Динамичен и кинематичен вискозитет на флуида. Какво е това?

В ежедневието терминът "вискозна течност" често се идентифицира с нещо лепкаво, хлъзгаво, в което е възможно да се замърси. Частично така. Нека погледнем отблизо ситуацията.

вещества

Където и да сме, винаги сме обкръжени от вещества и физически тела, които са в три агрегирани състояния: в твърдо, течно и газообразно състояние. четвърти състояние на материята - плазма - неспособна да съществува в така наречените нормални условия. За поддържането му са необходими изкуствено създадени режими. Течните и газообразни вещества заемат повече от 85% от обема на нашето жилищно пространство. Достатъчно е да споменем въздуха, който дишаме и водата, която пием. И всяко от тези вещества може да се характеризира по отношение на техния вискозитет.

Какво се измерва

По дефиниция, вискозитетът е свойство на течните тела да устоят на тяхното движение спрямо фиксирана координатна система или един към друг. Има динамичен и кинематичен вискозитет. Динамичният вискозитет в международната система SI се измерва в [Pa * s] (Pascal в секунда). От физическа гледна точка тази стойност показва промяната в загубата на налягане за единица време. В системата GHS (сантиметър-грам-секунда) тя се измерва в пуази (1 Pa * s = 10 poise) и носи името на известния френски физик и лекар Жан-Луи Мари Поазюи.

Кинематичният вискозитет се измерва в т2 / сек (в системата SI) и в стокса (по-често в сантистокси). 1 cSt = 1 mm ² / s. Това е фундаменталната стойност на този флуиден имот. Чрез специално устройство, вискозиметър, можете да измерите вискозитета на всяка течност. Дефинираният му (калибриран) обем се прекарва през калибриран отвор без механичен импулс, само под действието на гравитацията.

Методът на определяне

Единицата кинематичен вискозитет се определя още в края на 40-те години на ХХ век от съветските учени Я. И. Френкел. В неговите уравнения той описва механизма за навиване на капки от различни течности от различни наклонени повърхности (формула 2.1, виж фигурата по-горе), където r и m са радиусът и масата на падането, α е критичният ъгъл на падащото падане, θ - ъгълът на падане на капка, σ - коефициент на триене. От теорията за движението на молекулите и обосновката на времето на тяхното “уреждане” от Френкел (и независимо от него, две години по-късно, от френския физик Андраде) беше получена връзка за изчисляване на динамичния вискозитет (формула 2.2). Тази зависимост се нарича "уравнението на Френкел-Андраде", въпреки че в чуждестранната литература името на съветския физик често се пропуска, наричайки го формула Андраде.

коефициенти

В абсолютни стойности единицата кинематичен вискозитет може да се получи от съотношението на кинематичния към динамичния вискозитет, чрез плътността на средата (формула 2.3). Трябва да се помни, че вискозната среда сама по себе си не е разделена на кинетична или динамична. И двете стойности могат да бъдат изчислени за всяко вещество. Като се има предвид факта, че когато тече среда, се създава устойчивост на движение, възможно е да се изгради вектор на силата на вискозно триене. В абсолютни стойности тя е пряко пропорционална на областта на движение на средата S и скоростта му v, и е обратно пропорционална на разстоянието между равнините h (формула 2.4). Тази стойност се нарича коефициент на динамичен вискозитет или коефициент на пропорционалност. Знакът минус показва обратното на прилагането на сила (векторна посока). Коефициентът на кинематичен вискозитет, като правило, не се изчислява. В редки случаи се нарича уравнение на съотношението (формула 2.3).

в зависимост от

Вискозитетът играе съществена роля в движението на течности. В резултат на прилепващите сили (особено при силно вискозни течности), потокът от течност, който се намира директно върху твърда повърхност, остава неподвижен. Скоростта на останалите слоеве се увеличава с разстоянието от равнината на стената. Кинематичният вискозитет и динамичното увеличение се увеличават с увеличаване на налягането и намаляват при повишаване на температурата на околната среда.

Газове и не-Нютонови течности

Вискозитетът на газообразните среди се определя в зависимост от тяхната температура. за перфектен газ Можете да използвате формулата на Съдърланд (формула 2.5). Тази формула е приложима при температури, вариращи от абсолютна нула до 555 K и в обхвата на налягането не повече от 3,45 MPa.

Кинематичният вискозитет на не-нютоновите течности се изчислява по горния закон Навир - Стокс (формула 2.6), където σ _ij е тензорът на вискозния стрес. Не-Нютоновите течности включват псевдопластика (кръв, боя, кетчуп, лава и др.), Както и дилатантни течности (течности с плътно смесени частици, чийто вискозитет нараства рязко с увеличаване на напрегнатото напрежение).

В цифри

Критичната граница на прехода към различно агрегатно състояние (твърдо вещество) в течности се постига при стойности на вискозитета от около 10 ¹¹ - 10 ¹² [Pa * s]. В този случай течността придобива свойството на стъклена маса (например, моноетиленгликол при концентрации над 75% във воден разтвор). В чиста вода без примеси, кинематичният вискозитет при температура 20 ° С и атмосферното налягане е 1.006 * 106 m ² / s.