ВЯЗКОСТЬ, свойство жидкости (или газа) оказывать сопротивление течению.

Вязкость рассматривают также как одно из переноса явлений, определяющее диссипацию энергии при деформации среды. Вязкость твёрдых тел обладает рядом особенностей и рассматривается обычно отдельно (смотри Внутреннее трение).

При ламинарном движении жидкости между двумя плоскопараллельными пластинами, одна из которых неподвижна, а другая движется со скоростью ν, молекулярный слой, непосредственно примыкающий к нижней пластине, остаётся неподвижным, а слой, примыкающий к верхней пластине, будет двигаться с максимальный скоростью (рис.). Течение жидкости характеризуется градиентом скорости γ?= dv/dz, указывающим на быстроту изменения скорости от слоя к слою в направлении, перпендикулярном движению жидкости. Если скорость изменяется линейно, то γ?= v/d, где d - расстояние между пластинами. Величину γ называют также скоростью сдвига.

Согласно основному закону вязкого течения, установленному И. Ньютоном (опубликован в 1687), напряжение сдвига τ = F/S, вызывающего течение жидкости, пропорционально градиенту скорости течения: τ = ηγ?. Коэффициентом пропорциональности η называется коэффициент динамической вязкости, или просто вязкость. Он характеризует сопротивление жидкости течению. Вязкость также можно рассматривать как меру энергии, рассеиваемой в форме теплоты в процессе течения жидкости. Рассеяние энергии происходит вследствие переноса количества движения. Величины коэффициента вязкости и мощности W, рассеиваемой в единице объёма за счёт вязкости, связаны соотношением: W = ηγ? 2 .

Соотношение, установленное Ньютоном, справедливо только в том случае, когда η не зависит от скорости сдвига. Среды, в которых выполняется это условие, называются ньютоновскими (смотри Ньютоновская жидкость).

Единицей измерения динамической вязкости в СИ является Па·с [в СГС - пуаз (дин·с/см 2): 1 пуаз = 0,1 Па·с]. Величина φ= 1/η, обратная вязкости, называется текучестью. Также часто рассматривают кинематическую вязкость ν = η/ρ (где ρ - плотность вещества), измеряемую в м 2 /с (СИ) и стоксах (СГС). Вязкость жидкостей и газов измеряется при помощи вискозиметров (смотри Вискозиметрия).

Вязкость идеальных газов определяется соотношением: η = (1/3)mn??, где m - масса молекулы, n - число молекул в единице объёма, ? - средняя скорость молекул, ? - длина свободного пробега молекулы.

Вязкость газов увеличивается при нагревании, а вязкость жидкостей, наоборот, уменьшается. Это связано с различными молекулярными механизмами вязкости в этих системах. Различают два механизма переноса количества движения: кинетический (не предполагающий столкновений между молекулами) и столкновительный. Первый является преобладающим в разреженном газе, второй - в плотном газе и жидкости.

В газах расстояния между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому вязкость газов - следствие хаотического (теплового) движения молекул, в результате которого молекулы переходят из слоя в слой, замедляя течение. Поскольку средняя скорость молекул? возрастает с повышением температуры, вязкость газов увеличивается при нагревании.

Вязкость жидкостей, где расстояние между молекулами много меньше, чем в газах, обусловлена в первую очередь межмолекулярными взаимодействиями, ограничивающими подвижность молекул. С повышением температуры облегчается взаимное перемещение молекул, ослабевают межмолекулярные взаимодействия и, следовательно, уменьшается внутреннее трение жидкости.

Вязкость жидкости определяется размерами и формой молекул, их взаимным расположением и силой межмолекулярных взаимодействий. Вязкость зависит от химической структуры молекул жидкости. Так, вязкость органических веществ возрастает с введением в молекулу полярных групп и циклов. В гомологических рядах (насыщенные углеводороды, спирты, органические кислоты и т. п.) вязкость соединений возрастает с ростом молекулярной массы.

Вязкость растворов зависит от их концентрации и может быть как больше, так и меньше вязкости чистого растворителя. Вязкость предельно разбавленных суспензий линейно зависит от объёмной доли φ взвешенных частиц: η = η 0 (1 +αφ) (формула Эйнштейна), где η 0 - вязкость дисперсионной среды. Коэффициент α зависит от формы частиц; в частности, для сферических частиц α = 2,5. Аналогичная зависимость вязкости от объёмной доли наблюдается в растворах глобулярных белков.

Вязкость может изменяться в широких пределах. Далее приведены значения вязкости некоторых жидкостей и газов при температуре 20°С (в 10 -3 Па·с): газы - водород 0,0088, азот 0,0175, кислород 0,0202; жидкости - вода 1,002, этиловый спирт 1,200, ртуть 1,554, нитробензол 2,030, глицерин 1,485.

Наиболее низкой вязкостью обладает жидкий гелий. При температуре 2,172 К он переходит в сверхтекучее состояние, в котором вязкость равна нулю (смотри Сверхтекучесть). Вязкость газов в сотни раз меньше, чем вязкость обычных жидкостей. Вязкость расплавленных металлов по порядку величины близка к вязкости обычных жидкостей.

Высокой вязкостью обладают растворы и расплавы полимеров. Вязкость даже разбавленных растворов полимеров существенно выше, чем вязкость низкомолекулярных соединений. Это связано с тем, что размеры полимерных макромолекул настолько велики, что разные участки одной и той же макромолекулы оказываются в слоях, движущихся с разными скоростями, что вызывает дополнительное сопротивление течению. Вязкость более концентрированных растворов полимеров становится ещё выше из-за перепутанности макромолекул между собой. На измерении вязкости растворов основан один из способов оценки молекулярной массы полимеров.

Наличие в растворах полимеров пространственных структур, образуемых сцеплением макромолекул, приводит к возникновению так называемой структурной вязкости, которая (в отличие от вязкости ньютоновских жидкостей) зависит от напряжения (или скорости) сдвига (смотри Реология). При течении структурированной жидкости работа внешних сил затрачивается не только на преодоление внутреннего трения, но и на разрушение структуры.

Лит.: Ландау Л. Д., Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика. 2-е изд. М., 1969; Филиппова О. Е., Хохлов А. Р. Вязкость разбавленных растворов полимеров. М., 2002; Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии. М., 2003.

В любой жидкости под влиянием внешней силы происходит перемещение молекул вещества относительно друг друга. Возникающее при этом трение между молекулами, т. е. внутреннее сопротивление этому перемещению, называется внутренним трением, или вязкостью.

Вязкость является важной физической константой, играющей роль при выборе того или иного типа насоса. Для оценки вязкостных свойств жидкостей пользуются единицами динамической, кинематической, удельной и условной вязкости.
Динамическая (абсолютная) вязкость n – это сила сопротивления, которое возникает при перемещении со скоростью 1 см/с двух слоев жидкости площадью в 1 см2, находящихся друг от друга на расстоянии 1 см. Если эта сила будет равна 1 дин, то динамическая вязкость в единицах СGS выражается в граммах на сантиметр на секунду (г/(см/с)) и соответствует 1П (пуазу). Сотая часть пуаза составляет сантипуаз (сП). В единицах СИ динамическая вязкость выражается в паскаль-секундах

(Па*с); 1П = 0,1Па*с; 1 сП = 0,001 Па*с. Например: динамическая вязкость дистиллированной воды при 20,2оС равна 1 сП=1 мПас

Динамическая вязкость может быть определена опытным путем с по-мощью вискозиметра Уббелоде. С достаточной точностью ее нетрудно вычислить, не прибегая к опыту, по формуле:

n = v*p, где v – кинематическая вязкость; p – плотность нефтепродукта при температуре определения вязкости.
Кинематическая вязкость v есть отношение динамической вязкости нефтепродукта к его плотности при той же температуре.
Единицей кинематической вязкости является стокс (Ст), выражаемый в системе СGS в сантиметрах в квадрате на секунду (см2/с). Сотая доля стокса есть сантистокс (сСт); 1сСт = 0,01 см2/с. В единицах СИ: 1Ст = 10-4 м2/с; 1сСт = 10-6 м2/с. В стандартах на дизельное топливо и смазочные масла кинематическая вязкость нормируется в миллиметрах в квадрате на секунду (мм2/с) или сантистоксах (сСт); 1 сСт = 1 мм2/с.
Удельной вязкостью n уд называется отношение динамической вязкости продукта к динамической вязкости дистиллированной воды при 20,2оС. Численно принято считать, что удельная вязкость равна динамической вязкости продукта, умноженной на 100: n уд = 100n.

Условная вязкость представляет собой отношение времени истечения 200 мл продукта через калиброванное отверстие специального прибора – вискозиметра – при температуре t ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при 20оС.

Условная вязкость является отвлеченной величиной и выражается в условных единицах в зависимости от применяемого вискозиметра: для вискозиметра Энглера – в градусах Энглера (Ео), или в градусах условной вязкости (ВУ); для вискозиметра Сейболта – в секундах Сейболта; для вискозиметра Редвуда – в секундах Редвуда.

Между условной и кинематической вязкостью установлена эмпирическая зависимость, которая выражается следующими приближенными формулами:
для v = 1 – 120 мм2/с vt = 7,24 ВУt – 6.25/ВУ t (мм2/с); для v > 120 мм2/с vt = 7,24 ВУt.

Этими формулами можно пользоваться при переводе кинематической вязкости в градусы условной вязкости для практической оценки вязкостных свойств родукта.Обратный перевод для расчетных целей делать не рекомендуется, так как определение условной вязкости продукта недостаточно точно и условная вязкость не отражает физических свойств жидкости.
Наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества продуктов получила кинематическая вязкость. Динамическую вязкость определяют в основном в научно-исследовательских работах. Вязкость продуктов существенно зависит от температуры, поэтому получаемое значение вязкости должно обязательно сопровождаться указанием температуры, при которой определялась вязкость.

Определение кинематической вязкости нефтепродукта в капиллярных в искозиметрах.

Приборы для определения вязкости называются вискозиметрами. Чаще всего для определения кинематической вязкости по ГОСТ 33-82 пользуются стеклянными вискозиметрами типа.

Пинкевича и ВПЖТ-2 с помощью которых измеряют кинематическую вязкость продуктов при положительных и отрицательных значениях температуры.
В основе метода лежит известная формула Пуазейля для динамической вязкости:
n=(3.14Pr4/8LV) ?
где

• Р – давление, при котором происходит истечение жидкости из капилляра
• r – радиус капилляра
• L – длина капилляра
• V – объем жидкости, протекающей через капилляр
• ? – время истечения жидкости в объеме V.

Приборы и материалы

В работе используют:

Вискозиметр типа ВПЖТ-2 термо-статирующее устройство, обеспечивающее длительное поддержание заданной температуры с точностью ± 0,03оС при точных и ± 0,1оС – при технических измерениях Термометр ртутный стеклянный с ценой наименьшего деления шкалы 0,05оС для точных и 0,2оС – для технических измерений секундомер термостатирующую жидкость: дистиллированную воду, глицерин или смесь глицерина с водой в соотношении 1:1

Порядок проведения измерения

Для определения кинематической вязкости вискозиметр подбирают таким образом, чтобы время течения нефтепродукта было не менее 200 с. Затем его тщательно промывают и высушивают. Пробу испытуемого продукта профильтровывают через бумажный фильтр. Вязкие продукты перед фильтрованием подогревают до 50–100оС. При наличии в продукте воды его осушают сульфатом натрия или крупнокристаллической поваренной солью с последующим фильтрованием. В термостатирующем устройстве устанавливают требуемую температуру.
Точность поддержания выбранной температуры имеет большое значение, поэтому термометр термостата должен быть установлен так, чтобы его резервуар оказался примерно на уровне середины капилляра вискозиметра с одновременным погружением всей шкалы. В противном случае вводится поправка на выступающий столбик ртути по формуле: ^t = Bh(t1 – t2) где

• B – коэффициент температурного расширения рабочей жидкости термометра:
  • для ртутного термометра? = 0,00016
  • для спиртового – 0,001
• h – высота выступающего столбика рабочей жидкости термометра, выраженная в делениях шкалы термометра
• t1 – заданная температура в термостате, оС
• t2 – температура окружающего воздуха вблизи середины выступающего столбика, оС.

Определение времени истечения повторяют несколько раз. В соответствии с ГОСТ 33-82 число измерений устанавливают в зависимости от времени истечения: пять измерений – при времени истечения от 200 до 300 с; четыре – от 300 до 600 с и три – при времени истечения свыше 600 с. При проведении отсчетов необходимо следить за постоянством температуры и отсутствием пузырьков воздуха.
Для подсчета вязкости определяют среднее арифметическое значение времени истечения. При этом учитывают только те отсчеты, которые отличаются не более чем на ± 0,3 % при точных и на ± 0,5 % при технических измерениях от среднего арифметического.

Обработка результатов измерений

Кинематическую вязкость испытуемого нефтепродукта при температуре t вычисляют по формуле:
Vt=Ct*(g/9.807)*K где

• С – постоянная вискозиметра, мм2/с2
• t – среднее арифметическое учитываемых отсчетов времени истечения жидкости, с
• g – ускорение силы тяжести в месте измерения вязкости, м/с2
• 9,807 – нормальное ускорение силы тяжести, м/с2
• К = 1 + 0,00004^t – коэффициент, учитывающий изменение гидростатического напора жидкости вследствие расширения ее при нагревании
• ^t – разность между температурой продукта при заполнении вискозиметра и его температурой при определении вязкости.

Кинематическую вязкость нефтепродукта вычисляют с точностью до четвертой значащей цифры, например: 1,255; 16,47; 193,1; 1735.

Доставка

Оборудование доставляется по указанному заказчиком адресу собственным транспортом или отправляется транспортной компанией по адресу нахождения терминалов в следующих городах:
Абакан, Адлер, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Благовещенск, Братск, Брянск, Великие Луки, Великий Новгород, Владивосток, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Волжский, Вологда, Воронеж, Дзержинск, Димитровград, Екатеринбург, Забайкальск, Иваново, Ижевск, Иркутск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киров, Коломна, Кострома, Котлас, Краснодар, Красноярск, Курган, Курск, Липецк, Магнитогорск, Москва, Мурманск, Набережные Челны, Нижневартовск, Нижний Новгород, Нижний Тагил, Новокузнецк, Новомосковск, Новороссийск, Новосибирск, Ногинск, Омск, Орел, Оренбург, Орск, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Подольск, Псков, Пушкино, Ростов-на-Дону, Рыбинск, Рязань, Самара, Санкт-Петербург, Саранск, Саратов, Северодвинск, Серпухов, Смоленск, Солнечногорск, Сочи, Ставрополь, Старый Оскол, Стерлитамак, Сургут, Сызрань, Сыктывкар, Тамбов, Тверь, Тольятти, Томилино, Томск, Тула, Тюмень, Улан-Удэ, Ульяновск, Уфа, Ухта, Хабаровск, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Чита, Энгельс, Ярославль.

Стоимость, срок поставки уточняйте у менеджеров.

Адлер(Красн.кр.) Аксай(Рост.обл.) Анапа(Красн.кр.) Апатиты(Мурм.обл.) Арзамас(Нижег.обл.) Армавир(Красн.кр.) Архангельск Астрахань Балаково(Сар.обл.) Барнаул Белгород Брянск(Брянс.обл.) Великий Новгород(Новг.обл.) Великий Устюг(Волог.обл.) Владикавказ(Осетия) Владимир(Влад.обл.) Волгоград Волгодонск(Рост.обл.) Волжский(Волг.обл.) Вологда Вольск(Сар.обл.) Воронеж Геленджик(Красн.кр.) Дзержинск(Нижег.обл.) Ейск(Красн.кр.) Екатеринбург Ессентуки(Ставроп.) Иваново(Иван.обл.) Ижевск Йошкар-Ола Казань Калуга(Калуж.обл.) Камышин(Волг.обл.) Кемерово Киров Кисловодск(Ставроп.) Коряжма(Арханг.обл.) Кострома(Костр.обл.) Котлас(Арханг.обл.) Краснодар Красноярск Кропоткин(Красн.кр.) Курган Курск Лермонтов(Ставроп.) Липецк(Липец.обл.) Магнитогорск(Челяб.обл.) Минеральные Воды(Ставроп.) Москва Мурманск Муром(Влад.обл.) Набережные Челны Нальчик(Каб.-Балк.) Невинномысск(Ставроп.) Нижний Новгород Нижний Тагил Новороссийск(Красн.кр.) Новосибирск Новотроицк(Оренб.обл.) Новочеркасск(Рост.обл.) Омск Орел(Орлов.обл.) Оренбург Орск(Оренб.обл.) Пенза Пермь Петрозаводск Псков(Псков.обл.) Пятигорск(Ставроп.) Ростов-на-Дону Рыбинск(Яросл.обл.) Рязань(Ряз.обл.) Самара Санкт-Петербург Саранск(Мордов.) Саратов Северодвинск(Арханг.обл.) Смоленск(Смол.обл.) Сочи Ставрополь Старый Оскол(Белг.обл.) Сургут Сызрань(Сам.обл.) Сыктывкар Таганрог(Рост.обл.) Тамбов(Тамбов.обл.) Тверь(Твер.обл.) Тольятти Томск Туапсе(Красн.кр.) Тула Тюмень Ульяновск Уфа Ухта(Коми) Чебоксары Челябинск Черкесск(Карач.-Черк.) Шахты(Рост.обл.)

• Каталог насосов
• Определение вязкости продукта

В быту очень часто понятие "вязкая жидкость" отождествляется с чем-то липучим, скользким, в чём можно испачкаться. Отчасти так оно есть. Давайте подробнее разберемся в ситуации.

Вещества

Где бы мы с вами ни находились, нас всегда окружают вещества и физические тела, находящиеся в трёх агрегатных состояниях: в твёрдом, жидком и газообразном. Четвертое агрегатное состояние вещества - плазма - неспособно существовать в так называемых нормальных условиях. Для его поддержания необходимы искусственно созданные режимы. Жидкие и газообразные вещества занимают более 85 % объёма нашего жизненного пространства. Достаточно лишь упомянуть воздух, которым мы дышим, и воду, которую мы пьём. И любое из этих веществ можно охарактеризовать с точки зрения их вязкости.

В чём измеряют

По определению вязкость - это свойство текучих тел оказывать сопротивление их перемещению относительно неподвижной системы координат или друг друга. Существует динамическая и кинематическая вязкость. Динамическая вязкость в международной системе СИ измеряется в [Па*с] (Паскаль в секунду). С физической точки зрения эта величина показывает изменение потерь давления в единицу времени. В системе СГС (сантиметр - грамм - секунда) она измеряется в пуазах (1 Па*с = 10 пуаз) и названа в честь знаменитого французского физика и врача Жана Луи Мари Пуазёйля.

Кинематическая вязкость измеряется в м 2 /с (в системе СИ) и в стоксах (чаще в сантистоксах). 1 сСт = 1 мм 2 /с. Это основополагающее значение данного свойства текучих сред. Через специальный прибор, вискозиметр, можно измерить вязкость любой жидкости. Её определённый (тарированный) объём пропускают через калиброванное отверстие без механического побуждения, лишь под действием силы тяжести.

Способ определения

Единица кинематической вязкости была определена ещё в конце сороковых годов двадцатого века советским ученым Я. И. Френкелем. В своих уравнениях он описывал механизм скатывания капель различных жидкостей с различных наклонных поверхностей (формула 2.1, см. рисунок выше), где r и m - радиус и масса капли, α - критический угол скатывания капли, θ - угол отекания капли, σ - коэффициент трения. Из теории о движении молекул и обосновании времени их "осёдлости" Френкелем (и, независимо от него, на два года позже, французским физиком Андраде) было получено соотношение для расчета динамической вязкости (формула 2.2). Такая зависимость носит название "уравнение Френкеля - Андраде", хотя в зарубежной литературе имя советского физика часто опускают, называя её формулой Андраде.

Коэффициенты

В абсолютных величинах единица кинематической вязкости может быть получена из соотношения кинематической к динамической вязкости, через плотность среды (формула 2.3). Следует помнить, что сама вязкая среда не подразделяется на кинетическую или динамическую. Оба значения могут быть рассчитаны для любого вещества. Учитывая тот факт, что при протекании среды создается сопротивление движению, можно построить вектор силы вязкого трения. В абсолютных величинах он прямо пропорционален площади движения среды S и ее скорости v, и обратно пропорционален расстоянию между плоскостями h (формула 2.4). Это значение называют коэффициентом динамической вязкости или коэффициентом пропорциональности. Знак минус указывает на противоположность приложения силы (направления вектора). Коэффициент кинематической вязкости, как правило, не рассчитывают. В редких случаях им называют уравнение соотношения (формула 2.3).

Зависимости

Вязкость играет довольно существенную роль при движении жидкостей. В результате действия сил прилипания (особенно у сильно вязких жидкостей) слой потока жидкости, находящийся непосредственно у твёрдой поверхности, остается неподвижным. Скорость остальных слоёв увеличивается при удалении от плоскости стенки. Кинематическая вязкость и динамическая растут с увеличением давления и уменьшаются с ростом температуры среды.

Газы и неньютоновские жидкости

Вязкость газообразных сред определяется в зависимости от их температуры. Для идеального газа можно воспользоваться формулой Сазерленда (формула 2.5). Эта формула применима в диапазоне температур от абсолютного нуля до 555 К и в диапазоне давлений не более 3,45 МПа.

Кинематическая вязкость неньютоновских жидкостей вычисляется по приведённому закону Навье - Стокса (формула 2.6), где σ ij - тензор вязких напряжений. К неньютоновским жидкостям относят псевдопластики (кровь, краска, кетчуп, лава и др.), а также дилатантные жидкости (жидкости с плотно перемешанными частичками, у которых вязкость резко возрастает при росте деформации сдвига).

В цифрах

Критический предел перехода в иное агрегатное состояние (твердое тело) у жидкостей достигается при значениях вязкости около 10 11 - 10 12 [Па*с]. При этом жидкость приобретает свойство стеклообразной массы (например, моноэтиленгликоль при концентрациях более 75 % в водном растворе). У чистой воды без примесей кинематическая вязкость при температуре 20 о С и атмосферном давлении составляет 1,006 * 10 6 м 2 /с.

Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигающим усилиям. Вязкость - свойство, присущее как капельным жидкостям, так и газам, которое проявляется только при движении, не может быть обнаружено при покое, и проявляется в виде внутреннего трения при перемещении смежных частиц жидкости. Вязкость характеризует степень текучести жидкости и подвижности ее частиц. Вязкостью жидкостей объясняется сопротивление и потери напор, которое возникает при движении их по трубам, каналам и прочим руслам, а также при движении в них инородных тел.

Изучение свойств внутреннего трения жидкости активно занимался Исаак Ньютон, заложив основы учению о вязкости. Ньютон высказал предположение (впоследствии подтвержденное опытом), что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприкосновения слоев и скорости скольжения. В итоге, И.Ньютон получил зависимость, характеризующую связь вязкости с явлением внутреннего трения, получившую название одноименного закона.

Пусть жидкость течет вдоль плоской стенки параллельными слоями. Каждый слой будет двигаться со своей скоростью, причем скорость слоев будет увеличиваться по мере отдаления от стенки.

Рассмотрим два слоя жидкости, движущиеся на расстоянии Δy друг от друга. Поскольку между слоями присутствует сила трения и благодаря взаимному торможению различные слои имеют различные скорости, и слой А движется со скоростью v, а слой Б – со скоростью (v+Δv). Величина Δv является абсолютным сдвигом слоя А по слою Б, а величина Δv/Δy – относительным сдвигом, или градиентом скорости. Тогда при движении возникает касательное напряжение τ (тау), которое характеризует трение на единицу площади (напряжением внутреннего трения) . Напряжение внутреннего трения имеет физический смысл зависимости:

где F тр – сила внутреннего трения, Н; S – площадь соприкосновения поверхностей, м 2 .

Тогда согласно закону Ньютона зависимость между напряжением и относительным сдвигом будет иметь вид:

т.е. напряжение внутреннего трения пропорционального градиенту скорости.

Коэффициент пропорциональности µ (мю) называется динамическим коэффициентом вязкости. Из формулы видно, что динамический коэффициент вязкости численно равен напряжению внутреннего трения в том случае, когда относительная скорость двух плоскостей А и Б, отстоящих друг от друга на расстоянии 1 м, равна 1м/с.

Размерность динамического коэффициента вязкости следует из формулы. Так как напряжение τ есть сила, отнесенная к единице площади, то его размерность равна:

.

Размерность градиента скорости:

Отсюда размерность динамического коэффициента вязкости:

.

Таким образом, за единицу измерения динамической вязкости в системе единиц СИ принимают:

В физической системе единицей динамической вязкости является пуаз, обозначается «П »:

Динамическая вязкость у капельных жидкостей, молекулы которых расположены весьма близко друг к другу, при повышении температуры уменьшается в связи с увеличением скорости броуновского движения, ос­лабляющего удерживающие связи, то есть силы сцепления.

Зависимость коэффициента μ от температуры в общем виде выражается формулой:

где - значение при t = 0°C; а и b - опытные коэффициенты, зависящие от физико-химических свойств (от рода) жидкости; t - температура жидкости в °С.

У газов силы притяжения между молекулами проявляют себя только при сильном сжатии, а в обычных условиях молекулы газов находятся в состоянии хаотичного теплового движения и трение слоев газа друг о друга происходит только вследствие столкновения молекул. При повышении температуры скорость молекул возрастает, растет число их столкновений и вязкость возрастает.

Для пресной воды Пуазейлем получена формула:

. (1.3)

Для воздуха известна формула Милликена:

В гидравлике для характеристики вязких свойств газов и паров иногда вместо динамического употребляется другой коэффициент вязкости, обозначаемый буквой η (эта) и связанный с динамическим коэффициентом уравнением

где g – ускорение силы тяжести, м/с 2 .

Величину, обратную динамической вязкости называют текучестью .

Вязкость для всех капельных жидкостей убывает с повы­шением температуры. Для получения точных гидравлических расчетов рекомендуется иметь график (или таблицу) зависимости вязкости от температуры, построенный на основе спе­циальных определений в лаборатории. Весьма осторожно следует относиться к различного рода номограммам и формулам, служащим для определения вязкости смеси двух или нескольких различных нефтепродуктов.

График, характеризующий зависимость изменения вязкости жидкости от температуры называется вискограммой (Рис. 1.3).

Рис.1.3. Вискограмма

Для определения вязкости жидкости при любой произвольной температуре T с достаточной точностью используется формула Рейнольдса-Филонова:

где ν - вязкость при известной температуре Т , u – коэффициент крутизны вискограммы, который характеризует угол наклона касательной вискограммы к оси абсцисс (Рис. 1.4) и определяется по формуле:

Рис.1.4 Определение коэффициента крутизны вискограммы

Таким образом, можно охарактеризовать любую жидкость и определить ее вязкость при любой температуре, зная координаты двух произвольных точек вискограммы. Стоит заметить, что для капельных жидкостей коэффициент вискограммы положителен, однако существуют жидкости, у которых вязкость мало изменяется при изменении температуры, для газообразных - коэффициент вискограммы отрицателен. Существуют жидкости, вязкость которых мало зависит от температуры, они представляют собой сложные химические соединения и используются в качестве рабочих в гидравлических машинах, например в вискомуфтах.

Существуют жидкости, для которых закон И. Ньютона неприменим. В отличие от обычных, ньютоновских, эти жидкости называют неньютоновскими , или аномальными.

Значения кинематической вязкости ν воды и воздуха

Вязкость характеризует способность газов или жидкостей создавать сопротивление между движущимися по отношению друг к другу слоями текучих (не твердых) тел. То есть эта величина соответствует силе внутреннего трения (английский термин: viscosity), возникающей при движении газа или жидкости. Для разных тел она будет различной, так как зависит от их природы. Например, вода имеет низкую вязкость по сравнению с медом, вязкость которого намного выше. Внутреннее трение или текучесть твердых (сыпучих) веществ характеризуется реологическими характеристиками.

Слово вязкость происходит от латинского слова Viscum, что в переводе означает омела. Это связано с птичьим клеем, который делали из ягод омелы и использовали для ловли птиц. Клеящим веществом намазывали ветки деревьев, а птицы, садясь на них, становились легкой добычей для человека.

Что же такое вязкость? Единицы измерения данной характеристики будут приведены, как это принято, в системе СИ, а также в других внесистемных единицах.

Исак Ньютон в 1687 году установил основной закон течения жидких и газообразных тел: F = ƞ . {(v2 - v1) / (z2 - z1)} . S. В данном случае F — это сила (тангенциальная), которая вызывает сдвиг слоев подвижного тела. Отношение (v2 - v1) / (z2 - z1) показывает быстроту изменения скорости течения жидкости или газа при переходе от одного подвижного слоя к другому. Иначе называется градиентом скорости течения или скоростью сдвига. Величина S — это площадь (в поперечном сечении) потока подвижного тела. Коэффициент пропорциональности ƞ и есть динамической данного тела. Величина, ей обратная j = 1 / ƞ, является текучестью. Силу, действующую на единицу площади (в поперечном сечении) потока, можно рассчитать по формуле: µ = F / S. Это и есть абсолютная или Единицы измерения ее в системе СИ выражаются как паскаль на секунду.

Вязкость является важнейшей физико-химической характеристикой многих веществ. Значение ее учитывают при проектировании и эксплуатации трубопроводов и аппаратов, в которых происходит движение (например, если они служат для перекачивания) жидкой или газообразной среды. Это могут быть нефть, газ или продукты их переработки, расплавленные шлаки либо стекло и прочее. Вязкость во многих случаях является качественной характеристикой полупродуктов и готовых продуктов различных производств, так как она напрямую зависит от структуры вещества и показывает физико-химическое состояния материала и изменения, происходящие в технологии. Часто для оценки величины сопротивления деформации или истечения используют не динамическую, а кинематическую вязкость, единицы измерения которой в системе СИ выражаются в квадратных метрах за секунду. (обозначается ν) есть отношение вязкости динамической (µ) к плотности среды (ρ): v = µ / ρ.

Кинематическая вязкость — это физико-химическая характеристика материала, показывающая его способность под действием сил гравитации сопротивляться течению.

В единицы измерения кинематической вязкости записывают как м2/с.

В системе СГС вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт).

Между этими единицами измерения существует следующая связь: 1 Ст = 10-4 м2/с, тогда 1 сСт = 10-2 Ст = 10-6 м2/с = 1 мм2/с. Часто для кинематической вязкости пользуются другой внесистемной единицей измерения — это градусы Энглера, перевод которых в Стоксы можно осуществлять по эмпирической формуле: v = 0,073oE - 0,063 / oE или по таблице.

Для пересчета системных единиц измерения динамической вязкости во внесистемные можно использовать равенство: 1 Па. с = 10 пуаз. Краткое обозначение записывается: П.

Обычно единицы измерения вязкости жидкости регламентируются нормативной документацией на готовый (товарный) продукт или на полупродукт вместе с допустимым диапазоном изменения этой качественной характеристики, а также с погрешностью ее измерения.

Для определения вязкости в лабораторных или производственных условиях пользуются вискозиметрами различной конструкции. Они могут быть ротационные, с шариком, капиллярные, ультразвуковые. Принцип измерения вязкости в стеклянном капиллярном вискозиметре основан на определении времени истечения жидкости через калиброванный капилляр определенного диаметра и длины, при этом должна быть учтена постоянная вискозиметра. Так как вязкость материала зависит от температуры (с повышением ее она будет уменьшаться, что объясняется молекулярно-кинетической теорией как результат ускорения хаотического движения и взаимодействия молекул), поэтому испытуемая проба должна быть выдержана некоторое время при определенной температуре для усреднения последней по всему объему пробы. Существует несколько стандартизованных методов испытания вязкости, но наиболее распространенный — это межгосударственный стандарт ГОСТ 33-2000, на основании которого определяется кинематическая вязкость, единицы измерения в данном случае мм2/с (сСт), а динамическая вязкость пересчитывается, как произведение вязкости кинематической на плотность.