Гидравлика и насосы
Контрольная работа - Разное
Другие контрольные работы по предмету Разное
по касательной к поверхности, разграничивающей слои жидкости, перемещающиеся друг относительно друга. Касательные напряжения, создаваемые силами внутреннего трения, называют напряжениями сил внутреннего трения, или напряжениями сдвига:
(Fs/dS) [Н/м2]-
Возникновение касательных напряжений обусловлено переносом количества движения (импульса) в движущихся жидкостях при неравномерном распределении скорости. Скорость распределена неравномерно как в жидкостях, текущих в каналах, так и у поверхности тел, перемещающихся в жидкостях. Неравномерность распределения скоростей объясняется взаимодействием между соседними слоями жидкости, а также взаимодействием частиц жидкости с поверхностью канала или перемещающегося тела. Взаимодействие между соседними слоями выражается во взаимном обмене хаотически перемещающимися молекулами и во взаимном притяжении близко расположенных молекул соседних слоев.
Экспериментально установлено, что взаимодействие частиц жидкости с поверхностью стенки канала или движущегося твердого
тела приводят к совпадению скорости частиц жидкости, прилегающих к твердой поверхности, со скоростью самой поверхности. Иначе говоря, скорость жидкости на поверхности неподвижных стенок канала равна нулю; скорость жидкости на поверхности движущегося твердого тела и скорость движения самого тела совпадают.
Таким образом, движущееся твердое тело, например пластина, способствует ускорению ближайших слоев жидкости, передавая им импульс; те, в свою очередь, взаимодействуют с ближайшими к ним слоями, ускоряют их, передавая импульс все более и более дальним слоям жидкости.
При движении жидкости в канале отдаленные от стенки более быстрые слои жидкости тормозятся, отдавая количество движения слоям, близко расположенным к стенке, скорость которых ниже. Таким образом, в текущей жидкости с неоднородным полем скоростей осуществляется перенос импульса от тормозящихся более быстрых слоев к ускоряющимся более медленным слоям. Причиной переноса является непосредственный хаотический переход молекул из слоя в слой, что характерно для газов и частично - для капельных жидкостей. Кроме того, причиной переноса импульса в капельных жидкостях может быть непосредственное взаимодействие молекул соседних слоев жидкости, ввиду того что силы притяжения между плотно упакованными молекулами капельных жидкостей велики.
Передача импульса от слоя к слою эквивалентна появлению трения между слоями, поскольку, согласно второму закону Ньютона, сила равна производной импульса по времени. Эта сила препятствует взаимному перемещению соприкасающихся слоев жидкости. Таким образом, напряжение сил трения равно плотности потока импульса через граничную поверхность между слоями текущей жидкости.
Экспериментально установлено, что для многих жидкостей величина касательных напряжений сил трения т в данной точке элемента поверхности, разграничивающего два перемещающихся слоя жидкости, пропорциональна градиенту скорости. В соответствии с этим в случае одномерного течения жидкости напряжение внутреннего трения т = - ndV/dnt, где знак минус объясняется тем, что нормаль направлена в сторону уменьшения скорости. В этом случае положительное значение плотности потока импульса соответствует отрицательному значению градиента скорости, причем поток ориентирован в направлении нормали, а градиент в противоположную сторону. Если нормаль направлена в сторону возрастающей скорости, то знак минус в уравнении изменится на плюс.
Уравнение выражает закон внутреннего трения Ньютона. Жидкости, в которых напряжения внутреннею трения подчиняются этому закону, называют ньютоновскими. Жидкости, при течении которых напряжения внутреннего трения не описываются уравнением, называют неньютоновскими. В технике обычно приходится иметь дело с ньютоновскими жидкостями, поэтому в дальнейшем основное внимание будет уделено именно этим жидкостям.
Коэффициент пропорциональности р в уравнении называют коэффициентом динамической вязкости, или динамической вязкостью; она имеет размерность
Па с = -т дин с/см2 10 П = 103 сП.
Вязкость характеризует сопротивление жидкости смещению ее слоев и является одним из основных физических свойств жидкостей Вязкость жидкостей, как правило, уменьшается с повышением температуры вследствие увеличения расстояния между молекулами из-за ослабления сил притяжения между ними. Кроме того, с ростом температуры уменьшается ассоциация молекул капельных жидкостей.
Вязкость газов растет с повышением температуры, поскольку увеличивающаяся скорость теплового движения интенсифицирует обмен импульсом между слоями потока. С ростом давления вязкость газов также увеличивается. Уравнение может быть записано в форме, связывающей плотность потока импульса q с градиентом импульса единицы объема жидкости (поток считают плоскопараллельным, среда условно принята несжимаемой):
Коэффициент пропорциональности v - ц/р (м2/е) называют кинематической вязкостью.
Таким образом, коэффициенты динамической (ц) и кинематической (v) вязкости характеризуют сопротивление жидкости смещению ее слоев и одновременно служат мерой интенсивности переноса импульса в текущей жидкости, поскольку являются отношением плотности потока импульса к градиенту скорости или импульса.
В общем случае, когда поток жидкости не является плоскопараллельным, т. е. когда вектор скорости имеет компоненты wf и wz, являющиеся функциями всех трех