ВУЗ:
Составители:
Введение
ВЯЗКОСТЬ – ПАРАМЕТР КОНТРОЛЯ ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ
1. Общие сведения о вязкости жидкости
Жидкости рассматривают как сплошные материальные системы, т.е. считают, что их вещество, а также физические
характеристики, определяющие их состояние и движение, распределяются и изменяются в занятом ими пространстве
непрерывно. Свойства жидкостей могут быть охарактеризованы рядом параметров, некоторые из которых незначительно,
другие существенно отличаются для различных жидкостей. Вязкость – это свойство жидкостей оказывать сопротивление
перемещению или сдвигу одной их части относительно другой. Вязкость дает наилучшее представление о жидкости, об
изменении ее состояния и может считаться одной из основных характеристик. Так, например, плотность жидкостей от
наиболее легкой – жидкого водорода – до наиболее тяжелой – расплавленной платины – отличаются в 70 раз, вязкость же от
наиболее подвижных до наиболее вязких отличаются в миллиарды раз [1, 2, 3]. Если рассматривать группы родственных
жидкостей (нефтепродукты, водные растворы и т.д.), то картина получается еще более разительной. Так все нефтепродукты
укладываются в диапазон плотностей 650 – 1000 кг/м
3
, т.е. превосходят друг друга по плотности не более чем в 1,6 раза, в то
же время как вязкость битумов больше вязкости петролейного эфира в 10
8
– 10
9
раз [4]. Существенно влияет на вязкость
жидкости ее состав. Различные смеси воды с глицерином могут отличаться по вязкости в 1500 раз, а плотности не более чем
1,25 раза [2]. Примесь одного процента бензина в машинном масле снижает ее вязкость на 15 %, тогда как по другим
параметрам это изменение состава почти неощутимо [5]. Наконец, вязкость может быть одним из самых чувствительных
указателей температуры. Изменение вязкости при изменении температуры на один градус может достигать 30 % и более, что
примерно в 150 раз больше температурного коэффициента расширения ртути [6]. Однако, создать термометры на таком
эффекте в настоящее время не представляется возможным из-за отсутствия жидкости с устойчивой во времени вязкостью и
удобного для этой цели метода измерения.
Большая зависимость вязкости жидкостей от их состава, структуры, строения молекул позволяет контролировать
технологические процессы многих производств. Контроль вязкости жидких веществ наиболее распространен в
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностях, по той причине, что вязкость является основным
показателем, определяющим качество производимой продукции. Важное место занимает вязкость в системе показателей
качества жидких углеводородных топлив [7, 8]. Важно и то, что измерение вязкости является одним из наиболее массовых
анализов. Значительный удельный вес измерений состава и свойств жидкостей в производственных условиях приходится на
механические методы. При определении состава и свойств пневмогидравлическими методами измеряют физико-
механические характеристики жидких веществ (динамическая вязкость η
ж
, плотность ρ
ж
, поверхностное натяжение σ).
Впервые наличие внутреннего трения между слоями частиц жидкости было отмечено И. Ньютоном, высказавшим в
1687 г. гипотезу о том, что величина сил внутреннего трения между слоями частиц жидкости зависит от ее свойств и
пропорциональна площади поверхности соприкосновения слоев частиц (площадь трения) и их относительной скорости
перемещения.
При сдвиге двух слоев жидкости при установившемся течении возникает тангенциальная сила, которая согласно закону
Ньютона определяется соотношением
,
ж
dn
dW
SF η=
η
где F
η
– сила сдвига; η
ж
– динамическая вязкость; S – площадь внутреннего трения (площадь сдвига); dW/dn – градиент
скорости движения по толщине движущегося слоя (скорость сдвига); W – скорость движущегося слоя; n – толщина
движущегося слоя.
За единицу динамической вязкости в Международной системе единиц принимается вязкость потока жидкости, в которой
линейная скорость под воздействием давления сдвига 1 Н/м
2
имеет градиент 1 м/с на 1 м расстояния, перпендикулярного к
плоскости сдвига. Эта единица динамической вязкости η имеет размерность Н⋅с/м
2
= Па⋅с.
Введем понятие о потоке импульса: это есть полный импульс, переносимый в одну секунду в положительном
направлении оси Х через единичную площадку, перпендикулярную оси Х. Обозначим буквой П поток импульса, который
пропорционален градиенту скорости течения W
dX
dW
ж
ηП −= .
Коэффициент вязкости определяет скорость передачи импульса из одного места потока в другое. Скорость равна
импульсу, деленному на массу. Поэтому быстрота выравнивания скорости потока будет определяться величиной η
ж
/ρ
ж
.
Величину η
ж
/ρ
ж
= ν
ж
называют кинематической вязкостью, в отличие от коэффициента η
ж
, называемого динамической
вязкостью. Размерность ν
ж
совпадает с размерностью коэффициентов диффузии и температуропроводности. Кинематическая
вязкость представляет собой как бы коэффициент диффузии для скорости W
0
.
Если η
ж
не зависит от dW/dn, то жидкости называются ньютоновскими. Все остальные жидкости называются
«неньютоновскими».
Для неньютоновских жидкостей зависимость напряжения сдвига τ и градиента скорости
dn
dW
выражается прямой,
проходящей через начало координат с углом наклона определяемым вязкостью (рис. 1).
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- …
- следующая ›
- последняя »
