Файл: Рабинович, Е. З. Гидравлика учебник.pdf

где т — сила сопротивления, отнесенная к единице площади, или

Таким образом, вязкость есть физическое свойство жидкостей, характеризующее их сопротивляемость скольжению или сдвигу.

Для определения размерности абсолютной вязкости из уравнения (4.1) найдем

dy_

d v

и подставим сюда размерности отдельных величин. Так как размер-

На практике абсолютную вязкость обычно измеряют в пуазах (обозначается П), так называется единица абсолютной вязкости в физической системе единиц

дина■с

Вязкости маловязких жидкостей и газов часто измеряют в сотых долях пуаза, называемых сантипуазами (сП).

Между этими единицами существует следующее соотношение:

101

В гидравлике часто пользуются также величиной, получаемой в результате деления абсолютной вязкости на плотность, называе­ мой к о э ф ф и ц и е н т о м к и н е м а т и ч е с к о й в я з ­ к о с т и , или просто к и н е м а т и ч е с к о й в я з к о с т ь ю , и

V, смг/с

обозначаемой через v. В соответствии с определением кинематиче­ ская вязкость

Р

и имеет следующую размерность:

[Р] [Г] щ [Щ [Щ

1 J [ Ь * \ [ Т Ц [ Р ] [Т ] •

Единицей измерения кинематической вязкости в международной и технической системах единиц служит величина

[v]»

В физической системе единиц кинематическая вязкость имеет

единицу измерения

СМ2

М Ф

С

102

называемую стоксом (Ст); сотая часть стокса называется сантистоксом (сСт).

Эти единицы измерения связаны между собой простым соотно­ шением

ные наблюдения, вязкость жид­ кости уменьшается с увеличением

температуры; для разных жидкостей зависимость ВЯЗКОСТИ O i температуры получается различной.

Для воды эта зависимость имеет вид

_________ 0,0178__________

(4.3)

1 + 0,0337* + 0,000221 •t2 ’

где v — кинематическая вязкость в Ст; t — температура в °С. Вычисленные по этой формуле значения вязкости воды для различ­ ных температур приведены в табл. И.

В табл. 12 приведены средние значения v для некоторых жидко­ стей.

Таблица 13

103

Кривые изменения вязкости в зависимости от температуры для

данные и кривые показывают, как сильно изменяется вязкость жид­ кости в зависимости от температуры.

Вязкость различных сортов жидкости одного и того же названия,

вается.

Подчеркнем, что при практических расчетах к выбору значений вязкости следует подходить весьма осторожно. В каждом отдельном случае целесообразно основываться на данных специальных лабо­ раторных исследований.

Вязкость жидкостей, как показывают опыты, зависит также и от давления, обычно возрастая при его увеличении; исключением является вода, для которой при температуре до 32° С с увеличением давления вязкость уменьшается. При давлениях, встречающихся обычно на практике (до 200 ат), это изменение вязкости весьма мало

ипри обычных гидравлических расчетах не учитывается.

Вто же время для газов зависимость вязкости от давления, так же как и от температуры, весьма существенна: с увеличением да­ вления кинематическая вязкость газов уменьшается, а с увеличением температуры, наоборот, увеличивается. Значения кинематической вязкости для некоторых газов приведены в табл. 14.

Большие значения кинематической вязкости газов, а также от­ меченные выше особенности ее изменения на первый взгляд могут показаться парадоксальными. Однако это легко объяснить, если учесть, что в знаменатель выражения для кинематической вязкости

104

(4.2) входит плотность, подверженная для газов очень большим изменениям в зависимости от температуры и давления и имеющая для них весьма малые, по сравнению с капельными жидкостями, значения.

Существуют жидкости, для которых зависимость (4.1) неприме­ нима. Такие жидкости представляют собой нечто среднее между пла­ стическими телами и жидкостями и в отличие от обычных Нормальных жидкостей называются неньютоновскими или аномальными; к их числу, например, относятся различного рода суспензии и коллоидаль­ ные растворы, представляющие собой физически неоднородные тела, состоящие из двух фаз — твердой и жидкой1.

§ 33. ДВА РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Исследование вопроса о механизме движения жидкости приводит к заключению о существовании двух различных резко отличающихся

1883 г. известным физиком Рейнольдсом на основе весьма простых и наглядных опытов.

Сущность этих опытов, которые в настоящее время обычно демон­ стрируются в любой гидравлической лаборатории, сводится к сле­ дующему. Имеется бак А, к которому присоединена горизонтальная стеклянная труба В, снабженная краном С (рис. 75). Над баком уста­ навливается сосуд D с окрашенной жидкостью, подаваемой в трубу В по тонкой трубке Е. Перед проведением: опытов бак заполняют водой (например, из водопровода через трубу F) и ее уровень под­ держивают постоянным при помощи сливной линии Н. Затем откры­ тием крана С в трубе В создают поток жидкости, а открытием кра­ ника К на трубе Е в этот поток подают тонкую струйку окрашенной жидкости.

1 Неныотоновские жидкости рассматриваются в § 40.

105

Постепенно увеличивая открытие крана С, можно повышать расход, а следовательно, и скорость течения жидкости в трубе В. При этом можно наблюдать следующую картину: при небольших скоростях течения в трубе В окрашенная жидкость движется в виде отчетливо выраженной тонкой струйки, не смешиваясь (рис. 76, а) с потоком неокрашенной воды; при повышении скорости течения окрашенная струйка начинает колебаться и принимает волнообраз­ ные очертания. Затем на отдельных ее участках начинают появляться разрывы, она теряет свою отчетливую форму и, наконец, при каком-то определенном значении скорости полностью разрывается, целиком размываясь жидкостью (рис. 76, б). При этом отдельные частицы красящего вещества смешиваются со всей массой жидкости, равно­ мерно ее окрашивая.

Если в этом случае подмешать в поток жидкости мелкие твердые частицы такой же плотности, как и сама жидкость, можно увидеть,

что перемещение таких частиц будет происходить по весьма слож­ ным криволинейным траекториям.

При проведении опыта в обратном порядке, т. е. при постепенном закрытии крана, наблюдаемые явления также повторяются в обрат­ ном порядке, однако при несколько других значениях скоростей.

Движение жидкости, наблюдаемое при малых скоростях, при котором отдельные струйки жидкости движутся параллельно друг

минарное движение можно рассматривать как движение отдельных слоев жидкости, происходящее без перемешивания частиц.

Второй вид движения жидкости, которое наблюдается при боль­

в движении жидкости нет видимой закономерности. Отдельные ча­ стицы перемешиваются между собой и движутся по самым причуд­ ливым все время изменяющимся траекториям весьма сложной формы. Поэтому такое движение иногда также называют беспорядочным.

106