Чем отличается динамическая вязкость от кинематической

Чем отличается динамическая вязкость от кинематической

гидрогазодинамика.docx

Отличие динамической вязкости от кинематической вязкости3

    1. Основные понятия и размерность3
    2. Физический смысл6

    Отличие динамической вязкости от кинетической вязкости.

    Жидкость определяют как физическое тело, способное менять свою форму при сколь угодно малом воздействии на него. Обычно различают два основных вида жидкостей: капельные и газообразные. Капельные жидкости – это жидкости в обычном понимании: вода, керосин, нефть, масло и так далее. Газообразные жидкости – это газы, которые в обычных условиях являются, например, такими газообразными веществами, как воздух, азот, пропан, кислород.

    Данные вещества различаются по молекулярной структуре и виду взаимодействия молекул между собой. Однако, с точки зрения механики, они являются сплошными средами. И в силу этого, для них определены некоторые общие механические характеристики: плотность и удельный вес; а также основные физические свойства: сжимаемость, температурное расширение, сопротивление растяжению, силы поверхностного натяжения и вязкость.

    Под вязкостью понимают свойство жидкого вещества оказывать сопротивление скольжению или сдвигу его слоев друг относительно друга. Суть этого понятия заключается в появлении силы трения между различными слоями внутри жидкости при их относительном движении. Различают понятия « динамическая вязкость жидкости» и ее «кинетическая вязкость». Далее рассмотрим подробнее, в чем состоит отличие этих понятий.

    Основные понятия и размерность

    Сила внутреннего трения F, возникающая между движущимися друг относительно друга соседними слоями обобщенной жидкости, прямо пропорциональна скорости движения слоев и площади их соприкосновения S. Эта сила действует в направлении, перпендикулярном движению, и аналитически выражается уравнением Ньютона.

    Основной закон вязкого течения — закон Ньютона — был установлен И. Ньютоном (1687) для тонкого слоя жидкости (газа), зажатого между пластинами, движущимися параллельно с разными скоростями v1 и v2. Вектора скорости по всему слою жидкости (газа) направлены параллельно, модуль скорости линейно зависит от поперечной координаты. Закон утверждает, что на пластины будет действовать сила, величина которой определяется формулой:

    Здесь F – касательная к поверхности пластин сила, вектор которой совпадает по направлению с векторами v1 и v2, S – площадь слоя, по которому происходит сдвиг; z — поперечная толщина слоя.

    Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом динамической вязкости или просто вязкостью. Он характеризует сопротивление жидкости (газа) смещению ее слоёв.

    Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности жидкости (газа).

    В системе СИ единица динамической вязкости – Па·с (паскаль-секунда), в СГС – пуаз (пз) (1 пз = 10 -1 Па*с), единица измерения кинематической вязкости в СИ — м 2 /с, в СГС — стокс (Ст), 1 Ст = 10 -4 м 2 /с.

    Вязкость жидкостей и газов определяют специальными приборами -вискозиметрами.

    Во многих случаях жидкость (газ) можно считать несжимаемой, то есть ее плотность считается постоянной во времени и пространстве. Как правило, это возможно, если скорость течения много меньше скорости звука в данной среде. Приведем систему уравнений гидродинамики для несжимаемой жидкости (газа):

    Читайте также:  Ремонт кпп чери бонус

    Здесь u — скорость среды, P — давление, — плотность, — кинематическая вязкость.

    Отношение давления к плотности можно рассматривать как одну новую переменную. Тогда в системе уравнений гидродинамики для несжимаемой среды свойства жидкости (газа) характеризуются лишь одним коэффициентом — кинематической вязкостью. Это означает, что обтекающие течения одного и того же тела жидкостями (газами) с одной кинематической вязкостью будут одинаковыми. То же можно сказать и для течений в трубах одинакового сечения и для течений в более сложных системах.

    Существует и более общее правило — правило подобия для несжимаемой жидкости. Пусть имеются две геометрически подобные системы обтекаемых тел — одну систему можно получить из другой увеличением всех ее размеров на одно и то же число. Например, геометрически подобными будут два шара разных радиусов, две трубы одинакового по форме сечения и т.п.. Правило утверждает, что форма течений в двух системах будет одинаковой, если для двух систем одинаковы числа Рейнольдса Re:

    Здесь l — характерная длина системы обтекаемых тел, u — скорость в соответствующих точках систем, — кинематическая вязкость жидкости (газа). Так, если мы сравниваем течения в двух трубах, сечения которых — равносторонние треугольники, можно определить параметры следующим образом: l — длина стороны треугольника, u — скорость в центральной точке трубы.

    Благодаря наличию подобия, можно, например, проводить опыт по обтеканию корабля на макете в N раз меньшем реальных размеров конструкции, взяв газ (жидкость), кинематическая вязкость которого меньше кинематической вязкости воды в N раз.

    В физической системе измерения единицу вязкости определяют как вязкость среды, в которой при единичном градиенте скорости GV = 1 см/сек на каждый квадратный сантиметр слоя действует сила трения в 1 дин. Соответственно и размерность единицы в данной системе выражается в дин∙сек∙см -2 = г∙см -1 ∙сек -1 .

    Эта единица измерения динамической вязкости называется пуазом (П).

    1 П = 0,1 Па∙с = 0,0102 кгс∙с∙м -2 .

    Применяются и более мелкие единицы, именно: 1 П = 100 сП (сантипуаз) = 1000 мП (миллипуаз) = 1000000 мкП (микропуаз). В технической системе за единицу вязкости принимают величину кгс∙с∙м -2 .

    В международной системе единицу вязкости определяют как вязкость среды, в которой при единичном градиенте скорости GV = 1 м/с на 1 м на каждый квадратный метр слоя жидкости действует сила трения в 1 Н (ньютон). Размерность величины μ в системе СИ выражается в кг∙м -1 ∙с -1 .

    Кроме такой характеристики, как динамическая вязкость, для жидкостей вводится понятие кинематической вязкости как отношение коэффициента μ к плотности жидкости. Величина коэффициента кинематической вязкости измеряется в стоксах (1ст = 1 см -2 /с).

    Читайте также:  Трансмиссионное масло для камаза

    Коэффициент вязкости численно равен количеству движения, переносимому в движущемся газе за единицу времени в направлении, перпендикулярном движению, через единицу площади, когда скорость движения отличается на единицу скорости в слоях газа, отстоящих на единицу длины. Коэффициент вязкости зависит от рода и состояния вещества (температуры и давления).

    Динамическая вязкость и кинематическая вязкость жидкостей и газов в большой степени зависят от температуры. При этом отмечено, что оба этих коэффициента убывают с возрастанием температуры для капельных жидкостей и, наоборот, возрастают при повышении температуры – для газов. Отличие этой зависимости можно объяснить физической природой взаимодействия молекул в капельных жидкостях и газах.

    С точки зрения молекулярно-кинетической теории, явление вязкости для газов заключается в том, что в движущейся среде вследствие хаотического движения молекул происходит выравнивание скоростей различных слоев. Так, если первый слой движется в некотором направлении быстрее, чем соседний с ним второй слой, то из первого слоя во второй переходят более быстрые молекулы, и наоборот.

    Поэтому первый слой стремится ускорить движение второго слоя, а второй — замедлить движение первого. Таким образом, общее количество движения первого слоя будет уменьшаться, а второго — увеличиваться. Получаемое при этом изменение количества движения характеризуется коэффициентом вязкости для газов.

    В капельных жидкостях, в отличие от газов, внутреннее трение в большей мере определяется действием межмолекулярных сил. И, поскольку расстояния между молекулами капельной жидкости невелики по сравнению с газообразными средами, то силы взаимодействия молекул при этом – значительны. Молекулы жидкости, как и молекулы твердых тел, колеблются вблизи положений равновесия. Однако в жидкостях эти положения не являются стационарными. По прошествии некоторого промежутка времени молекула жидкости резко переходит в новое положение. При этом время, в течение которого положение молекулы в жидкости не изменяется, называют временем ее «оседлой жизни».

    Силы межмолекулярного взаимодействия существенно зависят от вида жидкости. Если вязкость вещества мала, то его называют "текучим", так как коэффициент текучести и динамическая вязкость жидкости – обратно пропорциональные величины. И наоборот, вещества с большим коэффициентом вязкости могут обладать механической твердостью, как, например, смола. Вязкость вещества при этом существенно зависит как от состава примесей и их количества, так и от температуры. При увеличении температуры величина времени «оседлой жизни» уменьшается, вследствие чего растет подвижность жидкости и уменьшается вязкость вещества.

    Явление вязкости, как и другие явления молекулярного переноса (диффузия и теплопроводность), является необратимым процессом, приводящим к достижению равновесного состояния, отвечающего максимуму энтропии и минимуму свободной энергии.

    Читайте также:  Драйв что это означает

    Вязкостью называется свойство жидкости сопротивляться внешнему воздействию благодаря внутреннему трению, возникающему между слоями.

    Для определения вязкости существует два основных параметра: динамическая вязкость и кинематическая вязкость, которые связаны между собой соотношением:

    Где ν – кинематическая вязкость, м 2 /с;

    µ — динамическая вязкость, Па*с;

    ρ – плотность жидкости, кг/м 3 .

    Между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга, возникает сила. Эта сила прямо пропорциональна скорости движения и площади соприкосновения.

    В 1687 году И. Ньютоном был установлен закон вязкого течения жидкости:

    где τ – касательные напряжения;

    Коэффициент пропорциональности µ и назвали динамической вязкостью жидкости.

    Динамическая и кинематическая вязкости зависят от температуры рабочей среды. Причем для газов и жидкостей эта зависимость различна. Это связано с различием во взаимодействии молекул. Для капельных жидкостей оба коэффициента убывают с возрастанием температуры.

    Для определения вязкости используются специальные приборы – вискозиметры (U-образная стеклянная трубка). Одно из колен вискозиметра содержит впаянный капилляр, который оканчивается шариком. Под шариком и над ним нанесены метки, которые ограничивают определенный объем.

    Для определения вязкости жидкости необходимо выбрать эталонную жидкость, вязкость которой является известной величиной. Для определения вязкости рабочей жидкости используется формула:

    где µ — вязкость рабочей жидкости;

    µ – вязкость эталонной жидкости;

    t – время истечения через капилляр исследуемой жидкости;

    t – время истечения через капилляр эталонной жидкости;

    ρ – плотность исследуемой жидкости;

    ρ – плотность эталонной жидкости.

    Так же существует понятие условной вязкости. Это отношение времени истечения через вискозиметр испытуемой жидкости при рабочей температуре к времени истечения дистиллированной воды при температуре 20°С (водное число). Водное соотношение является постоянной величиной для каждого прибора. Это соотношения выражается условными градусами.

    где ВУ – условная вязкость;

    Еще один метод определения вязкости жидкости – метод Стокса.

    Он заключается в бросании различных шариков в жидкость и измерении скорости их падения. На шарик действуют три силы: сила тяжести, выталкивающая сила и сила сопротивления окружающей среды.

    где Fтяж – сила тяжести;

    m – масса шарика;

    r – радиус шарика;

    ρш – плотность шарика.

    где FA – выталкивающая сила.

    где Fc – сила сопротивления окружающей среды;

    ϑ – скорость движения шарика.

    Подставив выражения для сил, действующих на шарик в итоговое уравнение, можно найти вязкость жидкости:

    Кинематическую вязкость определяют по истечению жидкости через капилляр, например в приборе Уббелоде.

    Динамическую вязкость определяют по сопротивлению движению тела в жидкости, например сопротивление вращению погруженного в жидкость цилиндра.

    Кинематическую и динамическую вязкость в общем случае в гидродинамике связывают между собой соотношением:

    v (кин. вязкость) = n (дин. вязкость) / р (плотность жидкости)

    Ссылка на основную публикацию
    Часы ле рой де париж
    Сама по себе надпись на часах «Le Roi a Paris» по-нашему звучит “Король Парижа”. Под этой торговой маркой выпускались разные...
    Фольксваген поло какое моторное масло заливать
    Каждый автолюбитель знает, что от качества масла зависит срок службы двигателя. Если следить за его уровнем и проводить своевременную замену,...
    Фольксваген поло масса автомобиля
    Эксплуатационные характеристики Фольксваген Поло седан Максимальная скорость: 190 км/чДиаметр разворота: 10.8 c Время разгона до 100 км/ч: 10.5 cРасход топлива...
    Чей регион 161 на номерах
    Коды ГИБДД регионов России на 2020 год. Таблица, список, поиск по регионам. Cтандарт номерных знаков транспортных средств РФ действует с...
    Adblock detector