Вязкость и течение жидкости

Роль вязкости в течении жидкости

Чтобы вызывать и поддерживать стационарное течение, внешние силы должны производить работу по преодолению внутренних сил жидкости и газа, сопротивляющихся деформации. Эта работа делится на две части: I) механическая по передаче движения от слоя к слою жидкости; 2) работа внутреннего трения, переходящая в тепло. Работа первого вида связана с преодолением силы инерции при изменении скорости. Обусловленное им сопротивление называется инерционным сопротивлением. Очевидно, его величина зависит от скорости течения и массы жидкости или газа. Работа внутреннего трения определяется вязкостью, и вызванное им сопротивление называется вязкостным сопротивлением.

Рассмотрим более подробно роль силы вязкости по сравнению с другими факторами сопротивления течению.

. Для единицы объема отношение работы вязкости и кинетической энергии течения равно

Таким образом, число Рейнольдса характеризует роль вязкости в движении жидкости. Чем оно меньше, тем больше значение вязкости. Сила вязкости будет преобладающей при малых скоростях течения.

При больших скоростях течения наступает турбулентное движение, при котором значение вязкости хотя и не исчезает, но уменьшается и зависимость сопротивления от вязкости меняет свой характер. Сопротивление турбулентного течения связано с числом Рейнольдса, в которое входит вязкость.

Вязкость определяет скорость течения жидкости при ее движении через узкие трубы и зазоры (в частности, в узлах трения), фильтры и осадки, а также при движении вдоль твердых стенок, т. е. во всех тех случаях, когда число Рейнольдса мало вследствие малой величины / в формуле (II, 1). Заметим, что при равных вязкостях и скоростях течения турбулентность наступает раньше в широких трубах, чем в узких.

Наконец, влияние вязкости на течение зависит от плотности. Несмотря на то, что вязкость газов значительно меньше, чем жидкостей, ее значение для характеристики течения газов не менее велико, так как отношение плотности газов и жидкостей больше, чем отношение их вязкостей.

Значение вязкости в течении жидкости не ограничивается тем, что она является основным фактором сопротивления течению. М. А. Великанов подчеркнул и другое ее значение: вязкость обусловливает передачу скорости от слоя к слою текущей жидкости, т. е. действует как фактор, формирующий непрерывное скоростное поле потока.

Вязкость имеет специфическое, весьма важное значение для смазочных масел. Она определяет смазочное действие масел в условиях полной жидкостной смазки, когда граничные явления не оказывают существенного влияния, и препятствует выдавливанию масел с трущихся поверхностейЭтот вопрос будет рассмотрен в главе VI.

Роль вязкости в применении отдельных видов нефтепродуктов связана с ее величиной. Течение минеральных масел и более вязких продуктов, как правило, имеет ламинарный характер. В соответствии с этим вязкость является практически единственным или во всяком случае наиболее важным фактором сопротивления течению.

В светлых нефтепродуктах вследствие их малой вязкости легко развивается турбулентное движение. В этих условиях вязкость отступает на второй план, инерционное сопротивление становится основным фактором, регулирующим течение. Сопротивление течению зависит не столько от свойств жидкости, сколько от условий течения (скорости, сечения русла). Гидравлика, рассматривая перекачку таких нефтепродуктов, имеет возможность отвлечься от индивидуальных свойств жидкости, что облегчает решение многих задач.

Относительное значение вязкости консистентных смазок и битумов также меньше, чем минеральных масел, так как помимо ньютоновской вязкости их сопротивление деформации определяется упругостью и предельным напряжением сдвига. С увеличением скорости течения значение вязкости пластичных материалов возрастает, в то время как для светлых нефтепродуктов оно падаетг так как первые при этом переходят порог текучести и область аномалии вязкости, а у вторых ламинарное течение сменяется турбулентным.