Текучесть и вязкость

 

Текучесть - это свойство, означающее способность течь под влиянием самых малых сдвигающих усилий.

Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу и скольжению соприкасающихся слоёв. Вязкость характеризует степень текучести жидкости или подвижности её частиц.

Вязкость приводит к появлению сил внутреннего трения между смежными слоями, текущими с различными скоростями.

Пусть жидкость течёт вдоль плоской стены параллельными слоями. Тормозящее влияние стены приводит к тому, что разные слои будут иметь разные скорости (рис. 1.1). Отношение (Du/Dy) есть градиент скорости или относительныйсдвиг. В результате внутреннего трения появляются касательныенапряжения - t (тау).

 

 

Рисунок 1 – Изменение скорости слоёв жидкости u при изменении расстояния y от твёрдой стенки

 

Если слои находятся бесконечно близко друг к другу, зависимость имеет вид:

 

t = h × . (1.11)

 

Впервые это соотношение показал Ньютон, и оно носит название закон Ньютона.

Силы трения (сдвига) в жидкости не зависят от давления. Внутреннее трение прямо пропорционально площади соприкосновения трущихся слоёв w и градиенту скорости по нормали и зависит от рода и состояния жидкости.

 

F = t × w.

 

Уравнение Ньютона имеет вид:

 

F = h × w × . (1.12)

 

Величина h (эта) характеризует сопротивление жидкости сдвигу и называется коэффициентомдинамическойвязкости.

Для определения размерности коэффициента динамической вязкости выразим его из формулы (1.11):

 

h = ; = = Па × с.

 

Физический смысл коэффициента динамической вязкости h: динамический коэффициент вязкости равен силе, которая возникает на 1 м² поверхности двух, перемещающихся друг относительно друга слоёв жидкости при градиенте скорости (du/dy) = 1.

Для капельных жидкостей с повышением температуры коэффициент динамической вязкости уменьшается, а для газов возрастает.

В расчётах чаще используют кинематическийкоэффициентвязкости n (ню):

 

n = , (1.13)

 

Коэффициент кинематической вязкости n характеризует ускорение (замедление) частиц, вызванное силами вязкости.

Коэффициент кинематической вязкости n капельных жидкостей при давлениях, встречающихся в большинстве случаев (до 200 ат) весьма мало зависит от давления, и этим изменением в гидравлических расчётах пренебрегают.

Коэффициент кинематической вязкости n капельных жидкостей зависит от температуры. С увеличением температуры n уменьшается.

Коэффициент кинематической вязкости n газов зависит от температуры и давления, возрастая с увеличением температуры.