Материал: УМК МЖГ стр 1-76 Модуль 1-3_МЖГ

Таким образом, динамический коэффициент вязкости представляет собой работу, которую необходимо совершить при относительном течении слоев жидкости для единицы объемного расхода.

В гидравлических расчетах кроме динамической вязкости широко используется кинематическая вязкость, равная отношению динамической вязкости к плотности жидкости:

ν = μρ .

Отсюда находим размерность кинематической вязкости:

Название «кинематическая вязкость» отражает тот факт, что в раз- мерность входят только кинематические величины. В системе СИ – м2/с.

Физический смысл кинематического коэффициента вязкости также

Следовательно, кинематический коэффициент вязкости представляет собой работу, которую необходимо совершить при относительном движе- нии слоев жидкости для единиц массового расхода.

Вязкость капельных жидкостей зависит от температуры и уменьша- ется с увеличением последней. Вязкость газов, наоборот, с увеличением температуры возрастает. Это объясняется различием самой природы вяз- кости в жидкостях и в газах. В жидкостях молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах, и вязкость вызывается силами молекуляр- ного сцепления. Эти силы с ростом температуры уменьшаются, поэтому вязкость падает. В газах же вязкость обусловлена главным образом беспо- рядочным тепловым движением молекул, интенсивность которого увели- чивается с температурой.

Вязкость капельных жидкостей зависит также от давления, однако эта зависимость существенно проявляется лишь при относительно боль- ших изменениях давления, порядка нескольких сотен атмосфер. С увели- чением давления вязкость большинства жидкостей возрастает, но при дав- лениях меньше 10 МПа изменением вязкости обычно пренебрегают.

16

17

Высота подъема смачивающей жидкости (или опускание несмачи- вающей жидкости) в стеклянной трубке диаметром d определяется по

Величина напряжений на границе раздела зависит от температуры жидкости; при увеличении температуры внутренняя энергия молекул воз- растает, уменьшается напряжение в пограничном слое жидкости и, следо- вательно, уменьшаются силы поверхностного натяжения.

Растворимость газов в капельных жидкостях

В реальных жидкостях всегда находится газ в растворенном состоя- нии. Это может быть воздух, азот, углеводородный газ, углекислота, серо- водород и др. Наличие газа растворенного в жидкости может оказывать как благоприятное воздействие (снижается вязкость жидкости, плотность и т.д.), так и неблагоприятные факторы. Так при снижении давления из жидкости выделяется свободный газ, который может стать источником та- кого нежелательного явления как кавитация.

Количество газа, которое может раствориться в капельной жидкости, зависит от физико-химических свойств самой жидкости и растворяемого в ней газа, а также от температуры и давления. Максимальное количество газа, которое может быть растворено в данной жидкости носит название предельной газонасыщенности для данного газа s0. Естественно, что вели- чины предельной газонасыщенности для разных газов будут разными. Другой характеристикой процесса растворения газа в жидкости является давление насыщенных паров рн.п, это такое минимальное давление в жид- кости, при котором достигается насыщение капельной жидкости газом. Известно, что рн.п. зависит от температуры и с увеличением ее повышается. Если давление в жидкости р опустится ниже давления насыщенных паров (р < рн.п), то растворенные в жидкости газы начнут из нее выделяться в ви- де пузырьков.

18

Кипение и кавитация

Как известно из курса физики, при снижении давления в жидкости или при повышении ее температуры растворенные в воде газы начинают выделяться из отдельных элементарных объемов воды, причем в воде об- разуются разрывы (газо-воздушные пузыри).

Предположим, что мы имеем некоторый объем воды, сплошность которого не нарушена. Обозначим давление в этой воде через р и темпера- туру через t.

Представим себе далее, что в силу тех или иных причин температура начинает увеличиваться или давление уменьшаться. Очевидно, что в неко- торый момент времени можем получить р < рн.п. При таком соотношении в обычных условиях внутри рассматриваемого объема воды возникают пу- зырьки, заполненные «насыщенными парами» воды, происходит как гово- рят «холодное кипение» воды. При этом мы получаем двухфазную систему (вода плюс пузырьки пара). Чтобы заставить эти пузырьки захлопнуться необходимо на достаточную величину или повысить давление р или пони- зить давление рп.н. (за счет снижения температуры).

В случае появления в воде пузырьков пара различают два разных яв- ления: кипение и кавитацию.

Кипением жидкости называется явление, когда пузырьки пара, поя- вившиеся в жидкости всплывают и выходят из жидкости через ее свобод- ную поверхность.

Кавитацией жидкости называется явление, когда пузырьки пара (или паровоздушные пузырьки), появившиеся в движущейся жидкости, не выходят из нее, а захлопываются внутри жидкости.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ ВИСКОЗИМЕТРОМ ЭНГЛЕРА»

Цель работы:

1.Определить динамическую вязкость исследуемой жидкости с по- мощью вискозиметра Энглера.

2.Установить зависимость вязкости исследуемой жидкости от тем- пературы.

19

Краткая теория

Жидкостью называется тело, обладающее свойством текучести, то есть способное сколь угодно сильно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил, но в отличие от газа, весьма мало меняющее свою плотность при изменении давления.

Жидкости с точки зрения механических свойств подразделяются на

2класса:

1.Капельные (малосжимаемые).

2.Газообразные (сжимаемые).

Основные свойства жидкостей, важные при рассмотрении задач ме- ханики жидкости: плотность и вязкость.

Плотностью жидкости называют массу жидкости в единице объема:

где m – масса жидкости; V – объем жидкости.

Вязкостью жидкости называют свойство жидкости оказывать сопро- тивление сдвигу. И. Ньютон впервые высказал гипотезу о существовании трения в жидкостях. В дальнейшем его гипотеза была подтверждена мно- гочисленными исследованиями. Н.П. Петровым на основании разработан- ной им теории трения в жидкостях для определения силы трения была предложена формула:

dy

где S – площадь соприкосновения слоев жидкости; μ – динамический коэффициент вязкости;

dU – относительное изменение скорости, называемое градиентом dy

где τ – сила трения, приходящаяся на единицу площади (касательное напряжение).

20