Вязкость — Студопедия
Поделись
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 Fтр – 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:
. (1.4)
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
, (1.
5)
где g – ускорение силы тяжести, м/с2.
Очевидно, этот коэффициент вязкости η имеет размерность:
.
При этом единицей измерения η в технической системе единиц является
.
В гидравлике и на производстве широко применяется так называемый
.
Размерность кинематического коэффициента вязкости:
.
В системе СИ для ν принята единица: .
Единицей измерения коэффициента ν в физической системе служит стокс, обозначается «Ст»:
.
Например, кинематический коэффициент вязкости воды равен
.
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, для которых закон И. Ньютона неприменим. В отличие от обычных, ньютоновских, эти жидкости называют неньютоновскими, или аномальными.
Значения кинематической вязкости ν воды и воздуха
| t,0C | 106ν, м2/c | |
| воды | воздуха | |
| 1,78 | 13,7 | |
| 1,31 | 14,7 | |
| 1,01 | 15,7 | |
| 0,81 | 16,6 | |
| 0,66 | 17,6 | |
| 0,48 | 19,6 | |
| 0,28 | 23,8 |
Таблица 1.6
Кинематическая вязкость некоторых жидкостей
| Жидкость | t, °C | v?10-4, м2/с | Жидкость | t, °C | v?10-4, м2/с |
| Бензин | 0,0065 | Ртуть | 0,00125 | ||
| Спирт винный | 0,0133 | Сталь жидкая (0,3% С) | 0,00370 | ||
| Керосин | 0,0250 | ||||
| Глицерин | 8,7000 |
Вязкость различных сортов жидкости одного названия, например, нефти, в зависимости от химического состава и молекулярного строения может иметь различные значения.
Для вязких нефтей средние значения u = 0,05 + 0,1 на 1°С.
Вязкость жидкостей, как показывают опыты, зависит также от давления. При возрастании давления она обычно увеличивается. Исключением является вода, для которой при температуре до 32° С с повышением давления вязкость уменьшается. При давлениях, встречающихся в практике (до 20 МПа), изменение вязкости жидкостей весьма мало и при обычных гидравлических расчетах не учитывается.
Вязкость нефти — PetroDigest.ru / Нефтегазовый портал
Вязкость, наряду с плотностью, одно из важнейших физических свойств нефти.
Кинематическая вязкость нефти изменяется в широких пределах: от 2 до 300 мм2/с (20 °С). Однако в среднем вязкость большинства нефтей не превышает 40 – 60 мм2/с.
По вязкости определяют и рассчитывают следующие технологические параметры:
- подвижность нефти в пласте при ее добыче
- скорость фильтрации в пласте
- тип вытесняющего агента
- мощность выкачивающего насоса
- условия транспортировки по нефтепроводу
- и др.
Зная вязкость нефти, можно грубо оценивать ее состав. Основная закономерность — это увеличение вязкости с возрастанием молекулярного веса фракций. Чем нефть тяжелее, тем, соответственно, больше в ее составе тяжелых фракций, и тем выше ее вязкость. Таким образом, высоковязкая нефть содержит в своем составе большое количество смолисто-асфальтеновых веществ, что делает переработку такой нефти более трудоемкой.
Растворенный газ также оказывает влияние на вязкость: углеводородные газы в общем случае разжижают нефть, азот, наоборот, вязкость увеличивает.
Вязкость, как физическая величина
Вязкость, или внутренне трение, — это свойство текучих тел оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой. Главным образом вязкость зависит от химического строения, молекулярной массы вещества, а также от условий ее определения.
Согласно общему закону внутреннего трения Ньютона, сила внутреннего трения жидкости (f) зависти от:
- площади соприкосновения ее слоев (S)
- разности скоростей слоев (Δv)
- расстояния между слоями (Δh)
- молекулярных свойств жидкости
| f = η·S· | ΔV | |
| Δh |
Коэффициент пропорциональности η, присутствующий в формуле, и зависящий от молекулярных сил сцепления жидкости, получил название коэффициент внутреннего трения, или динамическая вязкость.
Динамическая вязкость
Динамическая вязкость определяется по формуле Пуазейля:
| η = | π·P·r4 |
· τ |
| 8·v·L |
где (P) – давление, под которым движется жидкость объемом (v), при протекании через капилляр длиной (L) и радиусом (r) за время (t).
В системе СИ динамическая вязкость выражается в паскаль-секундах (Па·с), а в системе СГС – в пуазах (пз). 1 Па·с = 10 пз.
Кинематическая вязкость
Большее распространение, в частности, для характеристики вязкости нефти, топлив, масел и др., получила кинематическая вязкость (удельный коэффициент внутреннего трения), которая представляет собой отношение коэффициента динамической вязкости вещества к его плотности.
| ν = | η |
|
| ρ |
В системе СИ кинематическая вязкость выражается м2/с, в системе СГС — в стоксах (Ст).
1 Ст = 10-4 м2/с.
В нефтехимии широко используются также условная и относительная вязкости.
Условная вязкость
Условная вязкость (ВУ) определяется отношением времени истечения определенного объема образца ко времени истечения того же объема стандартной жидкости через вертикальную трубу заданного диаметра и длины при одинаковых условиях.
Стандартно (ГОСТ 6258 — 85) используют 200 см3 определяемой жидкости и столько же дистиллированной воды, и определяют время их истечения с помощью специального вискозиметра при 20 °С. Выражается условная вязкость в градусах Энглера (°E, градус ВУ).
Относительная вязкость
Относительная вязкость – это отношение коэффициентов динамической вязкости определяемого раствора (μ) к коэффициенту динамической вязкости чистого растворителя (μ0) при определенных условиях.
| μr = | μ |
|
| μ0 |
В США распространено измерение вязкости в универсальных секундах Сейболта (УСС, SSU или SUS).
Для этого используется специальный вискозиметр с калиброванным отверстием, через которое пропускается 60 см3 исследуемого образца при 37,8 °С (100 °F) или при 98,9 °С (210 °F) и засекается время его истечения (ASTM D88).
Секунды Сейболта FUROL (SSF) — единицы измерения вязкости на соответствующем вискозиметре Сейболта FUROL, который отличается от универсального вискозиметра Сейболта в два раза большим отверстием истечения. Он используются для более вязких веществ, например, для котельных топлив.
{1}}$]Ответ
Подтверждено
247,8 тыс.+ просмотров
Совет. Вы всегда можете получить размер с помощью формулы. Разделить формулу до конца. Используйте базовую алгебру. Используйте определение закона силы вязкости Ньютона. Коэффициент вязкости даст динамическую вязкость.
Полное пошаговое решение:
Возьмем в качестве примера трубу, по которой выходит вода.
Если вы будете наблюдать, то скорость у ближней поверхности трубы будет меньше, а по мере удаления от поверхности скорость будет максимальной. Скорость в центре максимальна. Так что можно предположить, что должен быть слой, в котором действуют силы друг на друга.
Закон вязкости Ньютона:
Согласно этому закону, сила, действующая на более быстрый слой со стороны соседнего более медленного слоя, пропорциональна 1) площади слоя и 2) градиенту скорости, перпендикулярному направлению потока, и определяется выражением,
$\begin{align}
& F\propto A.\dfrac{dv}{dy} \\
& F=-\eta .A.\dfrac{dv}{dy} \\
\end{align} $
Где $\eta $= динамическая вязкость
v = скорость жидкости
A = площадь слоя
$\begin{align}
& \eta =\dfrac{F}{A.\dfrac{dv}{dy }}\9{-1}}]$.
Вариант в) правильный.
Примечание. Используйте примеры, чтобы запомнить концепцию. Как и в этой конкретной задаче, вы можете вспомнить трубу, по которой течет вода, в качестве примера, чтобы понять концепцию динамической вязкости.
Только запомните одну вещь либо формулу, либо определение, из этого можно легко вывести размерность.
Недавно обновленные страницы
Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом А 11 класс химии JEE_Main
Высокоэффективный метод получения бериллия 11 класс химии JEE_Main
Какой из следующих сульфатов имеет наибольшую растворимость 11 класса JEE_Main
Среди металлов Be Mg Ca и Sr группы 2 11 класса JEE_Main
Какой из следующих металлов присутствует в зеленом цвете 11 класса JEE_Main
Для предотвращения окисления магния в электролите 11 класс химии JEE_Main
Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом А 11 класс химии JEE_Main
Высокоэффективный метод получения бериллия 11 класс химии JEE_Main
Какой из следующих сульфатов имеет наибольшую растворимость 11 класса JEE_Main
Среди металлов Be Mg Ca и Sr группы 2 11 класса JEE_Main
Какой из следующих металлов присутствует в зеленом цвете 11 класса JEE_Main
Для предотвращения окисления магния в электролитах класса 11 химии JEE_Main
Актуальные сомнения
Кинематическая/динамическая вязкость – определение, примеры
org/BreadcrumbList»> Динамическая вязкость η (η = «эта») является мерой вязкости жидкости (флюид: жидкость, текучее вещество).
Чем выше вязкость, тем гуще (менее жидкая) жидкость; чем ниже вязкость, тем он тоньше (жидкее).
Единица динамической вязкости в системе СИ: [η] = Паскаль-секунда (Па*с) = Н*с/м² = кг/м*с
Факторы, влияющие на динамическую вязкость
Динамическая вязкость η зависит от вещества и его температуры и выражается в паскалях-секундах.
- Динамическая вязкость η очень быстро падает для жидкостей при повышении их температуры.
- Динамическая вязкость η увеличивается для газов с повышением температуры.
Связь между динамической и кинематической вязкостью v
Кинематическая вязкость ν (ν = «ню») представляет собой динамическую вязкость среды η, деленную на ее плотность ρ.
Уравнение: ν = η / ρ
Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ: [ν] = м²/с
Другие единицы измерения кинематической вязкости . Они не соответствуют системе единиц СИ (SI — это аббревиатура французской Système international d’unités):
Преобразование:
1 Стокс (St) = 10 -4 м²/с = 1 см²/с
1 сСт = 10 -6 м²/с = 1 мм²/*-с
Примеры кинематической и динамической вязкости
Пример таблицы значений вязкости для кинематической и динамической вязкость
| жидкости | η / мПа*с при 20°C | η / мПа*с при 0°C | ν / мм²/с при 20°C |
| Вода | 1,002 | 1,792 | 1,004 |
| Оливковое масло | 80,8 | 89 | |
| Этиловый спирт | 1,20 | 1,78 | 1,52 |
| Метанол | 0,587 | 0,820 | 0,742 |
| Бензол | 0,648 | 0,91 | 0,737 |
| Газы при 0°C; 1013 гПа | η / мкПа*с | ν / мм²/с |
| Воздуха | 17. 2 | 13.3 |
| Углекислый газ | 13,7 | 6,93 |
| Азот | 16,5 | 13.2 |
| Кислород | 19.2 | 13,4 |
Источник: Horst Kuchling: Pocketbook of Physics; Опубликовано Fachbuchverlag Leipzig, 16.
