Вязкостью называется свойство сред оказывать сопротивление деформациям сдвига (сдвиговая вязкость) и объема (объемная или вторая вязкость). Вязкость сред лежит в основе построения умозрительных физических моделей идеальной, вязкой ньютоновской и неньютоновских сред.
Сдвиговая вязкость
Сдвиговые напряжения возникают на границе относительно движущихся слоев среды вследствие обмена импульсом, механизм которого и, следовательно, величина напряжений зависят от режима течения среды (см. ниже). В зависимости от механизма этого обмена различаются:
Сдвиговые напряжения, обусловленные молекулярной вязкостью. Обмен импульсом осуществляется за счет движения и взаимодействия микроструктуры вещества (рис.1.5) и наблюдается повсеместно при ламинарном режиме течения, а также притурбулентном режиме в пределах так называемого вязкого подслоя;
|
Рис. 1.5: Возникновение вязкости обусловлено обменом молекулами между отдельными частичками жидкости (газа) |
• Сдвиговые напряжения, обусловленные молярной — турбулентной — вязкостью. Обмен импульсом происходит за счет перемещения конечных объемов — молей — вещества между слоями в турбулентных пульсациях, наблюдается в пределах турбулентного ядра потока.
Со сдвиговой вязкостью связана текучесть — свойство сред деформироваться под действием механических напряжений, количественно обратное вязкости. У газов и большинства жидкостей текучесть проявляется при любых напряжениях.
Аналитически величина сдвиговых напряжений для большинства жидкостей и газов описывается линейным законом Ньютона[10]:
Onx = Ц -дП. (1.48)
Здесь <rnx — касательные напряжения вязкого трения на площадке, перпендикулярной направлению n;
ц — динамический коэффициент вязкости, зависит от
физической природы среды, ее состояния и режима течения; dvx jdn — производная скорости течения вдоль оси x, касательной к площадке в данной точке, по направлению нормали к n
Наряду с динамическим коэффициентом ц используется кинематический коэффициент вязкости v = ц/р. (Выбор терминологии связан с размерностью коэффициентов: [ц] = кг/(м • с) [v] =м2j с).
Различие характера движения и взаимодействия микроструктуры в жидкостях и газах обусловливает различный вид зависимости динамического коэффициента молекулярной вязкости сред ц от температуры. Физическая природа молекулярной вязкости в газах — перенос импульса между относительно движущимися слоями среды за счет перемещения молекул при их хаотическом движении из одного слоя в другой и последующего взаимодействия с молекулами этого слоя. Рост температуры эквивалентен увеличению средней квадратичной скорости молекул и, следовательно, в газах вызывает увеличение переносимого импульса между слоями среды, т.е. увеличение вязкости. Динамическая вязкость газов при заданной температуре практически не зависит от давления, кинематическая же вязкость соответственно обратно пропорциональна давлению. Количественно зависимость вязкости газов от температуры может быть представлена в виде
предыдущаяследующая
