Вязкость. Типы течения.

Выше рассмотрели идеальную жидкость. В реальных жидкостях, частицы взаимодействуют между собой, что приводит к внутреннему трению или вязкости. Поскольку течение жидкости удобно изображать в виде слоев, которые двигаются, друг относительно друга, с разными скоростями, отсюда следует, что силы трения направлены по касательной к поверхности слоев. Это приводит к тому, что слой, который двигается быстрее, ускоряет соседний слой, двигающийся с меньшей скоростью. А он в свою очередь оказывает замедляющее действие, тормозит, на слой, который движется быстрее. Сила внутреннего трения тем больше, чем больше площадь поверхность слоя и насколько быстро меняется скорость при переходе от одного слоя к другому.

Пусть имеются два слоя, отстоящие друг от друга на расстояние и движущиеся со скоростямии. Разность скоростей. Величинапоказывает, как быстро меняется скорость при переходе от слоя к слою в направлении, перпендикулярном направлению движения слоев. Она называетсяградиентом скорости. Тогда величина силы внутреннего трения

(1)

- зависит от природы жидкости и называетсядинамической вязкостью(или просто вязкостью). Единица вязкости –паскаль-секунда.. Из этого соотношения выводится смысл единицы вязкости. Как влияет вязкость жидкости на её течение. Чем больше вязкость, тем сильнее отличается жидкость от идеальной, т.к. в ней возникают значительные силы внутреннего трения. Вязкость зависит от температуры. Для жидкостей вязкость с ростом температуры уменьшается. Для газов, наоборот, она увеличивается. Это говорит о том, что в этих средах природа внутреннего трения различная. Есть такое состояние у некоторых веществ, в котором вязкость вообще отсутствует. Например: сверхтекучий гелий. Различают два режима течения жидкостей: ламинарное и турбулентное. Приламинарномтечении вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно соседних слоев, не перемешиваясь с ними. Втурбулентном(или вихревом)течение вдоль потока происходит интенсивное вихреобразование и перемешивание жидкости (газа). Ламинарное течение жидкости наблюдается при небольших скоростях её движения. При этом внешний слой жидкости, прилегающий к поверхности трубы, в которой она течет, за счет сил межмолекулярного взаимодействия прилипает к ней т остается неподвижным. Скорости последующих слоев уже отличны от нуля и тем больше, чем дальше отстоят слои от поверхности трубы. Наибольшей скоростью обладает слой, движущийся вдоль оси трубы. При турбулентном течении частицы жидкости приобретают составляющие скорости, перпендикулярные течению, поэтому они могут переходить из одного слоя в другой. Скорость частиц жидкости быстро возрастает по мере удаления от поверхности трубы, затем изменяется незначительно. Из-за большого градиента скоростей у поверхности трубы обычно происходит образование вихрей. Профиль усредненной скорости при турбулентном течении в трубах отличается от параболического профиля при ламинарном течении более быстрым нарастанием скорости у стенок трубы и меньшей кривизной в центральной части течения.

Рис

Характер течения зависит от безразмерной величины, называемой числом Рейнольдса:

- плотность жидкости;- средняя по сечению трубы скорость жидкости;- характерный линейный размер, например, диаметр трубы.

-кинематическая вязкость. При малых числах Рейнольдса,, наблюдается ламинарное течение. Переход от ламинарного течения к турбулентному происходит в области. Когдатечение турбулентное. Если число Рейнольдса одинаково, то режим течения различных жидкостей (газов) в трубах разных сечений одинаков.