Властивість рідин чинити опір зсуву прийнято називати в'язкістю. При русі рідини відбувається відносне переміщення частинок, що призводить до появи сили тертя між ними, причому кількісне значення її пропорційно в'язкості рідини. Розглянемо рух рідини уздовж плоскої стінки (Рис.1.1).
При ламінарному русі рідини вона рухається паралельними шарами, швидкість яких, внаслідок гальмуючого еффекта͵ зменшується від максимального значення до нуля в міру наближення до стінки.
Силу тертя на одиницю площі, що представляє величину дотичного напруження, можна визначити як
У тому випадку, якщо шари будуть перебувати на нескінченно малій відстані один від одного, величина визначиться як
Коефіцієнт характеризує опірність рідини зрушення і прийнято називати абсолютною або динамічною в'язкістю. (Па с).
Вперше на існування залежності між дотичним напруженням і градієнтом швидкості вказав Ньютон і в зв'язку з цим вона прийнято називати законом тертя Ньютона.
Повну силу тертя можна визначити як
де S - площа труться шарів.
У тому випадку, якщо градієнт швидкості негатив ?? ен, в записаних вище формулах в правій частині ставлять знак''мінус''.
Поряд з коефіцієнтом динамічної в'язкості в Гідрогазодинаміки широко використовують поняття коефіцієнта кін ?? ематіческой в'язкості
Назва кін ?? ематіческая вона отримала внаслідок того, що в її розмірності відсутні одиниці сили. Динамічна в'язкість має розмірність [], а кін ?? ематіческая - [м 2 / с].
Необхідно відзначити, що з збільшення температури в'язкість крапельних рідин зменшується. причому вельми значно, а в'язкість газів збільшується. Це пояснюється тим, що зі збільшенням температури газу інтенсивність теплового руху молекул зростає, що призводить до збільшення в'язкості.
У крапельних рідинах молекули не можуть рухатися в різних напрямках, а можуть коливатися навколо свого середнього положення. Зі збільшенням температури середні швидкості коливальних рухів молекул збільшуються, що призводить до ослаблення утримують зв'язків і придбання більшої рухливості, а це призводить до зменшення в'язкості.
Для чистої прісної води залежність динамічної в'язкості від температури визначається за формулою Пуазейля
Зі збільшенням температури від 0 до 100 ° С динамічна в'язкість води зменшується майже в 7 разів. Вода належить до найменш вузькому рідин. Найменшу в'язкість має рідка вуглекислота (в 50 разів менше в'язкості води).
Для определ ?? ення в'язкості повітря можна користуватися формулою
= (1700 + 5,8t-0.0117t 2). (1.16)
Всі ці залежності отримані для так званих ньютонівських однорідних рідин, для яких напруги, що викликаються в'язкістю, знаходяться в лин ?? єйної залежності від швидкості деформації.
Перебіг в деяких рідинах не підкоряється закону в'язкості Ньютона (1. 12). До цих так званих неньютонівської (або аномальним), рідинах можна віднести, наприклад, будівельний розчин, глинистий розчин, який вживається при бурінні свердловин, нафтопродукти при температурі, близької до температури застигання і ін.
Щоб привести такі рідини в рух, вкрай важливо докласти іноді значне зусилля. Рух неньютоновскіх рідин починається тільки після того, як дотичні напруження в них досягнуто деякого граничного значення (так зване початкове напруга зсуву): при менших дотичних напруженнях ці рідини не течуть, а відчувають тільки пружні деформації, як тверді тіла.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в аномальних рідинах сила тертя виникає ще в покояться, але вже прагнуть прийти в рух рідинах. На рис. 1.2. показана залежність між дотичним напруженням і градієнтом швидкості.
В'язкість аномальних рідин (так звана структурна в'язкість) при заданих температурі і тиску непостійна і змінюється виходячи з градієнта швидкості в міру руйнування структури рідини, а отже, не є фізичною константою, як в'язкість нормальних рідин.
Мал. 1.2. Залежність дотичного напруження від градієнта швидкості для нормальних 1 і аномальних 2 рідин.
Рух неньютоновскіх рідин по трубопроводу з умови рівноваги зовнішніх і внутрішніх сил виражається наступною формулою:
де - максимальне напруження зсуву;
р - перепад тиску на даній ділянці труби;
R - внутрішній радіус труби;
- довжина ділянки трубопроводу.
Мал. 1.3. Залежність максимальної напруги зсуву від градієнта швидкості на стінці труби.
Лінія 1 характеризує в'язкість ньютонівських рідин. При створенні найменшого перепаду тиску на деякій ділянці труби такі рідини починають переміщатися.
Лінія 2 характеризує в'язкість неньютоновской рідини:
У разі якщо рідина - парафінистих нафту, то зі збільшенням швидкості зсуву зв'язку між частинками парафіну нд ?? е більше порушуються і в'язкість зменшується. Криві цього виду спостерігаються поблизу температури застигання нафти. Такі рідини називаються псевдопластичних.
При низьких температурах в парафінистої нафти утворюється досить міцна структурна решітка парафіну. Нафта в даному випадку набуває властивість чинити опір сдвигающим зусиллям. Щоб зрушити нафту в трубопроводі, вкрай важливо докласти деякий початковий перепад тиску, ᴛ.ᴇ. для початку руху рідини в трубі вкрай важливо. щоб напруга зсуву () було більше граничного напруження () зсуву (>). Нафти і рідини, які задовольняють цим умовам, називаються пластичними. При малих перепадах тиску такі рідини не течуть. При високій температурі вони можуть стати ньютоновскими. Крива 3 рис. 1.3 характеризує пластичну рідина.
Напруга зсуву в'язкопластичних рідин визначається за рівнянням Шведова - Бінгама:
де - коефіцієнт пластичної в'язкості.
Профіль течії вязкопластической рідини в круглій трубі відрізняється від профілю течії ньютонівської рідини. У центрі потоку рідина рухається у вигляді твердого циліндричного ядра.
Радіус ядра r0 можна визначити за формулою:
Витрата в'язкопластичні рідини по трубопроводу визначається за формулою Букінгема:
З формули (1.21) при r0 = 0 визначається витрата для ньютонівської рідини.
Читайте також
Мал. 3 Вимірювання швидкості рідини. Трубка Піто. Можна зробити настільки вузьке перетин трубки, що внаслідок малого тиску (нижче атмосферного) в це перетин буде засмоктуватися повітря або рідина (так зване всмоктувальне дію струменя). Це явище. [Читати далі].
Властивість рідин чинити опір зсуву називається в'язкістю. При русі рідини відбувається відносне переміщення частинок, що призводить до появи сили тертя між ними, причому кількісне значення її пропорційно в'язкості рідини. [Читати далі].
Мал. 3 Вимірювання швидкості рідини. Трубка Піто. Можна зробити настільки вузьке перетин трубки, що внаслідок малого тиску (нижче атмосферного) в це перетин буде засмоктуватися повітря або рідина (так зване всмоктувальне дію струменя). Це явище. [Читати далі].
Параметр в'язкості виступає одним з основних властивостей визначають характер руху рідини. В'язкість (внутрішнє тертя) рідини - властивість рідини чинити опір переміщенню однієї її частини щодо іншої. В'язкість рідини обумовлена в першу. [Читати далі].