Вязкость (внутреннее трение). Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкостей

Вязкость (внутреннее трение) — это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой.

, (1.88)

В результате инерции частиц в этих слоях появляются силы, противодействующие происходящим в них изменениям движения, а это и есть трение (внутреннее).

Сила внутреннего трения

, (1.89)

где h коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости, называется динамической вязкостью (или просто вязкостью).

h=[Па.с].

 

Вязкость зависит от температуры, причем характер этой зависимости для жидкостей и газов различен (для жидкостей h c увеличением температуры уменьшается, у газов, наоборот, увеличивается), что указывает на различие в них механизмов внутреннего трения. Особенно сильно от температуры зависит вязкость масел. Например, вязкость касторового масла в интервале 18-400С падает в четыре раза. Русский физик П. Капица (1894-1984) открыл, что при температуре 2,17 К жидкий гелий переходит в сверхтекучее состояние, в котором его вязкость равна нулю.

Существует два режима течения жидкостей. Течение называется ламинарным(слоистым), если вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними, и турбулентным(вихревым), если вдоль потока происходит интенсивное вихреобразование и перемешивание жидкости (газа).

Английский ученый О. Рейнольдс (1842-1912) установил, что характер течения зависит от безразмерной величины, называемой

числом Рейнольдса:

(1.90)

где g = h/r - кинематическая вязкость; r — плотность жидкости;

<> — средняя по сечению трубы скорость жидкости; d — характерный линейный размер, например, диаметр трубы.

Вычисляя числа Рейнольдса для разных жидкостей и газов, нашли, что переход от ламинарного движения к турбулентному происходит

при значении Rе ~ 1160:

если Re < 1160 — движение ламинарное;

если Re> 1160 — движение турбулентное.

Для воды в водопроводных трубах 1200 < Re< 2000.

Если число Рейнольдса одинаково, то режим течения различных жидкостей (газов) в трубах разных сечений одинаков.