1.4. Вязкость, закон вязкости трения

Вязкость – это способность жидкости сопротивляться сдвигу, т.е. свойство, обратное текучести (более вязкие жидкости являются менее текучими). Вязкость проявляется в возникновении касательных напряжений (напряжений трения). Рассмотрим слоистое течение жидкости вдоль стенки (рис.1.1).

Рис. 1.1. Схема течения вдоль стенки

В этом случае происходит торможение потока жидкости, обусловленное ее вязкостью.

Причем скорость движения в слое тем ниже, чем ближе он расположен к стенке.

Виды вязкости:

1. Величина μ, входящая в (1.6), получила название динамической вязкости жидкос-

ти. Единица измерения в системе СИ — [Па ∙ с], в СГС — [Пуаз].

2. Условная вязкость: получаем по приборам:вискозиметр капиллярный, Энглера,Стокса,торсионный

ºВУ = (1.8)

3. Формула взаимосвязи кинематической и динамической вязкости:

Кинематическая вязкость v = μ / ρ. (1.9)

4. Зная условную вязкость, по переводной формуле Уббелоде определяем

кинематическую вязкость, которая используется для практических расчетов

v = [0, 0731 ºВУ – ] ∙ 10-4 [м²/с]. (1.10)

Единицей измерения вязкости в системе СИ является м²/с или более мелкая единица

см²/с, которую принято называть стоксом, 1Ст = 1см²/с. Для измерения вязкости

также используются сантистоксы: 1сСт = 0,01 Ст.

Вязкость жидкостей существенно зависит от температуры, причем вязкость

капельных жидкостей с повышением температуры падает, а вязкость газов – растет

Рис. 1.2. Зависимость вязкости от температуры

Это объясняется тем, что в капельных жидкостях, где молекулы расположены

близко друг к другу, вязкость обусловлена силами молекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры ослабевают, и вязкость падает. В газах молекулы располагаются значительно дальше друг от друга. Вязкость газа зависит от интенсивности хаотичного движения молекул. С ростом температуры эта интенсивность растет, и вязкость газа увеличивается.

Таблица 1.3.

Зависимость плотности ρ и вязкости v

от температуры t˚ и давления Р

Виды жидкости	t˚	Р
Капельная	С увеличением температуры t˚ плотность ρ уменьшается, вязкость v уменьшается	Не зависит
Газообразная	С уменьшением температуры t˚ плотность ρ уменьшается, вязкость v уменьшается	При значительном увеличении t˚ изменяется

Таблица 1.4. Зависимость кинематического коэффициента вязкости

воды от температуры

Температура t ºС	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Вязкость v, сСт	1,79	1,31	1,01	0,81	0,6	0,56	0,48	0,42	0,37	0,33	0,29

Таблица 1.5. Средние значения плотности и кинематического

коэффициента вязкости некоторых жидкостей при 20 ºС

Жидкость	ρ, кг/м³	v, Ст
Нефть легкая	884	0, 25
Нефть тяжелая	924	1, 40
Бензин	745	0, 0073
Керосин Т – 1	808	0, 025
Керосин Т – 2	819	0, 010
Дизтопливо	846	0, 28
Глицерин	1245	9 ,70
Мазут	900	1, 3
Масло турбинное	905	0, 97
Масло трансформаторное	884	0, 28
Ртуть	13550	0, 0016

Закон Ньютона. F сила внутреннего трения пропорциональна площади

соприкосновения этих слоев и градиенту скорости между ними. Приняв площадь

соприкосновения за единицу, закон Ньютона записывается следующим образом:

(1.11)

Ньютоновские жидкости ― жидкости, подчиняющиеся закону Ньютона

(капельные жидкости, газообразные жидкости).

Неньютоновские жидкости ― жидкости, не подчиняющиеся закону

Ньютона (буровой раствор, цементный раствор, кальценированный раствор,

растворы полимера).

Согласно гипотезе Ньютона касательное напряжение, возникающее в слое жидкости на расстоянии у от стенки, определяется зависимостью:

τ = μ, (1.12)

где dv/dу – градиент скорости, характеризующий интенсивность нарастания

скорости υ при удалении от стенки (по оси у).