Experimental Investigation of the Effect of Pressure on the Viscosity of Water in the Temperature Range 10–150°C
Abstract
enThe paper describes the design and operation of an instrument for the measurement of the viscosity of liquids in the temperature range 10–150°C and the pressure range 0,1–30 MPa. Measurements of the viscosity of liquid water under these conditions are reported. The instrument is of the oscillating-disk type and its design has been carried out with due regard to the theory of its operation and other, physical, constraints so as to optimize the precision of the viscosity measurements for water and aqueous solutions of inorganic salts. In addition, the experimental measurements of the logarithmic decrement and period of the disk oscillations have been reduced to the electronic measurement of time so that the experimentally realizable precision is made commensurate with the theoretical expectation. — The physical limitations imposed by size, measurement capability and corrosion resistance have precluded the possibility of absolute measurements of viscosity with the present instrument. Nevertheless, the availability of accurate values for the viscosity of water in the temperature range 0–100°C at a pressure of 0.1 MPa and in the range 100–150°C at its saturation vapor pressure, has allowed an accurate determination of the edge correction factor for the oscillating-disk assembly to be made. In turn, precise determinations of the viscosity of liquid water over the entire temperature range 10–150°C and pressure range 0,1–30 MPa relative to this calibration have been performed. It is estimated that the precision of the present measurements is one of ±0.2%, which is consistent with their reproducibility, and that the accuracy of the final reported viscosities is ±0.3% up to 40°C deteriorating to ±0.5% at 150°C. — The experimental data are compared with the correlation promulgated by the Eighth International Conference on the Properties of Steam. The standard deviation is one of only ±0.3%, which is within the error band of the international correlation. Owing to the high precision of the present experimental results, they are to be preferred. — A correlation of the present experimental data is provided which reproduces the tabulated viscosities to within their estimated uncertainty. The correlation has been developed in the form η = η (P, T) wherein pressure and temperature are the independent variables. The choice is preferable to a correlation in terms of density and temperature from the viewpoint of practical application.
Abstract
deIm vorliegenden Artikel werden Aufbau und Wirkungsweise einer Apparatur zur Bestimmung der Viskosität von Flüssigkeiten im Temperaturbereich 10–150°C für Drücke 0,1–30 MPa beschrieben. Es werden Messungen der Viskosität von Wasser unter diesen Bedingungen angegeben. Das Gerät arbeitet nach dem Prinzip der schwingenden Scheibe. Bei der Konstruktion wurden im wesentlichen Aspekte der Theorie der Wirkungsweise und andere, physikalische Gesichtspunkte berücksichtigt, um die Genauigkeit hinsichtlich der Viskositätsmessung wäßriger Lösungen anorganischer Salze zu optimieren. Ferner wurden die experimentelle Bestimmung des logarithmischen Dekrements und der Periode der Scheibenschwingung auf eine elektronische Zeitmessung zurückgeführt, wodurch die experimentell erreichbare Genauigkeit den theoretischen Erwartungen nahekommt. — Die physikalischen Grenzen, gegeben durch Größe, Meßkapazität und Korrosionsbeständigkeit, schließen die Möglichkeit absoluter Viskositätsmessungen mit der gegenwärtigen Apparatur aus. Dennoch war eine genaue Bestimmung des Randkorrekturfaktors für die Schwingscheibenanordnung möglich, da man im Temperaturbereich 0–100°C bei einem Druck von 0,1 MPa und im Bereich 100–150°C bei Sättigungsdampfdruck sehr genaue Viskositätswerte für Wasser besitzt. Relativ zu dieser Kalibrierung wiederum konnte eine genaue Bestimmung der Viskosität des Wassers über den gesamten Temperaturbereich (0–150°C) bei Drücken von 0,1–30 MPa durchgeführt werden. — Die Fehlergrenze der vorliegenden Messungen wird in Konsistenz mit der Reproduzierbarkeit zu ±0,2% abgeschätzt, so daß bis zu 40°C eine Genauigkeit von ±0,3% für die endgültigen Viskositäten angegeben werden kann, die sich dann bis auf ±0,5% bei 150°C verringert. — Die experimentellen Daten werden mit der Formulierung verglichen, die auf der achten Internationalen Dampftafel-Konferenz angenommen wurde. Die Standardabweichung beträgt nur ±0,3, was innerhalb der Fehlergrenze der internationalen Gleichung liegt. Wegen der erheblichen Genauigkeit der vorliegenden experimentellen Ergebnisse geben wir diesen Daten den Vorzug. — Eine Korrelation für die vorliegenden experimentellen Daten ist angegeben, welche die tabellierten Viskositätswerte im Bereich ihrer abgeschätzten Unsicherheiten wiedergibt. Die Korrelation wurde in der Form ẽ = ẽ(p, T) entwickelt, mit Druck und Temperatur als unabhängigen Veränderlichen. Aus der Sicht der praktischen Anwendung erscheint uns diese Wahl vorteilhafter als eine Beziehung mit Dichte und Temperatur als Parameter.
