Вязкость. Движение реальных жидкостей

Таблица 2 — Коэффициент температурного расширения воды

Коэффициент температурного расширения нефти в атмосферных условиях лежит в пределах β_t= (6…8)*10^-4, ; ртути — β_t= 1,8*10^-4, . В пределах обычно встречающихся изменений температур и давлений значение коэффициентов температурного расширения большинства капельных жидкостей можно считать постоянными.

Вязкость. Движение реальных жидкостей сопровождается возникновением трения продольных слоёв жидкости. Трение приводит к потерям энергии потоком жидкости. Причиной трения является вязкость жидкости. Вязкость – это свойство реальной жидкости сопротивляться относительному сдвигу слоёв жидкости, касательным усилиям. Это свойство проявляется только при движении жидкости. Наличие внутреннего трения в жидкости впервые обнаружил в 1687 году сэр Исаак Ньютон и предложил гипотезу о пропорциональности сил внутреннего трения между слоями площади поверхности касания этих слоёв и относительной скорости их движения, отметив, что эта сила зависит от вида жидкости и не зависит от внешнего давления. Зависимость сил сопротивления, возникающих при скольжении слоёв, предложенная Ньютоном, имеет вид (1.7):

здесь μ – коэффициент динамической вязкости, Па*с;

S — площадь поверхности контакта соприкасающихся слоёв жидкости, м²;

dU/dn – градиент скорости жидкости в направлении нормали к направлению движения, 1/с;

dU – разность скорости двух соприкасающихся слоёв, в предположении того, что слои бесконечно тонкие, м/с;

dn – расстояние между осями слоев, м.

Из уравнения следует, что силы сопротивления при dU = 0 не возникают. То есть вязкость проявляется только во время движения жидкости. Вязкость капельных жидкостей изменяется при изменении давления до 10 мПа незначительно, поэтому при расчётах в этом интервале давлений изменением вязкости можно пренебречь.

Температура на вязкость влияет очень значительно. Рост температуры капельных жидкостей сопровождается быстрым снижением значения вязкости. Это явление объясняется тем, что в жидкости молекулы находятся близко, а вязкость обуславливается силами межмолекулярного взаимодействия, влияние которых с ростом температуры снижается. Вязкость газов наоборот увеличивается при возрастании температуры. Причиной этого является то, что в газах вязкость вызывается тепловым, хаотичным движением молекул, интенсивность которого возрастает при увеличении температуры.

В расчётах используют два типа вязкости: динамическую и кинематическую. Связь между этими типами вязкости определяется простой зависимостью: 

μ = vp, Па*с, (1.8)

где μ – коэффициент динамической вязкости;

V – коэффициент кинематической вязкости;

ρ – плотность жидкости.

Определить плотность и удельный вес газа при температуре t₂ = 400^oC, если плотность его при температуре:

t₁ = 10^oC равна p1 = 1,3 кг/м3

Для решения этой задачи необходимо вспомнить закон изменения плотности газов в зависимости от температуры при постоянном давлении pT = const. Тогда можно записать p1T1 = p2T2. Отсюда значение искомой плотности p2 = p1*T1/T2. Необходимо однако помнить, что значения температур Т₁, Т₂ необходимо подставлять в градусах Кельвина.

Т₁ = t₁ + 273 = 10 + 273 = 283 K.

Т₂ = t₂+ 273 = 400 + 273 = 673 K.

p2 = (1,3 *283)/673 = 0,55 кг/м3.

Удельный вес при этих условиях:

ϒ2 = p2*g = 0,55 * 9,81 = 5,4 H/м3