Основные сведения из гидравлики

Вязкостью жидкости называется способность оказывать сопротив­ление относительному движению (сдвигу) ее слоев.

При движении жидкости скорости в различных ее слоях отличаются по величине. Эпюра скоростей движущейся жидкости в области , приле­гающей к стенке канала .показана на рис.1.

Рис. 1. Эпюра скоростей движущейся жидкости в пристенном слое

На стенке скорость равна нулю. При удалении от стенки скорость растет. Такое распределение скоростей объясняется влиянием сил внут­реннего трения между слоями жидкости. На границе слоя, находящегося на расстоянии;' от стенки (см.сечение А-А на рис.1), из-за наличия сил трения возникают касательные напряжения г.

Согласно гипотезе И.Ньютона (1687 г.), величина этих касательных

напряжений может быть определена по формуле [1]:

(1)

Здесь — поперечный градиент скорости. m -некоторый коэффициент пропорциональности.

Из формулы (1) следует, что в состоянии покоя ( V=0, =0) каса- тельные напряжения в жидкости отсутствуют.

Чем большие касательные напряжения могут возникнуть в жидкости, тем большей вязкостью она обладает. Поэтому коэффициент m, который, как оказалось, для каждой жидкости при постоянной температуре и дав­лении имеет индивидуальное постоянное значение, является параметром, определяющим вязкость. Он называется динамическим коэффициентом вязкости и имеет размерность Па • с или кг/(м • с). Применяется также дольная единица, называемая пуазом (П).

1П=0,1 Па• с.

На практике используют также, кроме m, еще один параметр v, называе-мый кинематическим коэффициентом вязкости. Он определяется соотношением

где r - плотность жидкости.

Он также имеет определенное значение при постоянных р и T.

Его размерность - м^г/с. На практике часто употребляются также дольные

единицы - стокc (Cm) и сантистокс (сСт).

1 Cm=1 см²/с =10^-4м²/c ; 1 сСт = 0,01 Cm =10^-6 м²/с.

Вязкость жидкостей изменяется при изменении температуры и давле­ния. С повышением температуры вязкость падает, а с повышением давле­ния - растет. Зависимость вязкости от давления проявляется значительно слабее, чем от температуры, и сказывается более или менее заметно при давлениях более 10 МПа (100 am),

Для измерения вязкости капельных жидкостей применяются прибо­ры, называемые вискозиметрами .

Существует целый ряд вискозиметров, отличающихся по принципу действия - капиллярные, ротационные, вибрационные и т.д. [2]. Например, в вискозиметре Энглера вязкость жидкости определяют, измеряя время t₁ вытекания определенного количества исследуемой жидкости (200 см³) из сосуда через отверстие диаметром около 3 мм. Затем это время сравнивается с временем t₂, вытекания из того же при­бора 200 см³ дистиллированной воды .

Отношение t₁/t₂ называется .градусом Энглера °Е.

Для пересчета вязкости, выраженной в градусах Энглера, в обще­принятые единицы (Си) имеется переходная формула

Жидкости, подчиняющиеся формуле Ньютона (1), называются ньютоновскими. Большинство жидкостей, применяющихся в технике и в быту, являются ньютоновскими. Существует, однако, ряд жидкостей, для которых гипотеза Ньютона неприменима. Они называются ненью­тоновскими; процессы, протекающие в таких жидкостях изучаются нау-кой, называемой реологией.

Рис.2. Схема капиллярного вискозиметра 1 - кран ; 2 - расширение; 3 - измерительный резервуар; 4 - трубка ; 5 - капилляр ; 6 - резервуар ; 7 - резер­вуар ; 8 - трубка ; 9 - трубка ; 10 - кран ; 11 - груша