Вискозитет на флуида Методи за определяне на вискозитета на течността

В индустрията изследователските дейности често трябва да изчисляват вискозитета на флуида. Работата с обикновени или диспергирани среди под формата на аерозоли, газови емулсии изисква познаване на физичните свойства на тези вещества.

Какво е вискозитет на течността?

Дори Нютон постави основата за такава наука като реологията. Тази индустрия се занимава с изследване на съпротивлението на вещество в движение, т.е. вискозитет.

В течности и газове се осъществява непрекъснато взаимодействие на молекулите. Те се удрят, отблъскват или просто летят. В резултат на това слоевете на материята взаимодействат помежду си, давайки скорост на всеки от тях. Феноменът на такова взаимодействие на молекули течности / газове се нарича вискозитет или вътрешно триене.

За по-добро разглеждане на този процес е необходимо да се демонстрира опитът с две плочи, между които има течна среда. Ако преместите горната плоча, тогава слоят течност, “залепен” към него, също ще започне да се движи с определена скорост v1. След кратък период от време забелязваме, че подлежащите флуидни слоеве също започват да се движат по същата траектория при скорост v2, v3 ... vn и т.н., с v1> v2, v3 ... vn. Процентът на най-ниската от тях остава нула.

Използването на газ като пример е почти невъзможно да се извърши такъв експеримент, тъй като силите на взаимодействие на молекулите помежду си са много малки и няма да бъде възможно да се регистрират визуално. Тук те също говорят за слоеве, за скоростта на движение на тези слоеве, следователно, в газовите среди има и вискозитет.

Нютонови и неньютонски медии

Нютоновата течност е течност, чийто вискозитет може да се изчисли по формулата на Нютон.

Такива среди включват вода и разтвори. Вискозитетът на флуид в такива среди може да зависи от фактори като температура, налягане или атомна структура вещества, но градиентът на скоростта винаги ще остане същият.

Не-Нютоновите течности са такива среди, в които гореспоменатата стойност може да се промени, което означава, че формулата на Нютон няма да действа тук. Такива вещества включват всички диспергирани среди (емулсии, аерозоли, суспензии). Това включва и кръвта. Ще обсъдим това по-подробно по-долу.

Кръвта като вътрешна среда на тялото

Както знаете, 80% от кръвта е плазма, която има течно агрегирано състояние, а останалите 20% са червени кръвни клетки, тромбоцити, бели кръвни клетки и различни включвания. Човешки еритроцити имат диаметър 8 nm. В стационарно състояние те образуват агрегати под формата на колони за монети, като същевременно увеличават вискозитета на течността. Ако кръвният поток е активен, тези „конструкции” се разпадат и вътрешното триене, съответно, намалява.

Средни съотношения на вискозитет

Взаимодействието на слоевете на средата помежду си влияе върху характеристиките на цялата система от течност или газ. Вискозитетът е един пример за физическо явление като триене. Благодарение на него горните и долните слоеве на средата постепенно изравняват скоростите на своя ток и в крайна сметка се равнява на нула. Вискозитетът може също да се характеризира като устойчивост на един слой от средата към друга.

За да се опишат такива явления, има две качествени характеристики на вътрешното триене:

• динамичен коефициент на вискозитет (динамичен вискозитет на флуида);
• кинетичен коефициент на вискозитет (кинетичен вискозитет).

И двете величини са свързани с уравнението υ = η / ρ, където ρ е плътността на средата, υ е кинетичният вискозитет, а η е динамичният вискозитет.

Методи за определяне вискозитет на течността

Вискозиметрията е измерване на вискозитета. На сегашния етап на развитие на науката е възможно да се намери стойността на вискозитета на течност по практически начини по четири начина:

1. Капилярен метод. За тази цел е необходимо да има два съда, свързани чрез стъклен канал с малък диаметър с известна дължина. Също така трябва да знаете стойностите на налягането в един съд и в другия. Течността се поставя в стъклен канал и за определен период от време тече от една колба в друга.

По-нататъшни изчисления се извършват с помощта на формулата Poiseuille, за да се намери стойността на коефициента на вискозитет на течността.

На практика, течните среди могат да бъдат смеси, нагрявани до 200-300 градуса. Една обикновена стъклена тръба в такива условия би била просто деформирана или дори избухнала, което е неприемливо. Модерните капилярни вискозиметри са сглобени от висококачествен и устойчив материал, който лесно издържа на такива товари.

2. Медицински метод според Хесен. За да се изчисли вискозитета на течността по този начин, е необходимо да има не една, а две идентични капилярни инсталации. В един от тях се поставя околната среда с известна преди това стойност на вътрешно триене, а в другата - тестовата течност. След това измерете две времеви стойности и съставете пропорцията, с която достигат желания номер.

3. Ротационен метод. За неговото изпълнение е необходимо да има конструкция на два коаксиални цилиндъра. Това означава, че един от тях трябва да е вътре в другата. В интервала между тях изливайте течност и след това дайте скорост на вътрешния цилиндър. това ъгловата скорост флуид също се съобщава. Разликата в сила на момента ни позволява да изчислим вискозитета на средата.

4. Определяне на вискозитета на флуида по метода на Стокс. За да се осъществи този опит, е необходимо да има вискозиметър Goppler, който е цилиндър, напълнен с течност. Преди началото на експеримента направете две маркировки върху цилиндъра и измерете дължината между тях. След това вземете топка с определен радиус R и я спуснете в течна среда. За да определите скоростта на падането му, намерете времето на движение на обекта от един етикет към друг. Знаейки скоростта на топката, е възможно да се изчисли вискозитета на течността.

Практическо използване на вискозиметри

Определянето на вискозитета на течността има голямо практическо значение в нефтопреработвателната промишленост. При работа с многофазни диспергирани среди е важно да се знаят техните физични свойства, особено вътрешното триене. Съвременните вискозиметри са изработени от дълготрайни материали, като в производството им се използват модерни технологии. Всичко това заедно ви позволява да работите с висока температура и налягане без да навредите на самото оборудване.

Вискозитетът на флуида играе голяма роля в промишлеността, тъй като транспортирането, преработката и производството на масло, например, зависи от стойностите на вътрешното триене на флуидната смес.

Каква е ролята на вискозитета в медицинското оборудване?

Потокът на газовата смес през ендотрахеалната тръба зависи от вътрешното триене на този газ. Промяната в вискозитета на средата има различен ефект върху проникването на въздух през апарата и зависи от състава на газовата смес.

Въвеждането на лекарства, ваксини чрез спринцовка също е ярък пример за действието на вискозитета на средата. Говорим за спадане на налягането в края на иглата, когато инжектирате течност, въпреки че първоначално се смяташе, че това физическо явление може да бъде пренебрегнато. Появата на високо налягане върху върха е резултат от вътрешно триене.

заключение

Вискозитетът на средата е едно от физичните величини, което има голямо практическо приложение. В лабораторията, индустрията, медицината - във всички тези области понятието вътрешно триене се появява много често. Работата на най-простата лабораторна апаратура може да зависи от степента на вискозитета на средата, която се използва за изследвания. Дори преработващата промишленост не може да направи без знания в областта на физиката.