Вязкость это: Вязкость | это… Что такое Вязкость?

Вязкость | это… Что такое Вязкость?

У этого термина существуют и другие значения, см. Вязкость (значения).

Эта статья нуждается в дополнительных источниках для улучшения проверяемости. Вы можете помочь улучшить эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Не подтверждённая источниками информация может быть поставлена под сомнение и удалена.

Характер падения тела в жидкости с малой (сверху) и с большой (снизу) вязкостью

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате происходит рассеяние в виде тепла работы, затрачиваемой на это перемещение.

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения.

Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Различают динамическую вязкость (единицы измерения: Па·с = 10 пуаз) и кинематическую вязкость (единицы измерения: стокс, м²/с, внесистемная единица — градус Энглера). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

Переход вещества из жидкого состояния в стеклообразное обычно связывают с достижением вязкости порядка 10¹¹

−10¹² Па·с

Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Содержание 1 Сила вязкого трения 2 Вторая вязкость 3 Вязкость газов 3.1 Влияние температуры на вязкость газов 4 Вязкость жидкостей 4.1 Динамический коэффициент вязкости 4. 2 Кинематическая вязкость 4.3 Ньютоновские и неньютоновские жидкости 5 Вязкость аморфных материалов 6 Относительная вязкость 7 Вязкость некоторых веществ 7.1 Вязкость воздуха 7.2 Вязкость воды 7.3 Динамическая вязкость разных веществ 8 Примечания 9 См. также 10 Ссылки 11 Литература

Сила вязкого трения

Сила вязкого трения F пропорциональна скорости относительного движения V тел, пропорциональна площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h:

Коэффициент пропорциональности, зависящий от сорта жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости.

Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.

Вторая вязкость

Вторая вязкость, или объёмная вязкость — внутреннее трение при переносе импульса в направлении движения. Влияет только при учёте сжимаемости и/или при учёте неоднородности коэффициента второй вязкости по пространству.

Если динамическая (и кинематическая) вязкость характеризует деформацию чистого сдвига, то вторая вязкость характеризует деформацию объёмного сжатия.

Объёмная вязкость играет большую роль в затухании звука и ударных волн, и экспериментально определяется путём измерения этого затухания.

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

,

где  — средняя скорость теплового движения молекул, − средняя длина свободного пробега. Из этого выражения в частности следует, что вязкость не очень разреженных газов практически не зависит от давления, поскольку плотность прямо пропорциональна давлению, а  — обратно пропорциональна. Такой же вывод следует и для других кинетических коэффициентов для газов, например, для коэффициента теплопроводности. Однако этот вывод справедлив только до тех пор, пока разрежение газа не становится столь малым, что отношение длины свободного пробега к линейным размерам сосуда (число Кнудсена) не становится по порядку величины равным единице; в частности, это имеет место в сосудах Дьюара (термосах).

С повышением температуры вязкость большинства газов увеличивается, это объясняется увеличением средней скорости молекул газа , растущей с температурой как

Влияние температуры на вязкость газов

В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при увеличении температуры).

Формула Сазерленда может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры:^[1]

где:

• μ = динамическая вязкость в (Па·с) при заданной температуре T,
• μ₀ = контрольная вязкость в (Па·с) при некоторой контрольной температуре T₀,
• T = заданная температура в Кельвинах,
• T₀ = контрольная температура в Кельвинах,
• C = постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

Эту формулу можно применять для температур в диапазоне 0 < T < 555 K и при давлениях менее 3,45 МПа с ошибкой менее 10 %, обусловленной зависимостью вязкости от давления.

Постоянная Сазерленда и контрольные вязкости газов при различных температурах приведены в таблице ниже

Газ	C [K]	T0 [K]	μ0 [мкПа с]
Воздух	120	291.15	18.27
Азот	111	300.55	17.81
Кислород	127	292.25	20.18
Углекислый газ	240	293.15	14.8
Угарный газ	118	288.15	17.2
Водород	72	293.85	8.76
Аммиак	370	293.15	9.82
Оксид серы(IV)	416	293. 65	12.54
Гелий	79.4[2]	273	19[3]

См. также [1] (англ.).

Вязкость жидкостей

Динамический коэффициент вязкости

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

Коэффициент вязкости (динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля-Андраде:

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества . Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение

где с и b — константы. Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкость

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной

и эта величина получила название кинематической вязкости. Здесь  — плотность жидкости;  — динамическая вязкость (см. выше).

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом:

1 сСт = 1мм²1c = 10⁻⁶ м²c

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье):

где  — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Вязкость аморфных материалов

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс^[4]:

где  — энергия активации вязкости (кДж/моль),  — температура (К),  — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К) и  — некоторая постоянная.

Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости изменяется от большой величины при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда , или ломкие, когда . Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса : сильные материалы имеют , в то время как ломкие материалы имеют .

Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением:

с постоянными , , , и , связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.

В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.

Вязкость

Если температура существенно ниже температуры стеклования , двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса

с высокой энергией активации , где  — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а  — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.

При двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса

но с низкой энергией активации . Это связано с тем, что при аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.

Относительная вязкость

В технических науках часто пользуются понятием относительной вязкости, под которой понимают отношение коэффициента динамической вязкости (см. выше) раствора к коэффициенту динамической вязкости чистого растворителя:

где μ — динамическая вязкость раствора; μ

0 — динамическая вязкость растворителя.

Вязкость некоторых веществ

Для авиастроения и судостроения наиболее важно знать вязкости воздуха и воды.

Вязкость воздуха

Зависимость вязкости сухого воздуха от давления при температурах 300, 400 и 500 K

Вязкость воздуха зависит, в основном, от температуры. При 15.0 °C вязкость воздуха составляет 1.78·10⁻⁵ кг/(м·с), 17.8 мкПа.с или 1.78·10⁻⁵ Па.с.. Можно найти вязкость воздуха как функцию температуры с помощью Программы расчёта вязкостей газов

Вязкость воды

Зависимость динамической вязкости воды от температуры в жидком состоянии (Liquid Water) и в виде пара (Vapor)

Динамическая вязкость воды составляет 8,90 × 10

−4Па·с при температуре около 25 °C.
Как функция температуры T (K): (Па·с) = A × 10^B/(T−C)
где A=2.414 × 10⁻⁵ Па·с; B = 247.8 K ; и C = 140 K.

Значения вязкостей жидкой воды при разных температурах вплоть до точки кипения приведена ниже.

Температура [°C]	Вязкость [мПа·с]
10	1.308
20	1.002
30	0.7978
40	0.6531
50	0. 5471
60	0.4668
70	0.4044
80	0.3550
90	0.3150
100	0.2822

Динамическая вязкость разных веществ

Ниже приведены значения коэффициента динамической вязкости некоторых ньютоновских жидкостей:

Вязкость отдельных видов газов при давлении 100 кПа, [мкПа·с]

Газ	при 0 °C (273 K)	при 27 °C (300 K)
воздух	17.4	18.6
водород	8.4	9.0
гелий		20.0
аргон		22.9
ксенон	21.2	23.2
углекислый газ		15.0
метан		11.2
этан		9.5

Вязкость жидкостей при 25 °C

Жидкость:	Вязкость [Па·с]	Вязкость [мПа·с]
ацетон	3. 06·10−4	0.306
бензол	6.04·10−4	0.604
кровь (при 37 °C)	(3-4)·10−3	3-4
касторовое масло	0.985	985
кукурузный сироп	1.3806	1380.6
этиловый спирт	1.074·10−3	1.074
этиленгликоль	1.61·10−2	16.1
глицерин (при 20 °C)	1.49	1490
мазут	2.022	2022
ртуть	1.526·10−3	1.526
метиловый спирт	5.44·10−4	0.544
моторное масло SAE 10 (при 20 °C)	0.065	65
моторное масло SAE 40 (при 20 °C)	0.319	319
нитробензол	1.863·10−3	1.863
жидкий азот (при 77K)	1. 58·10−4	0.158
пропанол	1.945·10−3	1.945
оливковое масло	.081	81
серная кислота	2.42·10−2	24.2
вода	8.94·10−4	0.894

Примечания

1. ↑ Alexander J. Smits, Jean-Paul Dussauge Turbulent shear layers in supersonic flow, Birkhäuser, 2006, ISBN 0-387-26140-0 p. 46
2. ↑ data constants for sutherland’s formula
3. ↑ Viscosity of liquids and gases
4. ↑ Я. И. Френкель. Кинетическая теория жидкостей. Ленинград, Наука, 1975., стр. 226

См. также

• Уравнения Навье — Стокса
• Закон вязкого трения Ньютона
• Течение Пуазёйля
• Степенной закон вязкости жидкостей
• Тиксотропия — свойство, при котором при постоянной скорости деформации напряжение сдвига уменьшается во времени (а значит, и уменьшается вязкость).
• Реопексия — свойство, обратное тиксотропии.
• Псевдопластичность
• Текучесть
• Вязкоупругость
• Вязкопластичность
• Индекс вязкости

Ссылки

• Аринштейн А., Сравнительный вискозиметр Жуковского Квант, № 9, 1983.
• Измерение вязкости нефтепродуктов — обзор методов и единиц измерения вязкости.
• R.H. Doremus. J. Appl. Phys., 92, 7619-7629 (2002).
• M.I. Ojovan, W.E. Lee. J. Appl. Phys., 95, 3803-3810 (2004).
• M.I. Ojovan, K.P. Travis, R.J. Hand. J. Phys.: Condensed Matter, 19, 415107 (2007).
• Булкин П. С. Попова И. И.,Общий физический практикум. Молекулярная физика
• Статья в энциклопедии Химик.ру
• Седов Л. И. Механика сплошной среды, том 1

Литература

Вязкость | это… Что такое Вязкость?

У этого термина существуют и другие значения, см. Вязкость (значения).

Эта статья нуждается в дополнительных источниках для улучшения проверяемости. Вы можете помочь улучшить эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Не подтверждённая источниками информация может быть поставлена под сомнение и удалена.

Характер падения тела в жидкости с малой (сверху) и с большой (снизу) вязкостью

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате происходит рассеяние в виде тепла работы, затрачиваемой на это перемещение.

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Различают динамическую вязкость (единицы измерения: Па·с = 10 пуаз) и кинематическую вязкость (единицы измерения: стокс, м²/с, внесистемная единица — градус Энглера). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

Переход вещества из жидкого состояния в стеклообразное обычно связывают с достижением вязкости порядка 10¹¹−10¹² Па·с

Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Содержание 1 Сила вязкого трения 2 Вторая вязкость 3 Вязкость газов 3.1 Влияние температуры на вязкость газов 4 Вязкость жидкостей 4.1 Динамический коэффициент вязкости 4.2 Кинематическая вязкость 4.3 Ньютоновские и неньютоновские жидкости 5 Вязкость аморфных материалов 6 Относительная вязкость 7 Вязкость некоторых веществ 7.1 Вязкость воздуха 7. 2 Вязкость воды 7.3 Динамическая вязкость разных веществ 8 Примечания 9 См. также 10 Ссылки 11 Литература

Сила вязкого трения

Сила вязкого трения F пропорциональна скорости относительного движения V тел, пропорциональна площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h:

Коэффициент пропорциональности, зависящий от сорта жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости.

Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.

Вторая вязкость

Вторая вязкость, или объёмная вязкость — внутреннее трение при переносе импульса в направлении движения. Влияет только при учёте сжимаемости и/или при учёте неоднородности коэффициента второй вязкости по пространству.

Если динамическая (и кинематическая) вязкость характеризует деформацию чистого сдвига, то вторая вязкость характеризует деформацию объёмного сжатия.

Объёмная вязкость играет большую роль в затухании звука и ударных волн, и экспериментально определяется путём измерения этого затухания.

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

,

где  — средняя скорость теплового движения молекул, − средняя длина свободного пробега. Из этого выражения в частности следует, что вязкость не очень разреженных газов практически не зависит от давления, поскольку плотность прямо пропорциональна давлению, а  — обратно пропорциональна. Такой же вывод следует и для других кинетических коэффициентов для газов, например, для коэффициента теплопроводности. Однако этот вывод справедлив только до тех пор, пока разрежение газа не становится столь малым, что отношение длины свободного пробега к линейным размерам сосуда (число Кнудсена) не становится по порядку величины равным единице; в частности, это имеет место в сосудах Дьюара (термосах).

С повышением температуры вязкость большинства газов увеличивается, это объясняется увеличением средней скорости молекул газа , растущей с температурой как

Влияние температуры на вязкость газов

В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при увеличении температуры).

Формула Сазерленда может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры:^[1]

где:

• μ = динамическая вязкость в (Па·с) при заданной температуре T,
• μ₀ = контрольная вязкость в (Па·с) при некоторой контрольной температуре T₀,
• T = заданная температура в Кельвинах,
• T₀ = контрольная температура в Кельвинах,
• C = постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

Эту формулу можно применять для температур в диапазоне 0 < T < 555 K и при давлениях менее 3,45 МПа с ошибкой менее 10 %, обусловленной зависимостью вязкости от давления.

Постоянная Сазерленда и контрольные вязкости газов при различных температурах приведены в таблице ниже

Газ	C [K]	T0 [K]	μ0 [мкПа с]
Воздух	120	291.15	18.27
Азот	111	300.55	17.81
Кислород	127	292.25	20.18
Углекислый газ	240	293.15	14.8
Угарный газ	118	288.15	17.2
Водород	72	293.85	8.76
Аммиак	370	293.15	9.82
Оксид серы(IV)	416	293. 65	12.54
Гелий	79.4[2]	273	19[3]

См. также [1] (англ.).

Вязкость жидкостей

Динамический коэффициент вязкости

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

Коэффициент вязкости (динамическая вязкость) может быть получен на основе соображений о движениях молекул. Очевидно, что будет тем меньше, чем меньше время t «оседлости» молекул. Эти соображения приводят к выражению для коэффициента вязкости, называемому уравнением Френкеля-Андраде:

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества . Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение

где с и b — константы. Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского.

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкость

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной

и эта величина получила название кинематической вязкости. Здесь  — плотность жидкости;  — динамическая вязкость (см. выше).

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом:

1 сСт = 1мм²1c = 10⁻⁶ м²c

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье):

где  — тензор вязких напряжений.

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Вязкость аморфных материалов

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс^[4]:

где  — энергия активации вязкости (кДж/моль),  — температура (К),  — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К) и  — некоторая постоянная.

Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости изменяется от большой величины при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда , или ломкие, когда . Ломкость аморфных материалов численно характеризуется параметром ломкости Доримуса : сильные материалы имеют , в то время как ломкие материалы имеют .

Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением:

с постоянными , , , и , связанными с термодинамическими параметрами соединительных связей аморфных материалов.

В узких температурных интервалах недалеко от температуры стеклования это уравнение аппроксимируется формулами типа VTF или сжатыми экспонентами Кольрауша.

Вязкость

Если температура существенно ниже температуры стеклования , двуэкспоненциальное уравнение вязкости сводится к уравнению типа Аррениуса

с высокой энергией активации , где  — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а  — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при аморфные материалы находятся в стеклообразном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей неразрушенными.

При двуэкспоненциальное уравнение вязкости также сводится к уравнению типа Аррениуса

но с низкой энергией активации . Это связано с тем, что при аморфные материалы находятся в расправленном состоянии и имеют подавляющее большинство соединительных связей разрушенными, что облегчает текучесть материала.

Относительная вязкость

В технических науках часто пользуются понятием относительной вязкости, под которой понимают отношение коэффициента динамической вязкости (см. выше) раствора к коэффициенту динамической вязкости чистого растворителя:

где μ — динамическая вязкость раствора; μ₀ — динамическая вязкость растворителя.

Вязкость некоторых веществ

Для авиастроения и судостроения наиболее важно знать вязкости воздуха и воды.

Вязкость воздуха

Зависимость вязкости сухого воздуха от давления при температурах 300, 400 и 500 K

Вязкость воздуха зависит, в основном, от температуры. При 15.0 °C вязкость воздуха составляет 1.78·10⁻⁵ кг/(м·с), 17.8 мкПа.с или 1.78·10⁻⁵ Па.с.. Можно найти вязкость воздуха как функцию температуры с помощью Программы расчёта вязкостей газов

Вязкость воды

Зависимость динамической вязкости воды от температуры в жидком состоянии (Liquid Water) и в виде пара (Vapor)

Динамическая вязкость воды составляет 8,90 × 10⁻⁴Па·с при температуре около 25 °C.
Как функция температуры T (K): (Па·с) = A × 10^B/(T−C)
где A=2.414 × 10⁻⁵ Па·с; B = 247.8 K ; и C = 140 K.

Значения вязкостей жидкой воды при разных температурах вплоть до точки кипения приведена ниже.

Температура [°C]	Вязкость [мПа·с]
10	1.308
20	1.002
30	0.7978
40	0.6531
50	0. 5471
60	0.4668
70	0.4044
80	0.3550
90	0.3150
100	0.2822

Динамическая вязкость разных веществ

Ниже приведены значения коэффициента динамической вязкости некоторых ньютоновских жидкостей:

Вязкость отдельных видов газов при давлении 100 кПа, [мкПа·с]

Газ	при 0 °C (273 K)	при 27 °C (300 K)
воздух	17.4	18.6
водород	8.4	9.0
гелий		20.0
аргон		22.9
ксенон	21.2	23.2
углекислый газ		15.0
метан		11.2
этан		9.5

Вязкость жидкостей при 25 °C

Жидкость:	Вязкость [Па·с]	Вязкость [мПа·с]
ацетон	3. 06·10−4	0.306
бензол	6.04·10−4	0.604
кровь (при 37 °C)	(3-4)·10−3	3-4
касторовое масло	0.985	985
кукурузный сироп	1.3806	1380.6
этиловый спирт	1.074·10−3	1.074
этиленгликоль	1.61·10−2	16.1
глицерин (при 20 °C)	1.49	1490
мазут	2.022	2022
ртуть	1.526·10−3	1.526
метиловый спирт	5.44·10−4	0.544
моторное масло SAE 10 (при 20 °C)	0.065	65
моторное масло SAE 40 (при 20 °C)	0.319	319
нитробензол	1.863·10−3	1.863
жидкий азот (при 77K)	1. 58·10−4	0.158
пропанол	1.945·10−3	1.945
оливковое масло	.081	81
серная кислота	2.42·10−2	24.2
вода	8.94·10−4	0.894

Примечания

1. ↑ Alexander J. Smits, Jean-Paul Dussauge Turbulent shear layers in supersonic flow, Birkhäuser, 2006, ISBN 0-387-26140-0 p. 46
2. ↑ data constants for sutherland’s formula
3. ↑ Viscosity of liquids and gases
4. ↑ Я. И. Френкель. Кинетическая теория жидкостей. Ленинград, Наука, 1975., стр. 226

См. также

• Уравнения Навье — Стокса
• Закон вязкого трения Ньютона
• Течение Пуазёйля
• Степенной закон вязкости жидкостей
• Тиксотропия — свойство, при котором при постоянной скорости деформации напряжение сдвига уменьшается во времени (а значит, и уменьшается вязкость).
• Реопексия — свойство, обратное тиксотропии.
• Псевдопластичность
• Текучесть
• Вязкоупругость
• Вязкопластичность
• Индекс вязкости

Ссылки

• Аринштейн А., Сравнительный вискозиметр Жуковского Квант, № 9, 1983.
• Измерение вязкости нефтепродуктов — обзор методов и единиц измерения вязкости.
• R.H. Doremus. J. Appl. Phys., 92, 7619-7629 (2002).
• M.I. Ojovan, W.E. Lee. J. Appl. Phys., 95, 3803-3810 (2004).
• M.I. Ojovan, K.P. Travis, R.J. Hand. J. Phys.: Condensed Matter, 19, 415107 (2007).
• Булкин П. С. Попова И. И.,Общий физический практикум. Молекулярная физика
• Статья в энциклопедии Химик.ру
• Седов Л. И. Механика сплошной среды, том 1

Литература

Что такое вязкость и почему она важна

Техническое определение вязкости применительно к жидкости — это «мера ее сопротивления деформации при заданной скорости».

Существует два основных вида вязкости при работе с жидкостью: динамическая вязкость, которая является мерой внутреннего сопротивления силе, и кинематическая вязкость, которая является мерой внутреннего сопротивления потоку, когда не применяется никакая другая сила, кроме силы тяжести.

При рассмотрении характеристик вязкости жидкости мы обычно рассматриваем кинематическую вязкость. Сантистокс (сСт) и универсальные секунды Сейболта (SUS) являются двумя основными единицами измерения, используемыми для обозначения кинематической вязкости. Спецификации сСт и SUS даны для двух температур: 40°C/100°C или 100°F/212°F соответственно. Это связано с тем, что вязкость будет увеличиваться при более высоких температурах и уменьшаться при более низких температурах.

Мониторинг вязкости

Когда речь идет о правилах эксплуатации машин, вязкость жидкости является одним из наиболее важных аспектов, за которыми необходимо следить.

Когда речь идет о правилах эксплуатации машин, вязкость жидкости является одним из наиболее важных аспектов, за которыми необходимо следить. Если вязкость жидкости выходит за пределы рекомендуемого диапазона для компонентов машины, она больше не может обеспечивать достаточную смазку для защиты компонентов. Когда вязкость слишком низкая, это может привести к потере масляной пленки, что приведет к чрезмерному износу и увеличению механического трения. Если вязкость становится слишком высокой, это может привести к окислению масла, накоплению лака и плохой прокачиваемости по всей машине.

Мониторинг вязкости масла также важен, потому что он может сказать вам, соответствует ли сама жидкость спецификации. Как правило, жидкость с вязкостью +/- 10% от исходной считается не соответствующей спецификации и подлежит замене. Например, если гидравлическое масло с кинематической вязкостью 68 сСт при 40°C (104°F) оценивается по вязкости и составляет <62 сСт или >75 сСт при 40°C (104°F), оно будет считаться недействительным. спецификации и должны быть заменены.

Как вязкость влияет на фильтрацию?

Вязкость играет важную роль в фильтрации, поскольку она влияет на скорость, с которой жидкость может проталкиваться через фильтр для удаления загрязняющих веществ. По мере увеличения вязкости жидкости скорость потока, прокачиваемого через фильтр, необходимо уменьшать. Это связано с тем, что жидкости с более высокой вязкостью имеют более высокое сопротивление потоку, что приводит к более высокому перепаду давления и сокращению срока службы фильтра. Выбор фильтра с большим микронным размером поможет уменьшить падение давления, так как будет меньше сопротивления при прохождении через фильтр.

Вязкость играет важную роль в фильтрации, поскольку она влияет на скорость, с которой жидкость может проталкиваться через фильтр для удаления загрязняющих веществ.

В COMO Filtration мы учитываем множество различных факторов, когда даем вам рекомендации. Вязкость и температура жидкости являются двумя основными факторами, влияющими на принятие нами решений. На нашем предприятии проводятся всесторонние испытания с использованием различных фильтрующих элементов для определения надлежащей скорости потока жидкости любой вязкости. Мы стремимся найти подходящее оборудование, чтобы гарантировать, что вы получите желаемые результаты фильтрации, и максимально длительный срок службы фильтра, чтобы помочь максимизировать ваши инвестиции.

Вязкость

Вязкость

На реальную жидкость, текущую по трубе, действуют силы трения. Есть трение о стенки трубу, а внутри самой жидкости возникает трение, преобразующее часть ее кинетическую энергию в тепловую энергию. Силы трения, которые пытаются предотвратить различные слои жидкости от скольжения относительно друг друга называются вязкие силы. Вязкость мера сопротивления жидкости относительному движению внутри жидкости. Мы можем Измерьте вязкость жидкости, измерив вязкостное сопротивление между двумя тарелки.

Если вы измерите силу, удерживающую верхнюю пластину в движении с постоянная скорость v ₀ , вы обнаружите, что она пропорциональна площади пластины и to v ₀ /d, где d — расстояние между тарелки.

F /A = η v ₀ /d или F /A = η∆ v /∆y.

Константа пропорциональности η называется вязкостью. Единицы η в единицах СИ — Па-с. (Еще одна распространенная единица — уравновешенность (P). 1 Па-с = 10 П.)

Примеры:

Вязкость воздуха (20 o C):	1,83*10 -5 Па-с
Вязкость воды (20 o C):	1,0*10 -3 Па-с
Вязкость меда (20 o C):	1000 Па-с

Вязкость жидкостей сильно зависит от температуры.

• Вязкость жидкости уменьшается с повышением температуры.
• Вязкость газа увеличивается с повышением температуры.

В жидкостях вязкость обусловлена ​​силами сцепления между молекулах и в газах вязкость возникает из-за столкновений между молекулами. Работа, совершаемая вязкими силами, превращает упорядоченную энергию в тепловую. Для жидкости, текущей по длинной горизонтальной трубе, давление вдоль трубы падает в направлении потока. Чем быстрее течет жидкость, тем больше падение давления.

Если вязкость η постоянна и не зависит от скорости потока, то жидкость называется ньютоновской жидкостью . Когда η действительно зависит от скорости потока, то жидкость называется неньютоновской или комплекс . Кровь представляет собой смесь Ньютоновская и неньютоновская жидкости. Он содержит тельца и другие взвешенные частицы. Тельца может деформироваться и становиться преимущественно ориентированным, так что вязкость уменьшается со скоростью потока. Смесь кукурузного крахмала и воды является еще одним примером неньютоновская жидкость.

Ссылки:
Неньютоновские жидкости (Youtube)
Динамика жидкости: неньютоновские жидкости (Youtube)

---

При всех обстоятельствах, когда это было проверено экспериментально, скорость реальной жидкости стремится к нулю на поверхности твердого тела.

Тонкий слой жидкости у стенок трубы вообще не двигается. Скорость жидкости увеличивается по мере удаления от стенок трубы. Если вязкость жидкости мало или труба имеет большой диаметр, большую центральную область будет течь с постоянной скоростью. Для высоковязкой жидкости переход происходит на большом расстоянии и в трубе малого диаметра скорость может варьируются по всей длине трубы.

Если течет вязкая жидкость, например вода плавно по трубе, она в ламинарный поток. Скорость в заданной точке не меняется по величине и направлению. Вода течет ровно государство. Небольшой объем жидкости следует по линии тока , и разные линии тока не пересекаются.

Скорость, с которой жидкость течет по шлангу или трубе, пропорциональна

• перепад давления,
• 1/вязкость,
• 1/длина шланга,
• (радиус трубы) ⁴ .

Эти соотношения выражаются в виде известного уравнения как Закон Пуазейля .

Объемный расход = π*(давление разница)*(радиус трубы) ⁴ /[8*(длина трубы)*вязкость)
или
Q = π∆Pr ⁴ /(8ηL)

Проблема:

Диаметр трубы увеличен вдвое при этом перепад давления в трубе остается прежним. По какому фактору изменяется ли объемный расход трубы?

Решение:

• Обоснование:
  Объемный расход пропорционален диаметру трубы в четвертой степени. сила. Оно увеличивается в 2  ⁴  = 16 
.

Объемный расход через трубы сильно зависит от радиуса трубы, Q ∝ r ⁴ . Этот становится важным во многих различных ситуациях. В нашей дыхательной системе течение газа пуазейлевское. Сопротивление потоку в первую очередь определяется узкими трубочками или бронхиолами, ведущими в альвеолы. Любой сужение этих труб, например, бронхоспазм или внезапное сужение мышц в стенках бронхиол, увеличивает сопротивление потоку и сильно затрудняет дыхание.

В системе кровообращения артериальное давление самое высокое, когда кровь покидает сердце, и самое низкое, когда оно возвращается в сердце. Большая потеря давления происходит над капиллярами. Любое сужение, например накопление холестерина на стенках артерии, увеличивает сопротивление и, следовательно, падение давления, ∆P ∝ 1/р ⁴ . Поэтому сердцу приходится работать намного усерднее, чтобы поддерживать объемную скорость кровотока. Когда из-за стресса требуется повышенный расход, поломка становится более вероятно.

Проблема:

Внутривенная (IV) система подача физиологического раствора пациенту со скоростью 0,1 см ³ /с через иглу радиусом 0,2 мм и длиной 5 см. Что такое манометрическое давление нужно на входе иглы вызвать этот поток? Предположить, что вязкость солевого раствора должна быть такой же, как у воды, η = 1,0*10 ^-3 Па-с, а манометрическое давление крови в вене равно 1500 Па.

Решение:

• Обоснование:
  Закон Пуазейля для вязкого течения: объемный расход Q = π∆Pr ⁴ /(8ηL) = π(P ₂ — P ₁ )r ⁴ /(8ηL).
  Мы хотим найти P ₂ = Q*8ηL/(πr ⁴ ) + P ₁ . Здесь P ₁ равно 1500 Па.
  P ₂ вход иглы должен быть достаточно большим, чтобы протолкнуть жидкости через иглу и затем преодолеть Р ₁ и вставьте его в вена.
• Детали расчета
  Здесь Q = (0,1 см ³ /с)*(1 м/100 см) ³ = 1*10 ^-7 м ³ /с, L = 0,05 м и r = 2*10 ^-4 м.
  P ₂ = 1*10 ^-7 *8*1,0*10 ^-3 *0,05/(π*(2*10 ^-4 ) ⁴ ) Па + 1500 Па = 9,46*10 ³ Па

---

Если жидкость в ламинарном потоке обтекает препятствие, она оказывает вязкое сопротивление на препятствии. фрикционный силы ускоряют жидкость назад (против направления потока) и препятствие вперед (по направлению потока). Сила вязкого сопротивления увеличивается линейно со скоростью жидкости.

Во время полета в самолете с открытой кабиной вы чувствуете, как воздух проносится мимо вас.