Динамическая вязкость жидкостей и газов

Капельные жидкости при 18 °С	, Пас	Газы при 0 °С	, Пас
Ацетон	0.00 034	Азот	0.0 000 167
Вода	0.00 105	Водород	0.0 000 084
Глицерин	1.39 300	Воздух	0.0 000 172
Масло машинное	0.11 300	Кислород	0.0 000 192
Нефть	0.0080…0,1000	Метан	0.0 000 104
Спирт этиловый	0.00 122	Хлор	0,0 000 129

Пример 1.2. Вязкость воды в зависимости от температуры можно определить также по формуле Пуазейля (см²/с), где температура берется в градусах Цельсия. Пусть необходимо найти динамическую вязкость воды при температуре 18 С.

Решение. По формуле Пуазейля 1.05810^–6 м²/с; тогда = 1.05810^–6998 = 0.001 056 Пас, что совпадает с данными табл. 1.2.

Физические модели жидкостей и газов

1. Вязкая и идеальная жидкость. Реальные жидкости обладают вязкостью. Если же в задаче можно пренебречь касательными напряжениями между слоями жидкости по сравнению с нормальными напряжениями, то приходим к модели идеальной жидкости. Такой подход позволяет существенно упростить математическое описание задачи и по­лучить многие результаты в конечном виде, во многих случаях не только качественно, но и количественно подтверждаемые опытами.

2. Многокомпонентные жидкости. Капельная жидкость или газ с примесями (другие жидкости, газы, твердые тела) может образовать гомогенную или гетерогенную смесь.

Гомогенные смеси образуются в тех случаях, когда в основной жидкости примеси распределяются по всему объему растворяющей жидкости равномерно на уровне молекул. В таких случаях смесь физически представляет собой однородную среду, называемую раствором, в которой содержатся примеси – ее компоненты. Физические свойства гомогенной многокомпонентной смеси (плотность, удельный вес, теплоемкость) можно определить по компонентному составу. Пример гомогенной смеси: воздух.

В тех случаях, когда примеси в основной жидкости находятся не на молекулярном уровне, а в виде частиц, представляющих собой совокупности молекул вещества примеси, такие смеси не могут считаться однородными растворами. Физические свойства подобных гетерогенных смесей зависят от того, какое вещество будет находиться в точке измерения. Отличительной особенностью многофазных жидкостей является наличие в них внутренних границ раздела между фазами, вдоль которых действуют силы межфазного взаимодействия, способные увеличивать сопротивление движению жидкости. Примеры гетерогенных смесей: смеси двух и более нерастворимых друг в друге жидкостей (эмульсии); смеси жидкости со свободным газом (газированные жидкости); смеси жидких и газообразных углеводородов (окклюзии); смеси жидкостей и твердых частиц, находящихся в жидкости во взвешенном состоянии (суспензии и пульпы); смеси газа и взвешенных в нем частиц (газовзвеси); системы с твердым скелетом и пустотами – порами и капиллярами различных форм (капиллярно-пористые среды); зернистые среды (песок, грунты).

3. Неньютоновские жидкости. Многокомпонентные жидкости как гомогенные, так и гетерогенные, могут содержать в своем составе компоненты, значительно изменяющие вязкость жидкости. В таких средах гипотеза вязкого трения Ньютона (1.9) неприменима, поэтому их называют неньютоновскими жидкостями. Примеры неньютоновских жидкостей: расплавы железа и полимеров, кровь.

Среди неньютоновских жидкостей принято выделять:

• вязкопластичные жидкости, характерной особенностью которых является то, что до достижения некоторого критического внутреннего напряжения они ведут себя как твердые тела и лишь при начинают двигаться как обычные жидкости:

при : ,

при : или ; (1.14)

• псевдопластичные жидкости, у которых зависимость между напряжением сдвига и градиентом скорости можно записать в следующем виде:

, (1.15)

где – так называемая мера консистенции жидкости (аналог динамической вязкости ньютоновских жидкостей), 1 – показатель, характеризующий отличие свойств псевдопластичной жидкости от ньютоновской. Данной моделью описывается, в частности, вязкость рас­плавов;

• дилатантные жидкости определяются уравнением (1.15) при 1. Такая модель жидкости может быть применена для описания движения суспензий.