Как найти вязкость жидкости через плотность

Introduction

Viscosity is used for the measurement of the thinness and thickness of the fluid. On the other hand, density measures the space between two particles of a fluid. Generally, with the increase in temperature, the particles of the fluid fall apart. Thereby, resulting in a decrease in fluid density. Decreases in fluid density affect the viscosity of the liquid. The low density of fluid results in a lowering of the viscosity of the fluid and thereby transforming fluid into a less viscous fluid. The viscosity and density is an essential factor as they help to compare different fluids. The fluids that are more viscous will flow slower than the less viscous fluids.

Viscosity and Density: Difference

Temperature plays an important role in the viscosity and density of particle fluid. The density of the fluid decreases when the temperature increases and thereby resulting in less viscosity of the fluid.

Viscosity and dentistry are one of the two most important phenomena in physics. There are some differences between density and viscosity.

Viscosity	Density
Viscosity is generally defined by the measurement of the resistance of a fluid that is deformed by either tensile stress or shear stress	Density generally refers to the mass per unit volume
Viscosity is the measurement of molecule shapes and inter-molecular forces	Density measures the molecular weight of a composition.
Viscosity generally changes quickly	Density changes slightly with the temperature.

Dynamic Viscosity Measurement

Viscosity is one of the important factors of the fluid. Viscosity is used as an indicator of the quality by the consumers. The thicker liquid is considered as more superior to the thinner product. The rotational viscometer is one of the popular types of instruments that are used for the measurement of the dynamic viscosity. Viscosity is usually evaluated by the measurement of the torque or force which is essential for the rotation of the probe. The rotational viscometer is very useful to measure non-Newtonian liquids (Kassem Çamur & Bennur, 2018).

For example, if applied force can be increased, the viscosity of the non-Newtonian liquids also increases. If a probe moves within the liquid, the rotational viscometer synthesizes the tuning speed of it. According to da Silva et al. (2022), on the other hand, it is also found that in some other non-Newtonian liquids with the enhancement of the applied force, the reduction of viscosity happens.

Dynamic viscosity of the fluid generally refers to the measurement of the resistance to flow while an external force has been applied. The SI physical unit of dynamic viscosity ($mathrm{mu}$) is Pascal-second (Pa s) that is identical to 1 kg $mathrm{m^{-1}s^{-1}}$. Physical unit of dynamic viscosity in the centimeter gram second system of units (cgs) is poise (P). It is commonly expressed generally in ASTM standards.

Kinematic Viscosity Measurement

The kinematic viscosity is the atmospheric variable. Area and time are two important factors on which the units of the kinematic viscosity are generally established. As opined by Pham et al. (2018), there are a few methods that are generally used to measure the Kinematic Viscosity of a particular fluid. The most popular method that is used in the measurement of Kinematic Viscosity is by ascertaining the time that it takes for the fluid which flows through the capillary tube. The time generally converted directly to the kinematic viscosity Centistokes (cSt) is the unit to measure the kinematic viscosity (Pham et al. 2018). The SI unit of the Kinematic viscosity is m$mathrm{^{2}}$ s-1. Stokes (St) is the physical unit of kinematic viscosity.

The Equation of the Kinematic Viscosity

Physic not only depends on the mere theoretical description but it also includes the mathematical equations for a better understanding. The equation is mentioned below

v = n/p

Here,

• V = Kinematic viscosity

• n = Absolute viscosity/ Dynamic viscosity

• P = Density

There are three types of units that are used to measure Kinematic Viscosity.

Unit	Types of unit
SI unit	Kg/ms or N.s/m$mathrm{^{2}}$
CGS Unit	gm/cm.sec or Poise
FPS unit	Pound or Reyan.s/inchm$mathrm{^{2}}$

Relation between Viscosity and Density

There is n such direct relation between viscosity and density. However, these two factors are affected by the changing in the temperature. In liquids with increasing temperatures, the viscosity of the liquid reduces. In liquids velocity generally increases with the increase of the density (Bae & Halloran, 2019). According to the kinetic theory gases must be proportional to the square root of absolute temperature.

For instance, we can take the example of honey. During the winter season, honey consists of high density as it solidifies and forms a solid-state. The particles are attached to this particular condition. When the same honey is kept under the sun, it melts. So, here is one thing that should be noted carefully.

According to Balla et al. (2020), under the high temperature, the inter-atomic particles form some distance and the friction between the layers of honey reduces while pouring it into the other vessel. These scenarios clearly describe the two parameters that are mentioned below.

• The difference between Viscosity and density

• The relation between Viscosity and density.

Conclusion

The viscosity and density are the two important factors that determine the characteristics of the fluid. These two factors help to measure the type and nature of the fluid. These two factors are dependent on the changing the temperatures.

FAQs

Q.1. What is viscosity?

Ans. Viscosity is one of the important characteristic properties of liquids. Viscosity is the measurement of the resistance to the foe that arises due to internal friction between the layers of fluid.

Q.2. How does temperature affect Viscosity?

Ans. The viscosity of the liquid generally decreases when the temperature increases. The molecules hold high kinetic energy and can surpass intermolecular forces to slip past each other between the layers.

Q.3. Which has a lower density than liquids and solids?

Ans. Gases have a lower density than liquids and solids. This happens because the particles of gases are compactly packed in the both states.

Q.4. How pressure is related to density?

Ans. Pressure is straightly proportional to the density in a constant temperature. When the pressure increases, the density also increases.

Была ли эта статья полезной?

2.1. Плотность жидкости.Вязкость жидкостей. Капиллярные явления.Аномальные жидкости. Идеальная жидкость

Жидкости
с точки зрения механических свойств
разделяются на два класса – малосжимаемые
(капельные) и сжимаемые (газообразные).
С позиций физики капельные жидкости
значительно отличаются от газообразных.
А в механике жидкости часто законы,
которые справедливы для капельных
жидкостей, справедливы и для газообразных,
и наоборот.

Для
большинства случаев рассматриваемых
в данном пособии не будет иметь
принципиального значения, о какой
жидкости будет идти речь – капельной
или газообразной. Если же возникнет
необходимость – это будет оговариваться
отдельно.

Капельные
жидкости обладают вполне определенным
объемом, величина которого практически
не изменяется под действием внешних
сил. Газы занимают весь предоставляемый
им объем и могут значительно изменять
свой объем в зависимости от прилагаемых
внешних сил.

Основные
свойства жидкости, которые существенно
влияют на многие законы их движения –
это плотность и вязкость. В некоторых
ситуациях также большое значение может
иметь сила поверхностного натяжения.

Плотность
жидкостей– плотностью жидкостиназывается
ее масса, заключенная в единице объема:

(1)

где М– масса
жидкости в объемеW.

Плотность воды при
4° С ρ=1000
кг/м³
(102 кгс^с²/м⁴).

Если жидкость неоднородна, то формула
(1) определяет лишь среднюю плотность
жидкости. Для определения плотности в
данной точке следует пользоваться
формулой:

(2)

В практических приложениях
о массе жидкости судят по ее весу. Вес
жидкости, приходящийся на единицу
объема, называется удельным весом:

=G/W, (3)

где G
— вес жидкости в
объеме W.

Удельный вес воды при 4° С =
9810 Н/м³(1000 кгс/м³).

Если жидкость неоднородна, то формула
(3) определяет лишь средний удельный вес
жидкости. Для определения удельного
веса жидкости в данной точке следует
пользоваться формулой

(4)

где G— вес жидкости в объемеW.

Плотность и удельный вес
связаны между собой известным соотношением

(5)

где g
— ускорение свободного
падения.

Относительным удельным
весом жидкости (или относительным весом)

называется отношение удельного веса
данной жидкости к удельному весу воды
при 4°С

(6)

В отличие от удельного относительный
удельный вес представляет собой
отвлеченную (безразмерную) величину,
численное значение которой не зависит
от выбранной системы единиц измерения.
Так, для пресной воды при 4°С имеем

(7)

В таблице 1 в качестве примера приведены
значения удельного веса и плотности
некоторых капельных, а в таблице 2 –
сжимаемых жидкостей (газов).

Плотность,
а, следовательно, удельный и относительный
удельный
вес жидкостей меняются с изменением
давления и температуры.
Эта зависимость различна для капельных
жидкостей и газов.

Сжимаемость
капельных жидкостей под действием
давления характеризуется
коэффициентом объемного сжатия β_,
который
представляет собой относительное
изменение объема жидкости
на единицу изменения давления

(8)

где W₀
— первоначальный объем жидкости;

∆W
— изменение этого объема при увеличении
давления на величину ∆р.

Коэффициент объемного
сжатия в системе СИ имеет размерность
Па^—1.

Знак минус в формуле (8)
обусловлен тем, что положительному
приращению давления p соответствует
отрицательное приращение (т. е. уменьшение)
объема жидкости.

Таблица 1 – Плотность ρ
и удельный вес γ
капельных жидкостей
при 20°С

Жидкость	γ , Н/м3	ρ, кг/м3
Анилин	9270	1040
Бензол	8590—8630	876—880
Бензин авиационный	7250—7370	739—751
Вода пресная	9790	998,2
» морская	10010—10090	1002—1029
Глицерин безводный	12260	1250
Керосин	7770—8450	792—840
Масло касторовое	9520	970
» минеральное	8000—8750	877—892
Нефть	8340—9320	850—950
Ртуть	132900	13547
Спирт этиловый безводный	7440	789,3
Хлористый натрий (раствор)	10690	1200
Эфир этиловый	7010—7050	715—719

Таблица 2 – Приближенные
значения плотности ρ
и удельного веса γ
газов при давлении
740 мм рт. ст. и t
= 15°С

Газ	γ, Н/м3	ρ, кг/м3
Водород	0,81	0,08
Водяной пар	7,25	0,74
Окись углерода	11,3	1,15
Азот	11,3	1,15
Воздух	11,6	1,2
Кислород	12,8	1,3
Углекислота	17,6	1,8

Величина, обратная коэффициенту
объемного сжатия, называется модулем
упругости жидкости

(9)

Коэффициент
объемного сжатия капельных жидкостей
мало меняется
при изменении температуры и давления
(таблица 4).

Таблица
3 – Значения
коэффициента объемного сжатия воды при
разных температурах и давлениях

t 0С	при давлениях в Па
500000	1000000	2000000	3900000	7800000
0	0,054	0,0537	0,0531	0,0523	0,0515
5	0,0529	0,0523	0,0518	0,0508	0,0493
10	0,0523	0,0518	0,0508	0,0498	0,0481
15	0,0518	0,051	0,0503	0,0488	0,047
20	0,0515	0,0505	0,0495	0,0481	0,046

Таким
образом, при повышении давления на
9,8·10⁴
Па (1
ат) объем воды уменьшается на 1/20000 часть
первоначальной
величины. Коэффициент объемного сжатия
для других капельных
жидкостей имеет примерно тот же порядок.
В подавляющем
большинстве случаев, встречающихся в
практической деятельности
инженера-сантехника, изменения давления
не
достигают
больших величин, и поэтому сжимаемостью
воды можно
пренебрегать, считая удельный вес и ее
плотность не зависящими
от давления.

Прочность
жидкости на разрыв при решении практических
задач
не учитывается.

Температурное
расширение капельных жидкостей
характеризуется
коэффициентом температурного расширения
_t,
выражающим относительное увеличение
объема жидкости при увеличении
температуры на 1⁰С,
т. е.

(10)

где W₀
— первоначальный объем жидкости;

∆W
— изменение этого объема при повышении
температуры
на величину ∆T.

Коэффициент температурного
расширения капельных жидкостей,
как это видно из таблицы 4, незначителен.
Так, для воды при
температуре от 10 до 20°С и давлении 10⁵Па
– _t=
0,00015
1/град.

Таблица 4 — Коэффициент
температурного расширения воды

Давление, Па	t, 1/град при температуре, °С
1-10	10-20	40-50	60-70	90-100
100000	0,000014	0,00015	0,000422	0,000556	0,000719
9800000	0,000043	0,000165	0,000422	0,000548	0,000714
19600000	0,000072	0,000183	0,000426	0,000539	—
49000000	0,000149	0,000236	0,000429	0,000523	0,000661
88300000	0,000229	0,000294	0,000437	0,000514	0,000621

Однако
влияние температуры на удельный вес в
ряде случаев (при
значительных разностях температур)
приходится учитывать.

Плотность
и удельный вес капельных жидкостей, как
это следует из предыдущих рассуждений,
мало изменяются с изменением давления
и температуры. Можно приближенно считать,
что плотность не зависит от давления,
а определяется только температурой. Из
выражений (1) и (10) можно найти приближенное
соотношение для расчета изменения
плотности капельных жидкостей с
изменением температуры:

(11)

Значения
коэффициента β_t
в (11) находятся из таблиц в пределах
заданного интервала температур (таблица
4).

Способность
жидкостей менять плотность (удельный
вес) при изменении температуры широко
используется для создания естественной
циркуляции в котлах, отопительных
системах, для удаления продуктов сгорания
и т. д.

В таблице
5 приведены значения плотности воды при
разных температурах.

В отличие
от капельных жидкостей газы характеризуются
значительной сжимаемостью и высокими
значениями коэффициента температурного
расширения. Зависимость плотности газов
от давления и температуры устанавливается
уравнением состояния.

Наиболее
простыми свойствами обладает газ,
разреженный настолько, что взаимодействие
между его молекулами может не
учитываться – так называемый идеальный
газ.

Таблица
5 – Зависимость
плотности ρ, кинематической υ
и динамической μ вязкости воды от
температуры

Температура, °С	ρ, кг/м3	υ, м2/с	μ, Па·с
0	999,9	0,00000179	0,00179
4	1000	0,00000152	0,00157
20	998	0,00000101	0,00101
40	992	0,00000066	0,00065
60	983	0,00000048	0,00048
80	972	0,00000037	0,00036
90	965	0,00000033	0,00031
99	959	0,00000028	0,00027

Для
идеальных газов справедливо уравнение
Клапейрона, позволяющее
определять плотность газа при известных
давлении и температуре, т.е.

(12)

где р
—
абсолютное давление; R
—
удельная газовая постоянная, различная
для разных газов,
но не зависящая от температуры и давления
(для воздуха R=
287 Дж/(кг·К)); T
— абсолютная
температура.

Поведение
реальных газов в условиях, далеких от
сжижения,
лишь незначительно отличается от
поведения идеальных газов,
и для них в широких пределах можно
пользоваться уравнениями
состояния идеальных
газов.

В
технических расчетах плотность газа
обычно приводят к нормальным физическим
условиям (t=0°; р= 101 325 Па) или к стандартным
условиям (t=20°С; р=101325 Па), иногда к
нормальным техническим условиям (t=15°;
р= 98000 Па).

Плотность
воздуха при R
=
287
Дж/(кг·К)
в стандартных условиях по формуле (12)
будет равна =1,2
кг/м³.

Плотность
воздуха при других условиях определяется
по формуле

(13)

Так как
объем газа в большой мере зависит от
температуры и
давления, выводы, полученные при изучении
капельных жидкостей,
можно распространять на газы лишь в том
случае, если в
пределах рассматриваемого явления
изменения давления и температуры
незначительны. Значительные разности
давлений, вызывающие
существенное изменение плотности газов,
могут возникнуть при их движении с
большими скоростями. Соотношение
между скоростью движения жидкости и
скоростью звука в ней
позволяет судить о необходимости учета
сжимаемости в каждом
конкретном случае. Практически газ
можно принимать несжимаемым при скоростях
движения, не превышающих 100 м/с.

Вязкость
жидкостей.
Вязкостью называется свойство жидко­стей
оказывать сопротивление сдвигу. Все
реальные жидкости обладают
определенной вязкостью, которая
проявляется в виде внутреннего
трения при относительном перемещении
смежных частиц
жидкости. Наряду с легко подвижными
жидкостями (например,
водой, воздухом) существуют очень вязкие
жидкости, сопротивление которых сдвигу
весьма значительно (глицерин, тяжелые
масла и др.). Таким образом, вязкость
характеризует степень текучести жидкости
или подвижности ее частиц.

Пусть
жидкость течет вдоль плоской стенки
параллельными ей
слоями (рис. 1), как это наблюдается при
ламинарном движении. Вследствие
тормозящего влияния стенки слои жидкости
будут двигаться с разными скоростями,
значения которых возрастают
по мере отдаления от стенки.

Рассмотрим
два слоя жидкости, двигающиеся на
расстоянии ∆y друг
от друга. Слой А движется со скоростью
и, а
слой В —
со
скоростью u+∆u. Вследствие разности
скоростей слой В
сдвигается
относительно слоя А
на

Рис. 1
— Распределение скоростей при течении
жидкости вдоль твердой стенки

величину
∆u (за единицу времени).
Величина ∆u
является абсолютным сдвигом слоя В
по
слою А,
а
∆u/∆у
есть градиент скорости (относительный
сдвиг).
Появляющееся при этом движении касательное
напряжение
(силу трения на единицу площади) обозначим
через τ. Тогда
аналогично явлению сдвига в твердых
телах мы получим следующую
зависимость между напряжением и
деформацией:

(14)

или, если слои будут находиться
бесконечно близко друг к другу,

(15)

Величина
μ, аналогичная коэффициенту сдвига в
твердых телах
и характеризующая сопротивляемость
жидкости сдвигу, называется
динамической или абсолютной вязкостью.
На существование
соотношения (15) первое указание имеется
у Ньютона,
и потому оно называется
законом трения Ньютона.

Сила
внутреннего трения в жидкости

(16)

т. е.
прямо пропорциональна градиенту
скорости, площади трущихся
слоев ω и динамической вязкости (тем
самым трение в
жидкости отличается от трения в твердых
телах, где сила трения
зависит от нормального давления и не
зависит от площади трущихся
поверхностей) [1,4].

В
международной системе единиц динамическая
вязкость выражается
в Н∙с/м²
или Па∙с.

В
технической системе единиц динамическая
вязкость имеет размерность
кгс∙с∙м^-2.
В системе CGS
за единицу динамической вязкости
принимается пуаз (П) в память французского
врача Пуазейля,
исследовавшего законы движения крови
в сосудах человеческого
тела, равный 1 г∙см^—1
∙с^—1:
1 Па·с=0,102 кгс·с/м².

Вязкость
жидкостей в сильной степени зависит от
температуры; при
этом вязкость капельных жидкостей при
увеличении температуры
уменьшается, а вязкость газов возрастает.

Таблица 6
— Кинематическая и динамическая вязкость
капельных жидкостей (при
t=20°С)

Жидкость	μ, Па∙с	υ, м2/с
Вода пресная	0,00101	0,000001012
Глицерин безводный	0,512	0,00041
Керосин (при 15° С)	0,0016-0,0025	0,000002-0,000003
Бензин (при 15° С)	0,0006-0,00065	0,00000083-0,00000093
Масло касторовое	0,972	0,01002
» минеральное	0,0275-1,29	0,0000313-0,0145
Нефть при 15° С(=0,86)	0,007-0,008	0,0000081-0,0000093
Ртуть	0,0015	0,001000011
Спирт этиловый безводный	0,00119	0,00000151

Наряду
с понятием абсолютной или динамической
вязкости в
гидравлике находит применение понятие
кинематической вязкости,
представляющей собой отношение абсолютной
вязкости к
плотности жидкости:

(17)

В
международной системе единиц кинематическая
вязкость измеряется
в м²/с;
единицей для измерения кинематической
вязкости
в системе CGS
служит стокс (в честь английского физика
Стокса):
1 Ст=1 см²/с=10^—4
м²/с.

Кинематическая
вязкость газов зависит как от температуры,
так и от давления, возрастая с увеличением
температуры и уменьшаясь
с увеличением давления (таблица 7).

Таблица 7 – Значения
кинематической вязкости 
и удельной газовой

постоянной
R
для
некоторых газов

Газ	, м2/с при температуре в °С	R, Дж/(кг·К)
0	20	50	100
Воздух Метан Этилен	0,0000133 0,0000145 0,0000075	0,0000151 0,0000165 0,0000086	0,0000178 0,0000197 0,0000104	0,0000232 0,0000256 0,00000138	287 520 296

Экспериментально вязкость
жидкостей определяют вискозиметрами.

Капиллярные явления.
Молекулы жидкости, расположенные у
поверхности контакта с другой жидкостью,
газом или твердым
телом, находятся в условиях, отличных
от условий внутри некоторого
объема жидкости. Внутри объема жидкости
молекулы
окружены со всех сторон такими же
молекулами, вблизи поверхности
— лишь с одной стороны. Поэтому энергия
поверх­ностных
молекул отличается от энергии молекул
в объеме на некоторую
величину, называемую поверхностной
энергией. Эта энергия
пропорциональна площади поверхности
раздела s:

Э_n
= s (18)

Коэффициент
пропорциональности ,
называемый коэффициентом
поверхностного натяжения, зависит от
природы соприкасающихся
сред. Этот коэффициент можно представить
в виде

σ=-F/l (19)

где F
–
сила поверхностного натяжения;

l
– длина линии, ограничивающей поверхность
раздела.

Исходя
из определения, 
имеет
размерность энергии на единицу
площади или силы на единицу длины. Для
границы раздела
вода – воздух при t=20°С
коэффициент
поверхностного натяжения
σ=0,073 Дж/м²,
для границы раздела ртуть – воздух
коэффициент σ=0,48 Дж/м².

Поверхностное
натяжение жидкости чувствительно к ее
чистоте
и температуре. Вещества, способные в
значительной степени
снизить силы поверхностного натяжения,
называются поверхностно-активными
веществами (ПАВ). При повышении температуры
величина поверхностного натяжения
уменьшается, а
в критической точке перехода жидкости
в пар обращается в нуль.

На
поверхности раздела трех фаз, например,
твердой стенки
1,
жидкости
2
и
газа 3
между
поверхностью жидкости и твердой
стенкой образуется так называемый
краевой угол θ (рис. 2).
Величина краевого угла зависит от
природы соприкасающихся
сред (от поверхностных натяжений на их
границах) и не зависит
ни от формы сосуда, ни от действия силы
тяжести. Если
край жидкости приподнят, ее поверхность
имеет вогнутую форму
(рис. 2 а) – краевой угол острый. В этом
случае жидкость
смачивает твердую поверхность. Чем хуже
смачивающая способность жидкости, тем
больше краевой угол. При θ>90°
жидкость
считается несмачивающей, при полном
несмачивании θ=180°.
Капли такой жидкости как бы поджимаются,
стараясь уменьшить
площадь контакта с твердой поверхностью.

От
явления смачивания зависит поведение
жидкости в тонких (капиллярных)
трубках, погруженных в эту жидкость. В
случае
смачивания жидкость в трубке поднимается
над уровнем свободной
поверхности, в случае несмачивания —
опускается. Высота
капиллярного поднятия (опускания)
жидкости находится
по формуле

(20)

где γ—
удельный вес жидкости;

r —
радиус трубки.

Во всех
явлениях, происходящих при совместном
действии сил поверхностного
натяжения и сил тяжести, значительную
роль играет
капиллярная постоянная
,
входящая в выражение(20)
и имеющая линейную размерность; для
воды при 20° С капиллярная
постоянная равна 0,0039 м.

Рис. 2
– Определение краевого угла

Аномальные
жидкости. К
жидкостям, не подчиняющимся закону
вязкости Ньютона (15), так называемым
«неньютоновским»
(или аномальным) жидкостям, можно отнести,
например, литой
бетон, глинистый раствор, употребляемый
при бурении
скважин, нефтепродукты при температуре,
близкой к температуре
застывания, коллоиды и др.

Опытами
установлено, что движение неньютоновских
жидкостей
начинается только после того, как
касательные напряжения
достигнут некоторого предельного
минимального значения (так называемое
начальное напряжение сдвига); при меньших
напряжениях
эти жидкости не текут, а испытывают
только упругие
деформации.

В
аномальных жидкостях касательное
напряжение определяется по формуле
Бингема

(21)

где τ₀
— начальное напряжение сдвига.

Таким
образом, в аномальных жидкостях сила
трения возникает
еще в покоящихся жидкостях, но при
стремлении этих жидкостей прийти в
движение. На рис. 3 показана зависимость
между
касательным напряжением и градиентом
скорости для нормальных
1 и аномальных 2
жидкостей.

Рис. 3
– Зависимость касательного напряжения
от градиента скорости

Вязкость
аномальных жидкостей (так называемая
структурная
вязкость) в отличие от вязкости
ньютоновских жидкостей при
заданной температуре и давлении
непостоянна и изменяется
в функции от градиента скорости
.

Поведение различных
аномальных жидкостей под нагрузкой и
их динамические свойства излагаются в
реологии, выводы которой
имеют одинаковое значение, как для
механики жидкости,
так и для теории пластичности.

Идеальная жидкость. В
механике жидкости для облегчения решения
некоторых задач используется понятие
об идеальной жидкости.

Под
идеальной жидкостью понимают воображаемую
жидкость, лишенную вязкости, абсолютно
несжимаемую, не расширяющуюся с изменением
температуры, абсолютно неспособную
сопротивляться разрыву. Таким образом,
идеальная жидкость представляет собой
некоторую модель реальной жидкости.
Выводы, полученные исходя из свойств
идеальной жидкости, приходится, как
правило, корректировать, вводя поправочные
коэффициенты.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Коэффициент вязкости – это величина, используемая для обозначения силы внутреннего трения текучих веществ. Вязкость – разновидность явлений переноса. Жидкости и газы оказывают сопротивление перемещению двух слоев относительно друг друга. Эта особенность характерна для текучих веществ, связана с движением частиц, из которых и состоят вещества.

Вязкость называют внутренним трением. В его основе находится хаотическое движение молекул, передающих импульс между слоями. Такие импульсные обмены выравнивают скорости перемещения слоев.

Коэффициент динамической вязкости

Численное обозначение абсолютной вязкости является индексом сопротивляемости испытуемых веществ взаимному перемещению или скольжению их слоев. 

Единицей измерения коэффициента в системе СИ приняты паскаль-секунды:

Физическая основа динамического показателя заключается в его соответствии касательному напряжению, которое происходит между слоями вещества, перемещающимися относительно друг друга, при условии расстояния между ними, равного единице длины, и на скорости, равной единице.

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости определяется формулой, в которой динамический коэффициент определяет пропорциональность скорости движения слоев и расстояния между ними:

• τ – касательное напряжение;

• µ — показатель пропорциональности, который является динамическим индексом вещества.

Закон вязкости жидкости был установлен Ньютоном в конце 17 века. Абсолютный показатель зависит от типа газа или жидкости, температуры веществ.

Коэффициент динамической вязкости газа

Для основных газов величины коэффициента при температуре 0 — 600 градусов Цельсия представлены в таблице:

Коэффициент вязкости жидкостей

Для органических жидкостей показания напрямую зависят от температуры. Ниже приведена таблица со значениями абсолютного индекса для веществ при температурах от 0 до 100 градусов Цельсия. 

Единица измерения – миллипаскаль-секунды, что соответствует сантипуазам.

Коэффициент динамической вязкости жидкостей уменьшается при условии нагревания вещества. Другими словами, чем выше температура жидкости, тем менее вязкой она становится.

Связь коэффициента вязкости с числами Рейнольдса и силой трения

Английский механик, физик и инженер Оскар Рейнольдс установил (1876 — 1883 гг.), что характер течения зависит от величины, не имеющей размерностью, и называемой числом Re.

Число Рейнольдса используют для отображения соотношения кинематической энергии вещества к энергопотерям на установленной длине в условиях внутреннего трения.

Примеры решения задач

Попробуем решить следующую задачу.

Установить тип движения жидкого вещества по трубам теплообменника, имеющего структуру «труба в трубе». Параметры внутренней трубы – 25*2 мм, внешней – 50*2,5 мм. Массовый расход воды составляет 4000 кг/ч (обозначение G). Плотность жидкости – 1000 кг/м³. Абсолютный индекс составляет 1•10^-3 Па*с.

Действие 1.

Следует узнать эквивалентный диаметр сечения межтрубного пространства:

Действие 2.

Определение скорости воды на основе уравнения расхода:

Действие 3.

По формуле Рейнольдса найти число Re:

Подставляя значения, получаем:

Ответ: режим перемещения воды в межтрубном пространстве является турбулентным.

Коэффициент кинематической вязкости

Кинематическая вязкость – это индекс, который отображает отношение абсолютного показателя вещества к его плотности при установленной температуре. 

Физическая формула соотношения выглядит и единицы измерения можно увидеть на картинке:

Действие 4. Вычисление кинематического показателя, исходя из формулы:

Подставив в уравнение полученные и имеющиеся расчетные данные, получим кинематический индекс вещества.

Заключение

Физический смысл коэффициента вязкости заключается в том, что он демонстрирует, чему равна величина F внутреннего трения, действующая на 1 ед. площади поверхности соприкасающихся слоев при единичном градиенте скорости.

Размерность данной величины и перевод из одних единиц измерения в другие показаны на картинке:

Вместе со статьей «Вязкость жидкости» смотрят: