktion der Temperatur. Das interaktive Diagramm unten bewahrt repräsentative Kurvenwerte für gängige Flüssigkeiten und Gase, damit die Trends numerisch überprüft werden können; verwenden Sie Herstellerdaten für designkritische Interpolation.

Repräsentative kinematische Viskosität vs. Temperatur

Flüssigkeitsverhaltenstypen

Nicht alle Flüssigkeiten folgen Newtons linearem Spannungs-Dehnrate-Gesetz. Mehrere Kategorien beschreiben nicht-newtonsches Verhalten:

Type	Behavior	Examples
Newtonian	Shear stress is linearly proportional to shear rate ( $\tau = \mu \, du/dy$ ). Viscosity is constant regardless of applied stress.	Water, air, mineral oils
Shear-thinning (pseudo-plastic)	Viscosity decreases with increasing shear rate.	Paint, blood, polymer solutions
Thixotropic	Viscosity decreases over time under constant shear rate; partially recovers at rest.	Yogurt, drilling mud, some paints
Dilatant (shear-thickening)	Viscosity increases with increasing shear rate.	Wet sand, cornstarch suspensions
Bingham plastic	Behaves as a solid until a yield stress is exceeded, then flows with a roughly constant viscosity.	Toothpaste, mayonnaise, sewage sludge

Wiederhergestellte Originalquellentabellen

Die folgenden Tabellen sind aus der Originalquellenseite wiederhergestellt, um die vollständigen Referenzdaten zu erhalten.

Flüssigkeiten - Absolute Viskositäten

7 Zeilen

Liquids - Absolute Viscosities
Liquid	Absolute Viskosität*) (N s/m2, Pa s)
Air	1.983×10-5
Water	10-3
Olivenöl	10-1
Glycerol	100
Flüssiger Honig	101
Goldener Sirup	102
Glass	1040

Quelle: engineeringtoolbox.com

Gängige Flüssigkeiten - Viskositäten

13 Zeilen

Common Liquids - Viscosities
Zentistokes (cSt, 10-6 m2/s, mm2/s)	Saybolt-Sekunde Universal (SSU, SUS)	Typische Flüssigkeit
0.1	—	Mercury
1	31	Wasser (20 oC)
4.3	40	Milch SAE 20 Kurbelgehäuseöl SAE 75 Getriebeöl
15.7	80	Nr. 4 Heizöl
20.6	100	Cream
43.2	200	Pflanzenöl
110	500	SAE 30 Kurbelgehäuseöl SAE 85 Getriebeöl
220	1000	Tomatensaft SAE 50 Kurbelgehäuseöl SAE 90 Getriebeöl
440	2000	SAE 140 Getriebeöl
1100	5000	Glycerin (20 oC) SAE 250 Getriebeöl
2200	10000	Honey
6250	28000	Mayonnaise
19000	86000	Saure Sahne

Quelle: engineeringtoolbox.com

Originalquellbilder

Die folgenden Originalquellbilder werden beibehalten, um visuelles Referenzmaterial nicht zu verlieren. Wenn ein Bild Diagramm- oder Tabellendaten enthält, werden seine extrahierten Werte in den Seitentabellen, Rechnern oder interaktiven Diagrammen dargestellt; verbleibende Bilder werden als visuelle Quellenreferenzen aufbewahrt.

Flüssigkeit - Viskositäts- und Geschwindigkeitsprofil Kinematische Viskosität vs. Temperatur für einige gängige Flüssigkeiten und Gase

Technische Hinweise

Temperatur ist entscheidend. Bei Flüssigkeiten sinkt die Viskosität mit steigender Temperatur. Bei Gasen steigt die Viskosität mit der Temperatur. Viskosität immer bei einer angegebenen Temperatur angeben oder nachschlagen.
Referenztemperaturen in ISO 8217: Restkraftstoffe werden bei 100 °C charakterisiert; Destillatkraftstoffe bei 40 °C.
Die richtige Viskositätsart auswählen. Verwenden Sie die dynamische Viskosität bei der Berechnung von Scherkräften, Druckabfall oder Widerstand. Verwenden Sie die kinematische Viskosität für offene Kanalströmung, Schmiermittelspezifikationen und Kraftstoffbewertung.
Einheitenkonsistenz. Das Mischen von SI- und imperialen Viskositätseinheiten ist eine häufige Fehlerquelle. Bei der Verwendung der Formel für kinematische Viskosität $\nu = \mu / \rho$ stellen Sie sicher, dass sowohl $\mu$ als auch $\rho$ konsistente Einheitensysteme verwenden.
Glasviskosität. Die extrem hohe Viskosität, die für Glas angegeben wird, spiegelt das nahezu feste amorphe Verhalten bei Raumtemperatur wider; geschmolzenes Glas bei Verarbeitungstemperaturen (1000–1400 °C) hat Viskositäten, die um viele Größenordnungen niedriger sind.
Messmethoden. Die dynamische Viskosität wird häufig mit Rotationsviskosimetern (Brookfield, Kegel-Platte) gemessen. Die kinematische Viskosität wird mit Kapillarviskosimetern (Ubbelohde, Cannon-Fenske) oder Ausflussviskosimetern (Saybolt, Redwood) gemessen.

Referenzen

Engineering Toolbox — Dynamische, absolute und kinematische Viskosität

Quelle: engineeringtoolbox.com