Ньютонівські (аномально в’язкі) рідини.

Гіпотеза Ньютона не універсальна, а стосується тільки для ньютонівських рідин, вивченням поведінки яких займається гідравліка. Ньютонівська в’язкість не залежить від градієнта швидкості, і графіком в цьому випадку буде (реологічна крива), тобто пряма лінія що проходить під певним кутом від початку координат, і є характеристикою ньютонівської рідини на графіку вона зображена лінією 2.

Напруга сил тертя в аномальних рідинах визначається за формулою:

= ₀ ( dU/ dr) (1.16).

рис. 1.5.

Цей вираз у загальному вигляді dU/dr = f( ), для ньютонівських рідин f( ) = / , а для аномально в’язких – функція f( ) може мати вигляд, залежний від роду рідини. Коли =( - ₀ )/ , де - гранична напруга зсуву, а - пластична в’язкість, тоді це бінгамівський пластик (лінія 4) такі як; масляні фарби, емульсії, в яких сили тертя виникають у стані спокою (наявність межі текучості).

Коли f( ) = ^1/n/k, де n і k – сталі величини для цієї рідини, то при n<1 маємо псевдопластики лінія (3) ( каучук, мастила, розчини полімерів). При n > 1 маємо дилатантну рідину лінія (1), (висококонцентровані суспензії порошків титану, заліза, слюди, крохмалю).

Стала (n) характеризує ступінь неньютонівської поведінки, а (k) - міру консистенції рідини.

Роділ науки, що вивчає загальні закони зв’язку між дотичною напругою і швидкістю зсуву називається реологією, але вона у курсі гідравліки не вивчається.

Віскозиметрія.

Віскозиметрія – розділ науки, що вивчає методи вимірювання в’язкості. Віскозиметр – (від пізнелатинського віскозус – в’язкий і грецького метро – міряю). Віскозиметри бувають різних типів:

1. Капілярні віскозиметри – використовують неоднакову здатність рідини, з різними в’язкостями, протікати через капілярну трубку.

рис. 1.6

Віскозиметр Освальда – Пінкевича (рис.1.6) – це U подібна трубка в ліве коліно якої впаяно капіляр. При проведенні дослідження піддослідна рідина в об’ємі 2 – 3 мл відсмоктується до рівня, що перевищує мітку а . Під час досліду фіксується час проходження рідини між двома мітками а-б. Цим віскозиметром визначають кінематичну в’язкість рідини за формулою:

v = v₀(T/T₀), (1.17).

де v₀ – кінематичний коефіцієнт в’язкості стандартної рідини (дистильована вода); Т – час витікання досліджуваної рідини від верхньої до нижньої точки; Т₀ – час, за який ті ж самі рівні пройде стандартна рідина. Цей тип віскозиметра дозволяє виміряти в’язкість мало в’язких рідин.

Віскозиметр Енглера (рис. 1.7): основна деталь, циліндр із сферичним дном у центрі якого знаходиться калібрований отвір, на внутрішній поверхні знаходяться три відмітки, до рівня яких наливають 200см³ досліджуваної рідини при закритому отворі. Сам циліндр розташовано у водяній бані, а температуру досліджуваної рідини вимірюють термометром. Дослід проводять при температурі 20⁰С. Також методом

рис. 1.7

вимірювання часу витікання (Т) і потім порівнюють з (Т₀) - час витікання дистильованої води і розраховують за формулою:

Е = Т/ Т₀ (1.18)

Коефіцієнт кінематичної в’язкості перераховують за формулою Уббелоді:

v = [ 0,0731E – ( 0,0631 / E)] 10 ^{– 4} м²/с (1.19)

Динамічну в’язкість, у розмірності (Па·с) розраховують за формулою:

= [ 7,24E – (6,25/E)] 10 ^{– 3} (1.20)

Цей віскозиметр використовують при вимірюванні в’язкості паливо мастильних матеріалів.

Віскозиметр Хеплера (рис. 1.8); дослід проводиться також при певній температурі за допомогою кульки яка проходить від мітки до мітки за певний час (Т). Динамічна в’язкість визначається за формулою:

= Т( _к – _р)К, (1.21)

де Т – час падіння кульки, р_к і р_р – густина кульки і рідини, відповідно; К – паспортна стала кульки.

рис. 1.8

Ротаційний віскозиметр (рис. 1.9); експеримент проводиться за допомогою крутильного моменту (кутовій швидкості) обертання одного із співвісних сосудів у зазорі між якими знаходиться досліджувана рідина.

рис. 1.9

Динамічна в’язкість розраховується за формулою:

= (G – G₀)C/n , (1.22)

де G - вага важків, G₀ - сила тертя в підшипниках, n - частота обертання, С – стала паспортна величина .

Ультразвукові віскозиметри; вимірюють швидкість затухання коливань магнітострукційних матеріалів, які знаходяться в досліджуваній рідині. До таких відносяться: нікель, пермалой, пермедюр, ряд феритів, ці матеріали у воді змінюють свої фізичні властивості у залежності від в’язкості рідини при сталих побудниках магнетизму.

Вібраційні віскозиметри: привертають до себе увагу тим що вони забезпечують безперервну можливість вимірювання в’язкості, особливо в умовах високих температур і агресивному середовищі. Ці прилади дозволяють використовувати сучасну електроніку підвищуючи тим самим точність у вимірюванні в’язкості.

Зміна агрегатного стану рідини.

Розчинність газів у рідинах.

Ще одна властивість рідин це здатність поглинати гази, утворюючи як мікроскопічні так і макроскопічні однорідні суміші, внаслідок чого виникають двофазні системи. Якщо до рідини що рухається попадає зовнішнє повітря воно частково розчиняється у рідині і частково утворює двофазну систему із суміші рідини і бульбашок повітря. Це явище необхідно враховувати при розрахунках бистротоків, водоводів та інших гідроспоруд.

Об’єм газу що повністю розчинився у рідині, можна визначити за законом Генрі:

V_r/V = k(P/P₀) (1.23)

де V_r - об’єм розчиненого газу, V - об’єм рідини, Р – тиск, к - коефіцієнт розчинності газу.

При зменшенні температури або тиску в рідині газ, починає виділятися, у вигляді бульбашок, що негативно впливає на роботу гідравлічних систем в наслідок збільшення стисливості рідини. Це явище зустрічається на робочих лопатях насосів і гідротурбін.