1.5. Вязкость жидкости

Вязкостью называется стремление жид­кос­тей к сдвигу. Если к пластине (рис. 1.1) приложить силу F, то пос­ле некоторого интервала времени установится равномерное дви­же­ние с некоторой скоростьюU₀.

Рис. 1.1

За время разгона возникла сила вязкости Fm= –F. Причем, вследствие межмолекулярных связей, слой жидкости, прилегающей к пластине, движется вместе с пластиной со скоростьюU₀. Пред­по­ло­жим, что распределение скоростей по высоте носит линейный ха­рактер:U =f(z), тогда

, (1.9а)

где m–	динамический коэффициент вязкости;
S–	площадь соприкасающихся слоев;
–	градиент скорости (показатель интенсивности ее изменения по нормали). Знак (+) или (-) выбирают в зависимости от знака градиента скорости и направления силы Fm.

Между слоями жидкости, движущимися со скоростями, отли­чаю­щимися друг от друга на величину dU, возникает касательное напряжениеt:

. (1.10)

Размерность m[m] =.

Единица измерения .

Отношение динамической вязкости к плотности называетсяки­нематической вязкостью жидкости:

. (1.11)

Размерность .

Единица измерения .

Связь кинематической и динамической вязкости с плотностью и температурой воды находится из выражений (1.9) и (1.11):

. (1.12)

Так, для чистой пресной воды зависимость динамической вяз­кос­ти от температуры определяется по формуле Пуазейля:

. (1.13)

Решая совместно уравнения (1.12) и (1.13), получим:

. (1.14)

На практике вязкость жидкостей определяется вискозиметрами, из которых наиболее широкое распространение получил вискози­метр Энглера.

Для перехода от условий вязкости в градусах Энглера к кине­матической вязкости в м²/с применяется несколько эмпирических формул, например формула Убеллоде:

, (1.15)

а также теоретическая формула А.Д. Альтшуля:

, (1.16)

где n–

кинематическая вязкость жидкости, см2/с.

Кроме обычных (ньютоновских) жидкостей, характеризующихся зависимостью (1.10), существуют аномальные жидкости, к которым относятся коллоидные растворы, смазочные масла, нефтепродукты.

Для таких жидкостей закон внутреннего трения выражается в виде

, (1.17)

где t0–

касательное напряжение в покоящейся жидкости, после преодоления которой жидкость приходит в движение.

1.6. Испаряемость жидкости

Показателем испаряемости является температура ее кипения при нормальном атмосферном давлении.

Чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость.

Более полной характеристикой испаряемости является давление (уп­ругость) насыщенных паров p_н, выраженная в функции темпе­ра­ту­ры.

Чем больше давление насыщенных паров при данной темпера­ту­ре, тем больше испаряемость жидкости.

Для многокомпонентных жидкостей (например, для бензина и др.) давление р_н зависит не только от физико-химических свойств и температуры, но и от соотношения объемов жидкой и паровой фаз.

Давление насыщенных паров возрастает с увеличением части объема жидкой фазы.

Значения упругости паров для таких жидкостей даются для отношения паровой и жидкой фаз, равного 1:4.

1.7. Растворяемость газов в жидкостях

Для различных жидкостей растворимость газов различна и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенный в жидкости до ее пол­ного насыщения, можно считать прямо пропорциональным давле­нию:

, (1.18)

где Wг–	объем растворенного газа при нормальных условиях;
Wж –	объем жидкости;
р1ир2–	начальное и конечное давления газа;
k–	коэффициент растворимости.

Коэффициент растворимости воздуха kимеет следующие значе­ния приt = 20°С:

– для воды k = 0,016;

– для керосина k = 0,127;

– для трансформаторного масла k = 0,083;

– для индустриального масла k = 0,076.

При понижении давления в жидкости происходит выделение рас­творенного в ней газа, причем газ выделяется из жидкости ин­тен­сивнее, чем растворяется в ней.