U stanju ravnoteže, različite faze tvari miruju jedna u odnosu na drugu. Pri njihovom relativnom gibanju javljaju se kočne sile (viskoznost) koje teže smanjenju relativne brzine. Mehanizam viskoznosti može se svesti na izmjenu momenta uređenog kretanja molekula između različitih slojeva u plinovima i tekućinama. Pojava sila viskoznog trenja u plinovima i tekućinama naziva se proces prijenosa. Viskoznost krutih tvari ima niz značajnih značajki i razmatra se zasebno.

DEFINICIJA

Kinematička viskoznost definira se kao omjer dinamičke viskoznosti () i gustoće tvari. Obično se označava slovom (nu). Zatim zapisujemo matematičku definiciju kinematičkog koeficijenta viskoznosti kao:

gdje je gustoća plina (tekućine).

Budući da je u izrazu (1) gustoća tvari u nazivniku, tada je, na primjer, razrijeđeni zrak pri tlaku od 7,6 mm Hg. Umjetnost. a temperatura od 0 o C ima kinematičku viskoznost dvostruko veću od glicerina.

Kinematička viskoznost zraka u normalnim uvjetima često se smatra jednakom , stoga se pri kretanju u atmosferi Stokesov zakon primjenjuje kada umnožak polumjera tijela (cm) i njegove brzine () ne prelazi 0,01.

Često se smatra da je kinematička viskoznost vode u normalnim uvjetima reda veličine , stoga se Stokesov zakon pri kretanju u vodi primjenjuje kada umnožak polumjera tijela (cm) i njegove brzine () ne prelazi 0,001.

Kinematička viskoznost i Reynoldsovi brojevi

Reynoldsovi brojevi (Re) izražavaju se pomoću kinematičke viskoznosti:

gdje su linearne dimenzije tijela koje se giba u materiji, a je brzina gibanja tijela.

U skladu s izrazom (2), za tijelo koje se giba konstantnom brzinom, broj se smanjuje ako se kinematička viskoznost povećava. Ako je broj Re mali, tada u čeonom otporu sile viskoznog trenja prevladavaju nad silama inercije. Nasuprot tome, veliki Reynoldsovi brojevi, koji se opažaju pri niskim kinematičkim viskoznostima, ukazuju na prednost inercijskih sila nad trenjem.

Reynoldsov broj je mali pri zadanoj vrijednosti kinematičke viskoznosti, kada su veličina tijela i brzina njegovog kretanja male.

Mjerne jedinice kinematičkog koeficijenta viskoznosti

Osnovna SI jedinica za kinematičku viskoznost je:

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte	Metalna kuglica (gustoća joj je jednaka ) ravnomjerno se spušta u tekućinu (gustoća tekućine jednaka je kinematičkoj viskoznosti). Pri kojem najvećem mogućem promjeru lopte će strujanje oko nje ostati laminarno? Uzmite u obzir da se prijelaz u turbulentno strujanje događa pri Re=0,5. Kao karakterističnu veličinu uzmite promjer lopte.
Riješenje	Napravimo crtež Koristeći drugi Newtonov zakon, dobivamo izraz: gdje je Arhimedova sila, a je sila viskoznog trenja. U projekciji na Y os, jednadžba (1.1) će imati oblik: U ovom slučaju imamo: pri čemu: Zamjenom rezultata (1.3)-(1.5) u (1.2), imamo: Reynoldsov broj definiran je u našem slučaju kao:

Tablica 15.5

Kinematička viskoznost nekih tekućina na 20° (Hadgman CD., 1965)

Voda sprječava napredovanje plivača. U dinamici fluida, Reynoldsov broj se koristi za izračunavanje gibanja fluida. Reynoldsov broj je bezdimenzionalna veličina, gdje je gustoća i viskoznost tekućine, I- brzina njegovog kretanja u odnosu na tijelo i a - određena duljina.

Pravilo prema kojem je struktura strujanja oko tijela istog oblika ista ako je isti Reynoldsov broj nije primjenjivo u slučajevima kada je riječ o ponašanju tekućine u blizini njene slobodne površine.

Reynoldsov broj se prikladno izražava kao veličina koja se naziva kinematička viskoznost.

U mnogim je slučajevima teško izmjeriti sile koje djeluju na tijelo koje se kreće u tekućini. U tom smislu, za pokuse se koriste zračni tuneli i hidrodinamičke cijevi.

Opterećenje. Na Kad se tijelo giba u tekućini, na njega djeluje sila koja usporava njegovo kretanje. Ova sila se naziva otpor. Njegova veličina ovisi o prirodi tekućine te o veličini, obliku i brzini tijela koje se kreće.

Kao što su eksperimenti u aerotunelima pokazali, otpor tijela ili različitih tijela istog oblika može se odrediti formulom gdje je D otpor, R- gustoća tekućine, I- brzina gibanja tekućine u odnosu na tijelo, A - karakteristična površina i C d - vrijednost koja se naziva koeficijent otpora, a ovisi o obliku tijela i Reynoldsovom broju.

Nažalost, ne postoji jedinstvena definicija A koja bi bila ugodna za bilo koji oblik tijela. Koriste se sljedeća područja:

1) frontalno područje, tj. područje projekcije tijela na ravninu, okomitu na smjer toka. U slučaju cilindra koji ima visinu h i radijus G,čeona površina bit će jednaka πr 2, ako je os cilindra paralelna s protokom, i 2rh, ako je okomito na njega;

2) područje najveće projekcije, tj. projekcija u smjeru u kojem će njegova površina biti najveća; ova se veličina koristi kada se radi o strujanju oko profila krila; u usporedbi s frontalnim područjem, prednost mu je što se ne mijenja kada je profil nagnut;

3) ukupna površina tijela. Treba imati na umu da će u slučaju tanke ploče to biti ukupna površina obje njezine strane.

Ako ste u nedoumici, važno je naznačiti koji iz tih je površina izračunat koeficijent C

Na sl. Na slici 15.34 prikazane su krivulje ovisnosti koeficijenta otpora C d o Reynoldsovom broju za tijela različitih oblika.

Svi koeficijenti izračunati su na temelju frontalne površine.

Reynoldsov broj za sva tijela osim diska određen je na uobičajeni način iz duljine mjerene u smjeru strujanja; za disk, to je određeno njegovim promjerom, iako se nalazi okomito na protok.

Zbog nedostatka rada na otporu kod plivača, donosimo podatke T.O. Lang, K.S. Norris (1966), R. Alexander (1968) dobiven proučavanjem dupina. Utvrđeno je da pri kratkim "zabačajima" dupin može postići brzinu do 830 cm/s (oko 16 čvorova), a pri brzini od 610 cm/s (oko 12 čvorova) može plivati ​​oko 1 minutu. Dupin (Turbiopsgilli) je bio dugačak 191 cm, tako da je Reynoldsov broj pri prvoj od ovih brzina bio 830 191 / 0,01 = 1,6 10 7. Profil dupina je dobro oblikovan. Koža je vrlo glatka i bez dlačica. Sve ukazuje na mali otpor.

Riža. 15.34. Ovisnost koeficijenta otpora o Reynoldsovom broju za disk koji se nalazi okomito na smjer njegova gibanja; za izduženi cilindar koji se kreće okomito na svoju os; za loptu i za strujno tijelo koje se giba duž svoje osi (prema R. Alexanderu, 1970.)

Pokušajmo procijeniti količinu otpora dupina koji pliva brzinom od 830 cm/s i snagu koju razvijaju njegovi mišići. Frontalna površina dupina dugog 191 cm vjerojatno je oko 1100 cm2. Koeficijenti otpora za aerodinamična tijela pri Reynoldsovom broju od oko 1,6-10 7 su blizu 0,055. Zamjena ovih vrijednosti u jednadžbu

Otkrit ćemo da je otpor našeg dupina približno 1/2 (830) 2 1100 0,055 = 2,0-10 7 dina. Snaga je jednaka otporu pomnoženom s brzinom, tj. u ovom slučaju 830 2,0 10 7 erg/s, odnosno 1660 W. Međutim, od mišića je potrebna veća snaga, budući da učinkovitost dupina pri plivanju ne može doseći 100%; dakle teško da bi mogla biti manja od 2000 W. Dupin je težak 89 kg, od čega mišići uključeni u plivanje vjerojatno čine oko 15 kg. Dakle, snaga mišića trebala bi biti približno 130 W/kg. To je 3 puta veća od maksimalne snage koju ljudski mišići mogu razviti pri radu na biciklističkom ergometru.

Otpor nije jedina hidrodinamička sila koja djeluje na tijela koja se gibaju u tekućini ili su u struji. Prema definiciji, ona ima isti smjer kao i brzina gibanja tekućine u odnosu na tijelo. Kada se simetrično tijelo giba duž svoje osi simetrije, hidrodinamička sila koja djeluje na njega je usmjerena ravno i predstavlja otpor. Ali kada se simetrično tijelo giba pod određenim kutom u odnosu na os simetrije, hidrodinamička sila djeluje pod kutom u odnosu na njegovu putanju. Može se rastaviti na dvije komponente od kojih je jedna usmjerena prema natrag i predstavlja otpor, a druga djeluje pod pravim kutom u odnosu na prvu.

Energija plivača. Kada čovjek pliva, on vodi određenu količinu energije kako bi se kretao (plivao) kroz nju. To stvara val koji će na kraju izgubiti svu energiju koja mu je predana u obliku topline, a površina vode ponovno će postati mirna. Tako potrošena energija tijekom plivanja predstavlja obavljeni rad plus toplinu koju tijelo plivača izgubi.

Viskoznost tekućina | Viskoznost vode, mlijeka, benzina, ulja, alkohola

Datum od: 2008-12-10

viskoznost - svojstvo tekućine da se opire relativnom kretanju (smicanju) čestica tekućine. Ovo svojstvo je posljedica pojave sila unutarnjeg trenja u pokretnoj tekućini, jer se one pojavljuju samo kada se kreće zbog prisutnosti adhezijskih sila između njegovih molekula. Karakteristike viskoznosti su: dinamički koeficijent viskoznosti μ I kinematički koeficijent viskoznosti ν .

Jedinica dinamičkog koeficijenta viskoznosti u CGS sustavu je pois (P): 1 P=1 din s/cm 2 =1 g/(cm s). Stoti dio poise naziva se centipoise (cP): 1 cP = 0,01P. U sustavu MKGSS jedinica dinamičkog koeficijenta viskoznosti je kgf·s/m2; u SI sustavu - Pa·s. Odnos između jedinica je sljedeći: 1 P = 0,010193 kgf s/m 2 = 0,1 Pa s; 1 kgf s/m 2 =98,1 P=9,81 Pa s.

Kinematički koeficijent viskoznosti

ν = μ /ρ,

Jedinica kinematičkog koeficijenta viskoznosti u CGS sustavu je stoks (St), odnosno 1 cm 2 /s, kao i centistoks (cSt): 1 cSt = 0,01 St. U sustavima MKGSS i SI jedinica kinematičkog koeficijenta viskoznosti je m 2 /s: 1 m 2 /s = 10 4 St.

Viskoznost tekućine opada s povećanjem temperature. Utjecaj temperature na dinamički koeficijent viskoznosti tekućina procjenjuje se formulom μ = μ 0 · ea(t-t 0), Gdje μ = μ 0 - vrijednosti dinamičkog koeficijenta viskoznosti, odnosno, na temperaturi t i t 0 stupnjevi; A- eksponent ovisno o vrsti tekućine; za ulja, na primjer, njegove vrijednosti variraju u rasponu od 0,025-0,035.

Za maziva ulja i tekućine koje se koriste u strojevima i hidrauličkim sustavima, predložena je formula koja povezuje kinematički koeficijent viskoznosti i temperaturu:

ν t= ν 50 ·(50/t 0) n ,

Gdje ν t- kinematički koeficijent viskoznosti pri temperaturi t 0 ;
ν 50 - kinematski koeficijent viskoznosti na temperaturi od 50 0 C;
t - temperatura na kojoj je potrebno odrediti viskoznost, 0 C;
n- eksponent koji varira od 1,3 do 3,5 ili više, ovisno o vrijednosti ν 50 .

S dovoljnom točnošću n može se odrediti izrazom n=lg ν 50 +2,7. Vrijednosti n ovisno o početnoj viskoznosti ν na 50 0 C dani su u donjoj tablici

Vrijednosti dinamički i kinematski koeficijenti viskoznosti nekih tekućina dati su u tablici u nastavku

Tekućina	t, 0 C	μ, P	μ, P s	ν, sv
Benzin	15	0,0065	0,00065	0,0093
50% vodena otopina glicerina	20	0,0603	0,00603	0,0598
80% vodena otopina glicerina	20	1,2970	0,12970	1,0590
Bezvodni glicerin	20	14,990	1,4990	11,890
Kerozin	15	0,0217	0,00217	0,0270
Lož ulje	18	38,700	3,8700	20,000
Punomasno mlijeko	20	0,0183	0,00183	0,0174
Svijetlo ulje	18	0,178	0,0178	0,250
Nafta je teška	18	1,284	0,01284	1,400
Sirup	18	888	0,888	600
Merkur	18	0,0154	0,00154	0,0011
Terpentin	16	0,0160	0,00160	0,0183
Etanol	20	0,0119	0,00119	0,0154
Eter	20	0,0246	0,00246	0,00327

Vrijednosti koeficijenata kinematičke i dinamičke viskoznosti slatke vode

Izvor: Vilner Ya.M. Referentni priručnik o hidraulici, hidrauličkim strojevima i hidrauličkim pogonima.

Komentari na ovaj članak!!

Odgovor droghkin: Što trebaju učiniti studenti koje zanima tablična viskoznost vode u GHS sustavu? Ako vas u školi uče da radite samo u SI, onda ćete na sveučilištu nakon tečaja mehanike ovaj SI poslati daleko i dugo. Jer brojanje u njemu jednostavno je nezgodno.

Dodajte svoj komentar

Viskoznost naziva se sposobnost tekućina da se odupru silama tangencijalnim na površinu odabranog volumena, tj. silama smicanja.

Neka tekućina teče duž ravne stijenke (slika 1) u slojevima. Zbog kočenja od zida, slojevi tekućine će se kretati različitim brzinama, čije vrijednosti rastu s udaljenošću od zida.

Zamislite dva sloja koji se kreću na udaljenosti
jedni od drugih. Zbog razlike u brzini, sloj B se pomiče za određeni iznos u odnosu na sloj A
po jedinici vremena. Veličina
apsolutni pomak sloja B preko sloja A, i – gradijent brzine (relativna brzina smicanja ili deformacije). Smično naprezanje

Slika 1

koja se javlja tijekom tog kretanja (sila trenja po jedinici površine) označava se sa . Odnos između smičnog naprezanja i brzine deformacije zapisan je po analogiji s pojavom smika u čvrstim tijelima u obliku

(10)

ili ako su slojevi beskonačno blizu jedan drugome, tada dobivamo Newtonov zakon viskoznog trenja

(11)

Veličina , koji karakterizira otpornost tekućine na tangencijalno smicanje, naziva se dinamički koeficijent viskoznosti. Ovisno o izboru smjera brojanja udaljenosti po normali (od stijenke predmetne cijevi ili njezine osi), gradijent brzine može biti pozitivan ili negativan. Znak u formuli (11) uzima se tako da je posmično naprezanje pozitivno.

Sila unutarnjeg trenja u tekućini

(12)

tj. izravno je proporcionalan dinamičkom koeficijentu viskoznosti, površini trljajućih slojeva
i gradijent brzine.

U SI sustavu dinamički koeficijent viskoznosti ima dimenziju . U sustavu GHS uzeta je jedinica dinamičkog koeficijenta viskoznosti staloženost (Pz). Dimenzija staloženost–
Stoga,
ili

Najčešće u kalkulacijama primijeniti kinematička koeficijent viskoznosti,

. (13)

Ovaj koeficijent je dobio naziv "kinematski" zbog činjenice da njegova dimenzija uključuje mjerne jedinice samo kinematičkih parametara i ne uključuje jedinice sile

U SI sustavu kinematički koeficijent viskoznosti mjeri se u (m 2 / s), u GHS sustavu - cm 2 / s ili Stokes(St.) Vrijednost 100 puta manja Stokes, nazvao centistokes.

U praksi se uz navedene mjerne jedinice viskoznosti tekućine koriste uvjetnaDiploma ribolovca(0 E), određena jednim od instrumenata za mjerenje viskoznosti - Englerovim viskozimetrom.

Pod, ispod konvencionalni stupanj Englera razumjeti odnos vremena isteka
m 3 (200 cm 3) ispitne tekućine, pri zadanoj temperaturi iz mjedene cilindrične posude s konusnim dnom kroz kalibrirani otvor promjera 2,8 mm, do vremena istjecanja iz iste posude.
m3 destilirane vode na temperaturi od 20 0 C.

Na temelju poznate vrijednosti viskoznosti u konvencionalni stupnjevi Englera, kinematički koeficijent viskoznosti, , određeno formulom

. (14)

Viskoznost tekućina uvelike ovisi o temperaturi. U tom slučaju viskoznost kapljičnih tekućina opada s porastom temperature (tablica 2), a raste viskoznost plinova. To se objašnjava činjenicom da je priroda viskoznosti kapljičnih tekućina i plinova različita. U plinovima se s porastom temperature povećava prosječna brzina toplinskog gibanja i slobodni put molekula, što dovodi do porasta viskoznosti. U kapljičnim tekućinama, molekule mogu oscilirati samo oko prosječnog položaja. S porastom temperature povećava se i brzina vibracijskih gibanja molekula. To olakšava svladavanje veza koje ih drže, a tekućina postaje pokretljivija i manje viskozna.

Tablica 2 - Koeficijent kinematičke viskoznosti vode pri različitim temperaturama

	ν , cm 2 /s		ν , cm 2 /s		ν , cm 2 /s		ν , cm 2 /s		ν , cm 2 /s		ν , cm 2 /s

Kinematički koeficijent viskoznosti kapljevite tekućine pri tlaku
slabo ovisi o pritisku. Tablica 3 prikazuje vrijednosti kinematičkog koeficijenta viskoznosti za neke tekućine.

Tablica 3 - Kinematički koeficijent viskoznosti za neke tekućine

Tekućina		ν , cm 2 /s	Tekućina		ν , cm 2 /s
Punomasno mlijeko			Bezvodni glicerol
			Svijetlo ulje
			Teško ulje
Ulje AMG-10

Kinematički koeficijent viskoznosti plinova opada s povećanjem tlaka.

Viskoznost tekućina

Dinamičan viskoznost, odnosno koeficijent dinamičke viskoznosti ƞ (Newton), određuje se formulom:

η = r / (dv/dr),

gdje je r sila viskoznog otpora (po jedinici površine) između dva susjedna sloja tekućine, usmjerena duž njihove površine, a dv/dr je gradijent njihove relativne brzine, uzet u smjeru okomitom na smjer kretanja. Dimenzija dinamičke viskoznosti je ML -1 T -1, njena jedinica u CGS sustavu je poaz (pz) = 1g/cm*sec=1din*sec/cm2 =100 centipoise (cps)

Kinematički viskoznost određuje se omjerom dinamičke viskoznosti ƞ i gustoće tekućine p. Dimenzija kinematičke viskoznosti je L 2 T -1, njena jedinica u CGS sustavu je stoks (st) = 1 cm 2 /sec = 100 centistoks (cst).

Fluidnost φ je recipročna vrijednost dinamičke viskoznosti. Potonji za tekućine opada s padom temperature približno prema zakonu φ = A + B / T, gdje su A i B karakteristične konstante, a T označava apsolutnu temperaturu. Vrijednosti A i B za veliki broj tekućina dao je Barrer.

Tablica viskoznosti vode

Podaci Binghama i Jacksona, verificirani prema nacionalnom standardu u SAD-u i Velikoj Britaniji 1. srpnja 1953., ƞ na 20 0 C = 1,0019 centipoise.

Temperatura, 0 C		Temperatura, 0 C

Tablica viskoznosti raznih tekućina Ƞ, spz

Tekućina
bromobenzen
Mravlja kiselina
Sumporne kiseline
Octena kiselina
ricinusovo ulje
Provansalsko ulje
Ugljikov disulfid
Metilni alkohol
Etanol
Ugljični dioksid (tekućina)
Ugljikov tetraklorid
Kloroform
Etil acetat
Etil format
Etil eter

Relativna viskoznost nekih vodenih otopina (tablica)

Koncentracija otopina se uzima kao normalna, koja sadrži jedan gram ekvivalenta otopljene tvari u 1 litri. Viskoznost dani su u odnosu na viskoznost vode pri istoj temperaturi.

Supstanca	Temperatura, °C	Relativna viskoznost	Supstanca	Temperatura, °C	Relativna viskoznost
			Kalcijev klorid
Amonijev klorid			Sumporne kiseline
Kalijev jodid			Klorovodična kiselina
Kalijev klorid			Kaustična soda

Tablica viskoznosti vodenih otopina glicerina

Specifična težina 25°/25°S	Maseni postotak glicerina