Лако-красочные материалы — производство

Вязкость является одним из наиболее важных гидродинамиче­ских свойств жидкости. Силы вязкости возникают во время относи­тельного перемещения соседних слоев жидкости и исчезают вместе с ними. Молекулы жидкости остаются в непрерывном хаотическом Движении, во время которого передается количество движения между соседними слоями жидкости, перемещающимися с различной скоростью. Это явление приводит к возникновению касательных напряжений (напряжений сдвига), объясняющих сущность внутрен­него трения [62]. Вязкость жидкости и ее зависимость от темпера­туры определяются химической структурой молекул.

В качестве примера рассмотрим тонкий слой жидкости толщи­ной х, заключенный между двумя параллельными пластинами. Нижняя пластина неподвижна, к верхней же приложена сила S. В результате при установившемся процессе эта пластина будет пере­мещаться с постоянной скоростью w (влиянием веса пластины и краевыми эффектами пренебрегают). Касательную силу, действу­ющую на единицу поверхности пластины т = S/F (в Н/м2, или Па), называют касательным напряжением. Молекулы жидкости, при­мыкающие к верхней пластине, будут перемещаться со скоростью пластины w = wx, тогда как молекулы, примыкающие к нижней пластине, не будут перемещаться (w = 0). Между пластинами устанавливается определенный профиль скоростей (рис. 1-4).

Выполнив несколько измере­ний скорости w при различных касательных напряжениях т и раз­личных толщинах слоя жидкости, можно убедиться, что существует зависимость:

(1-55)

Рис. 1-4. К характеристике вязкости. Есди ц не зависит ни от M7j ни

От ж, то между пластинами уста­новится прямолинейное распределение скоростей, что можно выра­зить уравнением:

Dw

>56)

Это и есть уравнение Ньютона, из которого следует, что каса­тельное напряжение между слоями жидкости при ламинарном течении пропорционально возникающему градиенту скорости (ско­рости сдвига) dw/dx. Коэффициент пропорциональности т] в этом урав­нении обычно называют динамическим коэффициентом вязкости, динамической вязкостью или просто вязкостью.

Все жидкости, удовлетворяющие уравнению (1-56), носят назва­ние ньютоновских. Для них график функции т = / (dw/dx) представ­ляет собой прямую линию с наклоном tg а = г).

Для ньютоновской жидкости вязкость является свойством среды (функцией состояния) и не зависит от градиента скорости. Это спра­ведливо только для ламинарного течения. В таком случае массооб — мен между смежными слоями жидкости осуществляется лишь диф­фузией. Величину г| называют также молекулярной вязкостью. В турбулентном потоке между слоями происходит дополнительный обмен макроскопических объемов жидкости вследствие конвектив­ного перемешивания, а следовательно, возрастает касательное напряжение, необходимое для получения такого же градиента ско­рости dw/dx, т. е. возрастает вязкость, которая будет являться сум­мой молекулярной и турбулентной вязкостей. Турбулентная вяз­кость многократно превышает молекулярную вязкость и уже не
является свойством жидкости, а представляет функцию степени турбулентности жидкости [4].

Единица измерения вязкости зависит от системы единиц. Приме­няя единицы СИ, в которой отдельные величины имеют следующие

Размерности: [т] = [Па] = [|-] = = Ы = ["].

[я] = [м ], получаем:

Г—H-W-

L dxvjdx J L

Единицей измерения вязкости в СИ будет 1 Па-с, равный 1 Н • с/м2 = 1 кг/(м • с).

В системе СГС отдельные величины имеют следующие размер-

Ности: [Х]= = = [_£_], [

= [см]. Отсюда для вязкости:

[41 = Г—’—J • си • —1 = Г—-—1

1 1 LCM-C2 СМ J LCM-CJ

Единицей измерения вязкости в системе СГС будет пуаз (Г1), равный 1 дин-с/см2 = 1 г/(см-с). Это довольно большая единица, поэтому для определения вязкости жидкостей чаще всего пользуются сантииуазами (сП), т. е. единицей в сто раз меньшей.

В системе МКГСС вязкость, в отличие от г), часто обозначается

Через и имеет размерность ^ с J. Величину j. i также называют

Динамическим коэффициентом вязкости [27].

Если динамический коэффициент вязкости разделить на плотность жидкости, получим кинематический коэффициент вязкости, или кинематическую вязкость:

V = t]/y (1-57)

Размерность кинематической вязкости [м2/с] или [см2/с]. Единицей ее измерения является стокс (Ст), равный 1 см2/с. В сто раз мень­шая единица называется сантистоксом (сСт).

Соотношение единиц вязкости дано в табл. 1-1.

Для измерения вязкости применяются приборы, называемые вискозиметрами. Принцип измерения основывается на использовании соответственно модифицированного уравнения (1-55) или других уравнений (например, уравнения Пуазейля и т. п.), где основные величины легко поддаются определению.