1.4 Ньютоновские и Аномальные жидкости

Ньютоновская жидкость это все жидкости подчиняющиеся закону вязкости Ньютона.

К Неньютоновской жидкости относятся: литой бетон, глинистый раствор, употребляемый при бурении скважин, нефтепродукты при температуре близкой к замерзанию.

Движение неньютоновских жидкостей начинается тогда когда достигается определенное минимальное значение касательных напряжений (начальное напряжение сдвига) При меньших напряжениях эти жидкости не текут а испытывают упругие деформации.

В аномальных жидкостях касательное напряжение определяется по формуле Бингема

₀ начальное напряжение сдвига.

Таким образом сила трения в аномальных жидкостях возникает еще при покоящейся жидкости при стремлении к движению.

На рис представлена зависимость касательных напряжений от градиента скорости.

1 нормальные жидкости, 2 аномальные.

Реологические модели жидкостей

Реология (от греч.. ρέος, «течение, поток»и–логия) –раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества. Изучает поведение различных жидкостей под нагрузкой и их динамические свойства.

Классификация производится по зависимости вязких напряжений от скорости сдвига (градиента скорости)

где:

Ньютоновская жидкость – линейный закон:

Аномальная жидкость – нелинейная, закон степенной:

Псевдопластик: , при медленных движениях вязкость велика, затем убывает.

Дилатантная жидкость: , вязкость растёт с увеличением скорости.

Бингамовский пластик — модель Бингама подобна модели сухого трения:

Хорошим примером бингамовской жидкости является краска — за счёт действия связующих веществ возникает порог для напряжения сдвига, и она способна образовывать неподвижные слои на вертикальных поверхностях. Любые другие жидкости будут стекать вниз.

Отдельным случаем неньютоновских жидкостей являются тиксотропные и реопексные жидкости, вязкость которых изменяется с течением времени.

1.5Силы действующие в жидкости

Как и в механике твердого тела, в гидромеханике силы классифицируются по разным признакам: внутренние и внешние, сосредоточенные и распределенные.

Внешние силы, действующие на жидкий объем и определяющие его движение, разделяются на массовые (объемные) и поверхностные. К ним относятся силы тяжести и силы инерции.

Очевидно, что в механике жидкости могут рассматриваться лишь распределенные силы, не вызывающие деформации жидкого тела. При этом они должны быть внешними по отношению к объекту. Перевод внутренних сил в категорию внешних производится известным методом (метод сечений, либо метод «замораживания»), суть которого сводится к тому, что в среде выделяется («заморажи­вается») замкнутый объем, внешняя среда мысленно отбрасывается и ее действие заменяется действием распределенных сил.

Важнейшей особенностью гидромеханики как науки является то, что в ней, помимо приведенной выше классификации, силы разделяются на массовые и поверхностные.

1.5.1 Массовые силы

Массовыми называют силы, величина которых пропорциональна массе рассматриваемого объема. Важнейшей особенностью является то, что они действуют на все частицы жидкости. (Непрерывно распределены по объему). В общем случае это силы, подчиняющиеся второму закону Ньютона:

В проекциях на декартовы оси координат можно записать:

В гидромеханике вместо принято обозначать через . - Проекции ускорения на оси координат.

Поделив обе части записанных выражений на массу, получим: