Вязкость

При движении реальной жидкости в ней возникают силы внутреннего трения между молекулами и слоями жидкости, оказывающие сопротивление движению. Свойство жидкости оказывать сопротивление движению называется вязкостью. Слой жидкости можно представить как слой, состоящий из бесконечно большого числа элементарных слоёв, расстояние между которыми бесконечно мало и составляет (рис. 1.1). Если учесть, что вязкость – это результат касательного напряжения (трения) между соприкасающимися слоями жидкости, то скорость их движения будет различна. Верхний слой будет двигаться со скоростью несколько большей, чем нижний, на бесконечно малую величину .

Рис.1.1. К пояснению закона Ньютона.

На границе с соседним слоем возникает сила трения , направленная в сторону, противоположную движению слоёв жидкости. Эта сила трения пропорциональна площади соприкосновения слоёв F и градиенту скорости , характеризующему изменение скорости, приходящееся на единицу расстояния между слоями по нормали

.

(1.7)

Коэффициент пропорциональности называется динамической вязкостью.

Отношение обозначают через и называют напряжением внутреннего трения (напряжением сдвига):

.

(1.8)

Знак минус указывает на то, что касательное напряжение (напряжение сдвига) тормозит слой жидкости, движущейся с относительно большей скоростью. Из уравнения (1.8) вытекает размерность вязкости в системе СИ .

Уравнение (1.8) выражает закон внутреннего трения Ньютона, согласно которому напряжение внутреннего трения, возникающее между слоями жидкости при её движении, прямо пропорционально градиенту скорости. Жидкости, подчиняющиеся этому закону, называются ньютоновскими. Они имеют низкую молекулярную массу (вода, воздух, спирты, газы и др.). Жидкости, которые не подчиняются закону, называются неньютоновскими. Они имеют большую молекулярную массу (пасты, гели, растворы полимеров).

Динамический коэффициент вязкости для газов при температурах отличных от рассчитывают по формуле:

,

(1.9)

где - динамический коэффициент вязкости при ; Т - температура, К; С - постоянная Сатерленда, зависящая от свойств газа [1].

Для газовых смесей динамический коэффициент вязкости находят из выражения:

,

(1.10)

где - значения динамических коэффициентов вязкости смеси и ее отдельных компонентов; - объемные (мольные) доли компонентов смеси; - мольная масса смеси; - мольные массы компонентов смеси.

Динамический коэффициент вязкости жидких смесей:

(1.11)

где - мольные доли компонентов смеси.

Для разбавленных суспензий динамический коэффициент вязкости определяют в зависимости от содержания твердой фазы (по объему):

а) при б) при ;

(1.12) (1.13)

где - коэффициент динамической вязкости жидкости; - объемная доля твердой фазы в суспензии.