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.
Все реальные жидкости обладают определённой вязкостью. Вязкость приводит к появлению сил внутреннего трения между смежными слоями, текущими с различными скоростями.
Силы трения (сдвига) в жидкости не зависят от давления. Внутреннее трение прямо пропорционально площади соприкосновения трущихся слоёв и градиенту скорости по нормали и зависит от рода и состояния жидкости.
Пусть жидкость течёт вдоль плоской стены параллельными слоями. Тормозящее влияние стены приводит к тому, что разные слои будут иметь разные скорости (рис. 1.1). Рассмотрим слои А и В на расстоянии D y друг от друга. Слой А движется со скоростью u, а слой В - со скоростью (u + D u).
Вследствие разности скоростей слой В по отношению к слою А движется со скоростью D u и за каждую единицу времени сдвигается относительно слоя А на величину D u, называемую абсолютнымсдвигом. Отношение (D u /D y) есть градиент скорости или относительныйсдвиг. При этом движении в результате внутреннего трения появляются касательныенапряжения (сила трения на единицу площади) - t (тау). Аналогично сдвигу в твёрдых телах запишем зависимость между напряжением и деформацией:
|
|
t = h × .
Рисунок 1 – Изменение скорости слоёв жидкости u при изменении расстояния y от твёрдой стенки
В соответствии с законом Ньютона касательные напряжения (сила трения на единицу площади) - t (тау) пропорциональны градиенту скорости .
Если слои находятся бесконечно близко друг к другу, зависимость имеет вид:
t = h × . (1.11)
Величина силы внутреннего трения между движущимися слоями пропорциональна касательному напряжению t и площади трущихся слоёв 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.