1.2.Коэффициенты вязкого течения.

При движении вязкой среды возникает сопротивление, в некотором смысле подобное сопротивлению при перемещении тела вдоль поверхности. Поэтому явление вязкости можно определить как проявление сопротивления среды при перемещении одного ее внутреннего слоя относительно другого. По аналогии с явлениями трения на внешних поверхностях движущихся тел, вязкость называют также внутренним трением. Вязкость можно определить и как свойство, благодаря которому выравниваются скорости движения соседних слоев жидкости или газа.

Основными количественными характеристиками вязкости являются динамический коэффициент вязкости (сокращенно динамическая вязкость) η и кинематический коэффициент вязкости (сокращенно кинематическая вязкость) υ; они связаны соотношением

υ = η/ρ, (1.7)

где ρ – плотность среды. Кроме того, иногда используют величину, обратную динамическому коэффициенту вязкости φ_т=1/η, которая называется коэффициентом текучести (сокращенно текучестью).

В системе СГС динамический коэффициент вязкости выражают в пуазах (П), равных 1П=1г/(см*с). В Международной системе единиц (СИ) единицей динамической вязкости является Паскаль-секунда

1Па*с = 1Н*с/м² = 1кг/(м*с) =10 П

Коэффициент кинематической вязкости υ измеряется в см²/с, м²/с. Величина, равная 1 см²/с, называется стоксом.

Динамический и кинематический коэффициенты вязкости в значительной мере зависит от температуры. Как правило, вязкость жидкостей убывает с возрастанием температуры, в то время как вязкость газов обычно увеличивается. [6]

1.3. Виды течения. Турбулентная вязкость.

Так как явление вязкости определяется характером движения и взаимодействия молекул данного вещества друг с другом, то количественное изучение этого явления – измерение коэффициентов вязкости, имеет значение не только для техники и производства, но и позволяет получить существенные сведения о молекулярном движении и взаимодействии в изучаемом веществе. Однако необходимо учитывать, что существуют границы применимости различных методов измерения вязкости, которые во многом определяются изменением характера течения жидкости.

Различают два типа течений: турбулентное и ламинарное. При турбулентном течении слои движущейся среды интенсивно перемешиваются, возникают противотоки (некоторые слои движутся в противоположном направлении по отношению к основному потоку), замедляющие течение среды. При ламинарном течении слои среды не перемешиваются между собой, а как бы «скользят» один относительно другого. В этом случае при течении вязкой среды частицы или молекулы, непосредственно прилегающие к поверхности, как бы «прилипают» к ней, и их скорость относительно поверхности равна нулю. Поэтому в непосредственной близости от поверхности скорость потока быстро нарастает от нулевого значения до некоторой конечной величины.

Рейнольдс установил, что характер течения определяется значением безразмерной величины:

, (1.8)

где ρ – плотность жидкости (или газа), v – средняя по сечению трубы скорость потока, η – вязкость жидкости, l – характерный для поперечного сечения потока размер. Величина Re называется числом Рейнольдса.

При малых значениях Re течение носит ламинарный характер. Начиная с некоторого значения Re, называемого критическим, течение приобретает турбулентный характер.

Число Рейнольдса служит критерием подобия для течения жидкостей в каналах, трубах и т.д. Например, характер течения различных жидкостей в круглых трубах разных диаметров будет одинаковым, если каждому течению соответствует одно и то же значение Re.

В число Рейнольдса входит отношение плотности ρ и вязкости η. Величина

v = η/ρ - кинематическая вязкость. Выражу число Рейнольдса через нее.

. (1.9)

Следует помнить, что большинство течений жидкостей и газов турбулентно как в природе (воды в морях, реках, водопадах и т.д.), так и в технических устройствах (трубах, каналах, струях, в резких изгибах профилей труб, пограничных слоях местных сопротивлений и т.п.). Это необходимо учитывать при проектировании и перестройке технических объектов: гидротехнических сооружений, турбинных установок, газо- и нефтепроводных магистралей, насосов и т.д. [3]