Вязкость изоляционных материалов

Для жидких, полужидких и газообразных веществ вводится понятие вязкости. Вязкость – свойство газов или жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой. Она численно характеризуется коэффициентами динамической вязкости, [Па*с], кинематической вязкости, [м²/с], УВ условной вязкости, [Е] (градусы Энглера).

Значение вязкости входит в законы гидродинамики вязких сред, а именно в закон Пуазейля (открыт в 1840 году), который описывает процесс истечения вязкой жидкости через тонкие капиллярные трубки, и в закон Стокса (открыт в 1851 году) – закон, определяющий скорость перемещения твердого шарика в неограниченной вязкой среде при действии на него небольшой постоянной силы.

Согласно закону Пуазейля количество жидкости Q, [м³], обладающей динамической вязкостью  и протекающей под действием небольшой разности давлений на концах трубы p за время t сквозь капилляр длиной l и радиусом r (при l>>r), определяется формулой:

.

Согласно закону Стокса скорость движения твердого шарика радиусом r в неограниченной жидкой среде с динамической вязкостью  под воздействием непрерывно действующей на шарик небольшой силы F будет равна:

,

где d – диаметр твердого шарика.

Для характеристики режима течения вязкой жидкости или газа в какой-либо среде вводится понятие параметра (числа) Рейнольдса (открыт в 1883 году).

Параметр (число) Рейнольдса является безразмерным и определяется отношением:

,

где - плотность газа (жидкости), [кг/м³],

- скорость течения газа (жидкости), [м/с],

l – поперечный размер трубы или размер тела, обтекаемого газом (жидкостью), [м],

- динамическая вязкость газа (жидкости), [Па*с],

- кинематическая вязкость газа (жидкости), [м²/с].

Существуют три режима течения жидкости или газа:

• ламинарным (слоистым) называется такое течение газа (жидкости), при котором его (ее) частицы движутся вдоль прямолинейных траекторий, не перемешиваясь; в этом случае слои газа (жидкости) скользят относительно друг друга; такое течение стационарно; Re<1;

• турбулентным называется такое течение газа (жидкости), при котором он (она) интенсивно перемешивается; в этом случае нерегулярным образом изменяются давление и скорость перемещения газа (жидкости); такое течение нестационарное; Re>1000;

• переходный режим (1<Re<1000) может перейти в турбулентный, если существенно увеличить скорость течения газа (жидкости) (снизить давление в среде) или увеличить поперечные размеры потока газа (жидкости).

В системе СГС (устарела и практически не используется) кинематическая вязкость v измеряется в стоксах, а динамическая вязкость в пуазах:

[ ]=1 Ст= ,

[ ]=1 П= .

Кинематическая вязкость связана с динамической следующим соотношением:

.

Физический смысл динамической вязкости : она численно равна импульсу, переносимому от слоя к слою через единичную площадку в единицу времени при градиенте скорости, равном единице.

Условная вязкость УВ – это отношение времени истечения 200 мл какой-либо изоляционной жидкости при определенной температуре ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 . Она измеряется в градусах Энглера Е:

,

где - постоянная прибора (водное число). Обычно находится в интервале 50-52 с.

Существует эмпирическая формула (полученная из опыта), которая прямо пропорционально связывает между собой динамическую и условную вязкости. ГОСТ нормирует значения условной вязкости. Например, для трансформаторного масла при 20 С условная вязкость не должна превышать 5 Е, а при температуре 50 С – 1,8 Е.

На величину вязкости газа (жидкости) влияет температура. С ростом температуры вязкость уменьшается. Степень ее уменьшения характеризуется температурным коэффициентом динамической вязкости.

,

где - температурный коэффициент динамической вязкости, [ ]= .