Вязкость (внутреннее трение)

Вязкость — это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой.

При перемещении одних слоев реальной жидкости относительно других возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Более быстрые слои ускоряют более медленные и наоборот, медленные слои тормозят прилегающие к ним быстрые слои. Градиент скорости D u /D х показывает, как быстро меняется скорость при переходе от слоя к слою в направлении х перпендикулярном направлению движения слоев. Сила внутреннего трения пропорциональна градиенту скорости и рассматриваемой площади поверхности слоя S:

Коэффициент пропорциональности h, зависящий от природы жидкости, называется динамической вязкостью (или просто вязкостью). Единица вязкости — паскаль-секунда — динамическая вязкость среды, в которой при ламинарном течении и градиенте скорости с модулем равным 1м/с на 1м, возникает сила внутреннего трения 1Н на 1м² поверхности касания слоев (1Па с = 1Н с/м²). Чем больше вязкость, тем сильнее жидкость отличается от идеальной, тем больше силы внутреннего трения в ней возникают. Вязкость зависит от температуры, причем характер этой зависимости для жидкостей и газов различен (для жидкостей h с увеличением температуры уменьшается, у газов, наоборот, увеличивается), что указывает на различие в них механизмов внутреннего трения.

ЗЗ.Два режима течения жидкостей.

Течение называется ламинарным (слоистым), если вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними.

Ламинарное течение жидкости наблюдается при небольших скоростях ее движения. Внешний слой жидкости, примыкающий к поверхности трубы, в которой она течет, из-за сил молекулярного сцепления прилипает к ней и остается неподвижным. Скорости последующих слоев тем больше, чем больше их расстояние до поверхности трубы, и наибольшей скоростью обладает слой, движущийся вдоль оси трубы (рис. (а)).

Течение называется турбулентным (вихревым), если частицы жидкости переходят из слоя в слой (имеют составляющие скоростей, перпендикулярные течению). Это сопровождается интенсивным перемешиванием жидкости (газа) и вихреобразованием.

Скорость частиц быстро возрастает по мере удаления от поверхности трубы, затем изменяется довольно незначительно, вследствие интенсивного перемешивания (рис. (b)).

Количественно переход от одного режима течения другому характеризуется числом Рейнольдса:

Здесь g = h /r — кинематическая вязкость; r — плотность жидкости; á u ñ — средняя по сечению трубы скорость жидкости; d — характерный линейный размер, например диаметр трубы.

При малых значениях числа Рейнольдса (Rе £ 1000) наблюдается ламинарное течение, переход от ламинарного течения к турбулентному происходит в области 1000 £ Rе £ 2000, а при Rе = 2300 (для гладких труб) течение — турбулентное.

Дата добавления: 2014-01-04