Proprietatea fluidelor pentru a rezista forfecării este denumită în general vâscozitate. Atunci când fluxul de fluid are loc mișcarea relativă a particulelor, ceea ce conduce la o forță de frecare între acestea, în care valoarea cantitativă este proporțională cu vâscozitatea. Să considerăm mișcarea unui lichid de-a lungul unui perete plan (Fig.1.1).
Când fluidul laminar curge, se mișcă în straturi paralele, viteza căreia, datorită efectului de întârziere, scade de la valoarea maximă la zero când se apropie de perete.
Forța de fricțiune pe unitate de suprafață reprezentând amploarea tensiunii tangențiale poate fi definită ca
În cazul în care straturile sunt situate la o distanță infinitezimală unele de altele, valoarea se va determina ca
Coeficientul caracterizează rezistența fluidului la forfecare și se numește vâscozitate absolută sau dinamică. (Pa c).
Pentru prima dată, dependența dintre stresul de forfecare și gradientul de viteză a fost evidențiată de Newton și, în legătură cu aceasta, a fost numită legea lui Newton de frecare.
Forța totală de frecare poate fi definită ca
unde S este zona straturilor de frecare.
În cazul în care gradientul de viteză este negativ, în formulele de mai sus din partea dreaptă se pune semnul "minus".
Împreună cu coeficientul de vâscozitate dinamică în hidrodinamică, conceptul de coeficient de vâscozitate cinematică
Numele este cinetic pentru că nu are o unitate de rezistență în dimensiunea ei. Viscozitatea dinamică are dimensiunea [], și viscozitatea cinematică - [m 2 / s].
Trebuie remarcat faptul că, odată cu creșterea temperaturii, vâscozitatea picăturilor de lichide scade. și foarte semnificativ, iar viscozitatea gazelor crește. Acest lucru se explică prin faptul că, pe măsură ce temperatura gazului crește, intensitatea mișcării termice a moleculelor crește, ceea ce duce la o creștere a vâscozității.
În lichidele picăturilor, moleculele nu se pot mișca în direcții diferite, dar pot oscila în jurul poziției lor medii. Cu creșterea temperaturii, vitezele medii ale mișcărilor vibraționale ale moleculelor cresc, ceea ce duce la o slăbire a legăturilor de reținere și la obținerea unei mobilități mai mari, ceea ce duce la o scădere a vâscozității.
Pentru apa proaspătă pură, dependența vâscozității dinamice față de temperatură este determinată de formula Poiseuille
Cu o creștere a temperaturii de la 0 la 100 ° C, vâscozitatea dinamică a apei scade de aproape 7 ori. Apa aparține celor mai puțin vâscoase lichide. Viscozitatea cea mai scăzută are dioxid de carbon lichid (de 50 de ori mai puțin decât vâscozitatea apei).
Pentru a determina vâscozitatea aerului, se poate folosi formula
= (1700 ± 5,8 t-0,0117 t 2). (1.16)
Toate aceste dependențe sunt obținute pentru așa-numitele lichide omogene Newtonian, pentru care tensiunile cauzate de vâscozitate sunt în dependență liniară față de viteza de întindere.
Debitul în unele lichide nu se supune legii viscozității lui Newton (1.12). Aceste așa-numite lichide non-newtoniene (sau anormale) includ, de exemplu, mortar, noroi de lut utilizat în sondele de foraj, produse petroliere la o temperatură apropiată de punctul de turnare etc.
Pentru a aduce aceste fluide în mișcare, este extrem de important să exercite uneori un efort considerabil. Mișcarea fluidelor non-newtoniene începe numai după tensiunile de forfecare au ajuns la o anumită valoare limită (așa-numita tensiune inițială de offset), la o tensiuni tangențiale mai mici, aceste lichide nu curg, dar experiența numai deformare elastică sub formă de solide.
În lichide anormale, forța de frecare apare chiar și în lichidele de repaus care deja aspiră să intre în mișcare. În Fig. 1.2. arată relația dintre stresul tangențial și gradientul de viteză.
Vâscozitate lichide aberante (așa numita viscozitate structurală) în condiții de temperatură și presiune dată nu este constantă și variază în funcție de gradientul vitezei ca structura fluidului fractură și, prin urmare, nu este o constantă fizică ca lichide normale de vâscozitate.
Fig. 1.2. Dependența stresului tangențial asupra gradientului de viteză pentru lichide normale 1 și anomal 2.
Mișcarea fluidelor non-newtoniene printr-o conductă din starea de echilibru a forțelor externe și interne este exprimată prin următoarea formulă:
unde este tensiunea maximă de forfecare;
p este căderea de presiune pe secțiunea de țeavă în cauză;
R este raza internă a țevii;
- lungimea secțiunii conductei.
Fig. 1.3. Dependența efortului de forfecare maximă asupra gradientului de viteză de pe peretele țevii.
Linia 1 caracterizează viscozitatea fluidelor newtoniene. Atunci când se creează cea mai mică cădere de presiune pe o parte a țevii, astfel de lichide încep să se miște.
Linia 2 caracterizează viscozitatea unui lichid non-newtonian:
Dacă lichidul este un ulei parafinic, atunci cu o creștere a ratei de forfecare, legăturile dintre particulele de parafină sunt cu atât mai mult încălcate și vâscozitatea scade. Curbele de acest tip sunt observate în apropierea punctului de turnare al uleiului. Astfel de lichide se numesc pseudoplastice.
La temperaturi scăzute, uleiul parafinic formează o latură structurală suficient de puternică de parafină. Uleiul, în acest caz, dobândește proprietatea de a rezista forțelor de forfecare. Pentru a deplasa petrolul în conductă, este extrem de important să aplicați o anumită scădere a presiunii, ᴛ.ᴇ. pentru a începe mișcarea fluidului în conductă este extrem de importantă. astfel încât forța de forfecare () să fie mai mare decât tensiunea limită () a forfecării (>). Uleiul și lichidele care satisfac aceste condiții se numesc plastic. La picături mici de presiune, astfel de lichide nu curg. La temperaturi ridicate pot deveni Newtonieni. Curba 3 din Fig. 1.3 Caracterizează fluidul plastic.
Stresul de forfecare al fluidelor viscoplastice este determinat de ecuația Shvedov-Bingham:
unde este coeficientul vâscozității plastice.
Profilul de curgere al unui fluid viscoplastic într-un tub circular diferă de profilul de curgere al unui fluid Newtonian. În centrul fluxului, lichidul se mișcă sub forma unui nucleu solid cilindric.
Raza nucleului r0 poate fi determinată prin formula:
Fluxul fluidului viscoplastic prin conducte este determinat de formula lui Buckingham:
Din formula (1.21) pentru r0 = 0, viteza de curgere pentru un fluid Newtonian este determinată.
Citiți de asemenea
Fig. 3 Măsurarea vitezei fluidului. Pitot tub. Este posibil să se facă o astfel de secțiune îngustă a tubului care, din cauza presiunii scăzute (sub presiunea atmosferică), aerul sau lichidul (așa-numita acțiune de aspirație a jetului) vor fi aspirați în această secțiune. Acest fenomen. [citeste mai mult].
Proprietatea fluidelor pentru a rezista forfecării se numește viscozitate. Când fluidul se mișcă, particulele se mișcă relativ, ceea ce duce la apariția unei forțe de frecare între ele, valoarea cantitativă a căreia este proporțională cu viscozitatea lichidului. [citeste mai mult].
Fig. 3 Măsurarea vitezei fluidului. Pitot tub. Este posibil să se facă o astfel de secțiune îngustă a tubului care, din cauza presiunii scăzute (sub presiunea atmosferică), aerul sau lichidul (așa-numita acțiune de aspirație a jetului) vor fi aspirați în această secțiune. Acest fenomen. [citeste mai mult].
Parametrul de vâscozitate este una dintre principalele proprietăți care determină natura mișcării unui lichid. Viscozitatea (frecare internă) a unui lichid este o proprietate a unui lichid pentru a rezista mișcării unei părți a acestuia față de cealaltă. Viscozitatea lichidului este datorată primei. [citeste mai mult].