6.15 В’язкість рідини

В’язкість рідини — це опір, який чинить один шар рідини другому при їх переміщенні один відносно одного. В загальному випадку швидкість переміщення рідини біля стінок каналу менша, ніж швидкість всередині об’єму. Сила опору між шарами, які переміщуються, визначається як

, (6.111)

де Р — сила опору, дін;

— коефіцієнт абсолютної в’язкості або коефіцієнт

внутрішнього тертя, залежить від складу, природи

рідини і температури, пз (пуаз);

F — площа дотику, см²;

— градієнт швидкості (сек^-1), який вказує на зміну швидкості

переміщення шару в напрямку, перпендикулярному руху.

. (6.112)

За один пуаз приймають в’язкість такої рідини, в якій сила в одну діну викликає переміщення шару в 1см² відносно такого ж шару, що знаходиться на відстані 1см зі швидкістю 1смс^-1.

Відношення при 20 °С має назву відносного коефіцієнту внутрішнього тертя.

В металургії, особливо в зварювальному виробництві, в’язкість шлаку грає велику роль, тому що впливає на повноту хімічних реакцій в зварювальній ванні. Коефіцієнт внутрішнього тертя залежить від температури (рисунок 6.5).

Рисунок 6.5 — Залежність величини в’язкості від температури

На рисунку 6.5 можна виділити три зони:

1) більше ніж 10¹³ пз — крихкий стан шлаку;

2) де 10 < < 10¹³ пз — в’язкий стан шлаку;

3) менше ніж 10 пз — рідкоплинний стан шлаку.

В’язкість рідини визначається за допомогою спеціальних приборів — віскозиметрів. Існує декілька методів визначення величини в’язкості. Вони засновані на визначенні опору, який чинить рідина переміщенню в ній твердого тіла.

На практиці часто використовується метод падаючої кульки, винятково метод циліндра, що обертається.

По методу падаючої кульки визначається швидкість платинової кульки в дослідній рідині. Коефіцієнт в’язкості визначається за формулою Стокса

, (6.113)

де r — радіус кульки, см;

і —густина кульки і рідини, гсм^-3;

V — швидкість переміщення кульки, смс^-1;

g — прискорення вільного падіння (981 смс^-2).

По методу циліндра, що обертається, вимірюють швидкість обертання циліндра в дослідній рідині при заданому моменті обертання.

6.16 Випаровування

Існують два процеси утворення пара над рідиною: сублімація або возгонка і випаровування.

Утворення пара над речовиною при температурі нижче температури плавлення називається сублімацією або возгонкою. Температура при якій пружність пара дорівнює тиску навколишнього середовища або навколишньої атмосфери називається точкою кипіння. Головна відміна процесу пароутворення при плавленні і кипінні в тому, що процес пароутворення при кипінні іде як з поверхні, так і в середині об’єму. Для визначення пружності пара використовується багато формул, але частіше використовується формула (6.114)

, (6.114)

де р — парціальний тиск речовини, що випаровується, мм.рт.ст.;

Т — температура, К;

A та B — коефіцієнти, визначенні експериментально і при

виконанні розрахунків беруться із таблиць.

Для оцінки процесу пароутворення введений параметр

— скрита питома теплота пароутворення. В загальному випадку =f(T), але якщо знехтувати цією залежністю можна записати

, (6.115)

де T_к — температура кипіння;

С — постійна, яка за правилом Тритона знаходиться між

значеннями 21 та 23, ккал(Смоль)^-1.

Значення 21 відповідає низькокиплячій рідині, а значення 23 відповідає висококиплячій рідині.

Співвідношення  ) хоч і приблизно, але дуже швидко дозволяє оцінити величину по температурі кипіння.

На практиці, для твердого тіла можна використовувати таку залежність

, (6.116)

де _воз – питома теплота випаровування (возгонки) з твердого тіла;

_пп – питома теплота плавлення;

_пар – питома теплота пароутворення.

Все вищезгадане характерно для чистих металів. Реально ж зварювальна ванна уявляє собою комплексну систему, де можна виділити наступні випадки:

1. якщо компоненти системи не розчинні один в одному, то

загальна пружність пара дорівнює сумі пружності пара окремих компонентів при недуже низькій кількості останніх;

2) якщо компоненти розчинні один в одному, то тиск паророзчинника зменшується із збільшенням кількості розчиненої в ньому речовини і при невеликій кількості останньої, визначається мольною частиною розчиненої речовини (закон Рауля).

Чим вища температура кипіння рідини і менша її пружність пару, тим менш інтенсивно іде процес випаровування. В іншому випадку процес випаровування іде більш інтенсивно.