3种常用润滑油密度与温度关系的研究

张笑云 杨 异

(天津市新华中学 天津 300204)

3种常用润滑油密度与温度关系的研究

张笑云 杨 异*

(天津市新华中学 天津 300204)

利用石油产品密度实验装置，测量了3种常用润滑油在不同温度下的密度.结果表明,润滑油的密度均随着温度的升高线性减小,在相同温度下，酯类油的密度大于矿物油和PAO油，矿物油的密度大于PAO油.利用实验数据建立了3种润滑油密度与温度之间的密度-温度数学模型，建立的模型精度较高，模型计算值与实验值非常吻合.

润滑油 密度 密度-温度模型

密度是润滑油最简单且最常用的物理性能指标.通常情况下，人们认为润滑油是不可压缩的，并且可忽略热膨胀的影响，将润滑油的密度视为常数.然而，高温下润滑油分子间距离增加，体积膨胀，最终导致润滑油粘度和密度的下降，这对润滑油的润滑性能有一定影响.近年来许多研究者进行过润滑油密度的相关研究[1～4].目前，密度的测量主要有密度计法、比重瓶法以及U型振动管法[5]，本文采用密度计法测量了润滑油样品在不同温度下的密度.

1 实验装置及实验方法

图1为石油产品密度实验器，该实验器主要由恒温缸、恒温介质、搅拌器、样品桶以及一组量程分别为600～650 kg/m3、650～700 kg/m3、700～750 kg/m3、750～800 kg/m3、800～850 kg/m3、850～900 kg/m3、900～950 kg/m3、950～1 000 kg/m3的密度计组成.

实验时，首先向恒温缸中倒入恒温介质，直到达到恒温缸上边缘以下5 cm左右处.当实验温度为-50 ℃～30 ℃时，采用无水乙醇作为恒温介质；当实验温度为30 ℃～150 ℃时，采用丙三醇作为恒温介质.然后，将待测润滑油样品倒入样品桶中，将样品桶放入恒温缸中的恒温介质里.使样品桶里润滑油样品的液面低于恒温缸中恒温介质的液面.在温控箱上设定测试温度，仪器开始制冷(或者加热)，搅拌器转动使得润滑油样品受热均匀.

图1 石油产品密度实验器

一定时间后，用温度计测量润滑油样品的温度，当测得样品温度达到设定温度后,选择一支密度计放入润滑油样品中，如果稳定后密度计的最小刻度高于桶内样品的液面，那么选用更大量程的密度计；如果稳定后选用的密度计最上部刻度沉到液面以下，那么选用更小量程的密度计.直到将选用的密度计放入桶内的样品中，密度计稳定后，润滑油样品的液面在密度计的测量刻度之间，这时读取密度计上与样品液面相切的刻度，此读数即为在该温度下样品的密度.调节温控箱的控制温度，重复上述步骤.如果随着温度的升高，样品的密度低于上次选用的密度计的最小刻度，那么选用更小量程的密度计.

2实验结果及分析

测得润滑油试样在不同温度下的密度如表1和表2所示.

表1 不同温度下矿物油的密度

表2 不同润滑油在不同温度下的密度

将所得实验数据绘制成图，如图2所示.从图中我们可以看到：3种润滑油的密度均随温度的升高而降低，且密度的降低幅度与温度的升高幅度近似线性关系.同一温度下，酯类油的密度大于矿物油和PAO油，矿物油的密度大于PAO油.

图2 润滑油密度随温度的变化曲线

由于润滑油的密度和温度近似为线性相关，所以可以建立密度-温度方程如下

ρ=ρ0+AT

(1)

式(1)为一元线性方程，根据一元线性回归方程系数的计算公式可得

(2)

(3)

其中，平均温度

平均密度

把表1和表2中的实验数据代入式(2)和式(3)，可求出式(1)中的系数A和ρ0.则可得3种实验用润滑油的密度-温度方程如下.

对于矿物油：

ρ=904.977 27-0.597 88T

(4)

对于PAO：

ρ=833.856 55-0.589 23T

(5)

对于酯类油：

ρ=961.577 98-0.671 01T

(6)

为了评价回归方程(4)～(6)的回归效果，可以用相关系数来描述，线性回归方程相关系数的计算公式

(7)

把实验数据代入上式，可得到矿物油、PAO油和酯类油的相关系数分别为0.997 22,0.999 13,0.999 48.所以，回归方程(4)～(6)能够很好地描述润滑油密度-温度之间的关系.回归方程(4)～(6)计算值与实验值的比较如图3～5所示，可见回归方程(4)～(6)能够比较精确计算不同温度下的密度.

图3 酯类油的测量数据及回归曲线

图4 PAO的测量数据及回归曲线

图5 矿物油的测量数据及回归曲线

3 结论

(1)润滑油的密度随着温度的升高而降低，且密度降低的幅度与温度升高的幅度近似线性相关.

(2)在相同温度下，酯类油的密度大于矿物油和PAO，矿物油的密度大于PAO.

(3)建立的3种润滑油的密度-温度方程能够很好地与实验数据吻合，可以用来计算不同温度下润滑油的密度.

1 崔金磊,杨萍,刘晓玲,等.由润滑油密度求黏度的新黏压关系式探讨.摩擦学学报,2016(01):13～19

2 陈文艺,邹恺,王秀文,等.几种加氢润滑油基础油性质和组成的研究.石油炼制与化工,2014,45(10):87～91

3 李萌,张华,娄江峰.纳米二硫化钼对冷冻机油密度和黏度的影响.化工进展,2014,33(6):1 425～1 428

4 宋昌盛,徐磊,唐亚丹,等.黏度对润滑油密度测定准确性的影响.润滑油,2016,31(3):39～41

5 文祺然.润滑油密度的测定方法.合成润滑材料,2014,41(2):28～29

2017-07-04)

张笑云(2000- ),男，在读高中生.

指导教师：杨异(1979- )，男，中教高级，主要从事中学物理教学及研究.