Вязкость пластическая и эффективная

Министерство образования  и науки, молодёжи и спорта Украины

Одесская государственная  академия строительства и архитектуры

 

 

 

Кафедра процессов и  аппаратов в технологии строительных материалов

 

 

 

Контрольная работа №1

по дисциплине: <Техническая механика жидкости и газа>

на тему:

1.Вязкость пластическая  и эффективная ;

2.От каких факторов  зависит коэффициент гидравлического  трения при ламинарном режиме? При турбулентном режиме?

 

 

 

 

Выполнила:

студ.гр.ГСХ134-т

 

Проверил:

Бачинский В.В.

 

 

 

Одесса,2013    

1. Вязкость пластическая и эффективная

 

ВЯЗКОСТЬ - это свойство газов и жидкостей оказывающие сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и других видах деформации. Вязкость характеризуют интенсивностью работы, затрачиваемой на осуществление течения  газа или жидкости с определенной скоростью. При ламинарном сдвиговом течении жидкости между двумя плоскопараллельными пластинками, верхняя из которых движется с постоянной скоростью v под действием силы F, а нижняя неподвижна, слои жидкости перемещаются с разными скоростями - от максимальной у верхней пластинки до нуля у нижней. При этом касательное напряжение  , а скорость деформации , где S-площадь пластинок, H-расстояние между ними. Если между и  имеется линейная зависимость, жидкость называется ньютоновской; отношение  называется динамической вязкостью (или просто вязкостью) . Величину, равную отношению вязкости к его плотности, называется кинематической вязкостью, обратную вязкость величину-текучестью. В общем случае пространственного течения для ньютоновских жидкостей имеет место линейная зависимость между тензорами напряжений и скоростей деформации. Жидкости, для которых указанные зависимости не являются линейными, называются неньютоновскими.

В системе СИ значения вязкости выражают в Па*с. Для газов  составляет обычно от 1 до 100 мкПа*с, для воды при 20 °С 1 мПа*с, для большинства жидкостей до 10 Па*с. Расплавленные металлы по порядку величины  близки к обычным жидкостям.

Вязкость жидкостей, относящихся к одному гомологическому ряду, примерно линейно растет с увеличением молекулярной массы, она увеличивается также с введением в молекулу циклов или полярных групп. Вязкость суспензий и эмульсий линейно возрастает с увеличением относительно объема дисперсной фазы.   

С повышением температуры вязкость газов увеличивается, поскольку она обусловлена интенсивностью теплового движения. Вязкость гелия при приближении к О К становится исчезающе малой (сверхтекучее состояние).  Вязкость жидкостей с повышением температуры уменьшается благодаря снижению энергии, препятствующих перемещению молекул.

Невязкой жидкостью называют жидкость, которая характеризуется  отсутствием внутреннего трения при ее движении.  Такой жидкости не существует, но абстрактная модель невязкой жидкости удобная при вычислении  теоретических вопросов  и описываемых  ряда явлений, связанных с обтеканием твердых тел и движением через некоторые сооружения и устройства [1]. Но такая модель не даёт возможности обьяснений  порождения утрат энергии при протекании  воды трубопроводами, а также сопротивление движения  твердых тел  в жидкости. Для описания этого используют сложнейшую модель жидкости – вязкую, где учитываются влияние внутреннего трения[1].

С увеличением давления вязкость всегда возрастает. При течении жидкости в цилиндрическом канале из-за тормозящего действия вязкого сопротивления устанавливается распределение скоростей по радиусу канала: у стенки канала она равна нулю, а в центре максимальна. При ламинарном течении ньютоновской жидкости профиль скоростей оказывается параболическим и вязкость выражается через перепад давления  , требуемый для создания определенного объемного расхода Q: , где R-радиус, Z-длина канала.

Поэтому при характеристике таких сред необходимо указывать  условия измерения вязкости (значения или ). Различают: наибольшую ньютоновскую вязкость (или вязкость неразрушенной структуры), отвечающую предельно низким ; эффективную (или "структурную") вязкость, зависящую от уровня действующих в среде напряжений; наименьшую ньютоновскую вязкость (или вязкость предельно разрушенной структуры), измеряемую при наиболее интенсивном режиме деформирования, когда вязкость перестает зависеть от .Значением вязкости характеризуют переход некристаллизующихся (переохлажденных) жидкостей из текучего в стеклообразное состояние при охлаждении.

Определение эффективной вязкости проводят на приборах типа АКВ-4, АКВ-2, Капилляр-1, реализующих методику ГОСТ 7163 - 84, которая предусматривает продавливание смазки через капилляр при определенной температуре с заданным градиентом скорости деформации смазки. В приборе Капилляр-1 усилие деформации смазки воспринимается силоизмерительным датчиком.

Определение эффективной вязкости производится на вискозиметрах различных конструкций, из которых наибольшее применение получили капиллярные, ротационные, червячные. Определение эффективной вязкости ньютоновской жидкости, перекачиваемой насосом, сводится к обычному учету влияния температуры на вязкость жидкости, если средняя температура последней в насосе заметно отличается от той, при которой была измерена вязкость перекачиваемой жидкости. 

Прямым опытом по определению эффективной вязкости в межтрубном пространстве является исследование профиля скоростей в каналах двух соприкасающихся разнородных пучков. 

Настоящий стандарт устанавливает  метод определения эффективной вязкости пластичных смазок и динамической вязкости жидких нефтепродуктов, имеющих вязкость от 1 до 6 - 103 Па-с. Для научно-исследовательских целей и квалификационных испытаний возможно измерение вязкости в интервале от 1 до 3 - Ю5 Па-с.

2.От каких факторов зависит коэффициент гидравлического трения при ламинарном и турбулентном режиме

ЛАМИНАРНЫЙ РЕЖИМ движения жидкости имеет место при сравнительно малых значениях числа Рейнольдса. Характерным для ламинарного режима движения является постепенное изменение скорости от нулевых значений на границах потока до максимальных по оси или на поверхности.

Однако ламинарный режим движения жидкости в этой зоне очень неустойчив и легко переходит в турбулентный, поэтому практически режим движения жидкости здесь обычно считается турбулентным. Значит, для установления характера режима движения жидкости достаточно сравнивать среднюю скорость потока только с нижней критической скоростью ин.

Переход  ламинарного режима движения жидкости в турбулентный в пограничном слое наступает при Re105.

Для ламинарного режима движения жидкости вертикальная составляющая не имеет пока определений. В большинстве исследований, посвященных тонкослойному отстаиванию, принимается скорость осаждения частиц в ламинарном потоке жидкости, равной скорости ее осаждения в статических условиях.

При ламинарном режиме движения жидкости гидравлический коэффициент трения является функцией числа Рейнольдса и прямо пропорционален скорости. Формула справедлива также и для турбулентного режима движения жидкости. При этом режиме течения жидкости коэффициент К зависит не только и не столько от числа Рейнольдса, сколько от размеров и формы неровностей на внутренней поверхности труб. Для расчетов вводят понятие об эквивалентной шероховатости Л э, (мм) которая представляет собой условную форму шероховатости, размеры которой так же влияют на характер движения жидкости в трубе, как и реальные неровности в ней.

Также, при ламинарном режиме движения жидкостей не только сохраняется линейная зависимость В от t, но для ряда жидкостей величина В снижается с повышением температуры, а для большей части из них В остается постоянной величиной, в диапазоне температур от 0 С до температуры, близкой к кипению.  

При ламинарном режиме движения жидкости по круглому трубопроводу эпюра распределения скоростей по сечению представляет собой параболоид. Такое распределение скоростей определяется наличием внутреннего трения в потоке жидкости и трения о стенки трубопровода. При этом максимальная скорость потока находится на его оси, а минимальная, равная нулю - у стенки трубопровода [2].

Однако при возрастании скоростей ламинарный режим движения жидкости в рассматриваемой гидравлической системе переходит в турбулентный. При решении задачи для ламинарного режима движения жидкости было показано большое влияние компоновки колонны на изменение гидродинамического давления на забое скважины. Очевидно, что качественно картина не изменится и при движении колонны в вязкопластичной жидкости. 

На практике, помимо ламинарного режима движения жидкости, часто приходится встречаться с турбулентным движением вблизи поверхности  реакции.

Критическое значение критерия ReM, при котором наблюдается переход  от ламинарного режима движения жидкости к переходной области или турбулентному режиму, зависит главным образом от конструкции мешалки. В среднем, при определении режимов работающих быстроходных мешалок считают ReM.

Помимо давления перекачки, на пропускную способность трубопровода влияет также вязкость нефти и  нефтепродукта. В условиях ламинарного режима движения жидкости зависимость объема перекачки от вязкости прямо пропорциональная  [1]. При изменении вязкости в 2 раза пропускная способность трубопровода меняется тоже в 2 раза.

Еще одним достоинством метода является возможность широкого варьирования материалов, используемых для изготовления диска и кольца. Ограничения метода связаны с необходимостью соблюдения ламинарного режима движения жидкости вблизи электрода, косвенным характером информации о природе фиксируемых на кольце вторичных промежуточных продуктов, появлением в некоторых случаях на кольцевом электроде кинетических предельных токов. 

Как известно чем меньше слой жидкости, в котором отстаиваются нефтепродукты, тем меньше расстояния по которым проходят всплывающие частицы, и продолжительность разделения жидкостей. Кроме того, в тонком слое обеспечивается ламинарный режим движения жидкости. Все это приводит к тому, что при использовании тонкослойного отстаивания значительно улучшается степень очистки сточных вод и сокращаются размеры сооружений.

Режим движения жидкости как  при свободном, так и при вынужденном  движении определяется в значительной степени скоростью движения. При малых скоростях движения возможен так называемый ламинарный режим движения жидкости. При ламинарном движении жидкости отдельные слои жидкости, несмотря на различные скорости, не перемешиваются. При увеличении скорости отдельные слои жидкости при движении приобретают волнообразную форму, что соответствует переходному режиму течения жидкости. При дальнейшем увеличении скорости отдельные слои жидкости начинают перемешиваться, движение жидкости становится неупорядоченным. Этот режим движения жидкости называется турбулентным. Следует учитывать, что и при турбулентном движении вблизи омываемой жидкостью поверхности в так называемом пограничном слое движение жидкости ламинарное.

Механизм турбулентного  движения значительно сложней, чем  ламинарного. При турбулентном движении частички жидкости хаотически перемешиваются,  а скорость в любой точке беспрерывно  изменяются за величиной и направлением вокруг некого среднего значения  [1]. Это и есть пульсацией скорости.

Скорость в определенный момент времени в данной точке турбулентного потока называют местной мгновенной скоростью.

Одновременно в турбулентном потоке кроме касательных напряжений, обусловленных перемешиванием жидкости, оказывается  также силы вязкости (силы внутреннего трения) ,обусловлены  сцеплением  частиц между собою ,а  также сцеплением между шарами жидкости течения и стенками потока[1].

 

 

 

 

 

Список литературы :

1. Константинов  Ю.М., Гижа А.А. Инженерная гидравлика. - К. : Ин - т системных   исследований  образования,   1995.

2. Штеренлихт  Д..В.  Гидравлика :  В 4 кн. – 2-е  изд. -  М. :Энергоатомиздат  ,1991. – Кн. 1 – 4.