- •I. Курс лекций
- •1. Основные свойства жидкости и газа. Гидростатика
- •1.1. Основные свойства жидкости
- •Величина ………………………. Плотность Удельный вес
- •Давления насыщенных паров (Па) некоторых жидкостей
- •Плотность жидкости может изменяться при изменении температуры. В этом случае изменение плотности характеризуется коэффициентом теплового объемного расширения т , определяемым по формуле
- •В общем случае
- •Размерность кинематического коэффициента вязкости
- •1.2. Физические свойства газа
- •1.3. Давление в покоящейся жидкости
- •1.4. Сила статического давления жидкости на плоскую стенку
- •Вопросы по теме 1.4.
- •1.5. Сила статического давления жидкости на криволинейные стенки. Закон Архимеда
- •1.6. Относительный покой жидкости
- •1.6.1. Прямолинейное равноускоренное движение сосуда
- •1.6.2. Равномерное вращение сосуда вокруг вертикальной оси
- •2. Основные понятия кинематики и динамики жидкости
- •3. Режимы движения жидкости и основы гидродинамического подобия
- •4. Основные законы движения газа
- •Вопросы по теме 4.
- •5. Гидравлические сопротивления
- •6. Гидравлический расчет простых напорных трубопроводов
- •7. Гидравлический расчет сложных трубопроводов
- •8. Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •Риc. 8.3. Схема истечения жидкости через большое прямоугольное отверстие
- •Вопросы по теме 8.
- •9. Гидравлический удар в трубопроводах
- •Вопросы по теме 9.
- •10. Движение неньютоновских жидкостей в трубах
Вопросы по теме 9.
1. Чему равна скорость распространения волны гидравлического удара в случае недеформируемых стенок трубопровода (Е = ) ?
2. Как надо закрывать задвижку в трубопроводе, чтобы уменьшить давление, возникающее при гидравлическом ударе, — быстро или медленно?
3. Ударное повышение давления больше при прямом или непрямом гидравлическом ударе?
4. Что будет происходить с ударным давлением при увеличении упругости стенок трубопровода?
5. Как будет изменяться ударное давление при увеличении диаметра трубы и сохранении толщины ее стенки?
10. Движение неньютоновских жидкостей в трубах
При движении вязкой ньютоновской жидкости по круглой трубе в соответствии с законом вязкого трения Ньютона (1.9) касательное напряжение пропорционально градиенту скорости и(r ), т.е.
(10.1)
где r — текущий радиус.
Величина = u/ r называется скоростью сдвига и уравнение (10.1) записывается в виде
(10.2)
При этом считается, что при температуре Т = const динамический коэффициент вязкости = const.
Уравнение (10.2) представляет собой простейший пример реологического уравнения жидкости. Это уравнение содержит единственный реологический параметр - динамический коэффициент вязкости. Наиболее простой классификацией неньютоновских жидкостей является классификация, в которой неньютоновские жидкости группируются по трем основным категориям.
1. Неньютоновские вязкие жидкости, для которых скорость сдвига зависит только от приложенных напряжений, т.е.
= f(). (10.3)
2. Жидкости, для которых скорость сдвига определяется не только величиной касательного напряжения, но и продолжительностью его действия.
3. Вязкоупругие жидкости, проявляющие одновременно вязкость и упругость.
Неньютоновские вязкие жидкости делятся на две группы:
а) жидкости, обладающие начальным напряжением сдвига 0, т.е. жидкости, которые начинают течь лишь после того, как касательное напряжение превысит некоторый предел 0;
б) жидкости, не обладающие начальным напряжением сдвига 0.
Примером жидкости группы а) является вязкопластичная жидкость. Ее реологическое уравнение имеет вид
(10.4)
т.е. при 0 среда ведет себя как твердое тело.
Величина называется коэффициентом пластической вязкости.
Примером жидкостей группы б) являются степенные или нелинейно-вязкие жидкости. Их реологическое уравнение имеет вид
= k n,
где k — консистентность; n —индекс течения.
Зависимость касательного напряжения от скорости сдвига называется кривой течения.
Кривые течения степенных жидкостей проходят через начало координат. При п < 1 жидкость называется псевдопластичной, а при п > 1 - дилатантной.
Рис. 10.1. Кривые течения неньютоновских вязких жидкостей
На рис. 10.1 приведены кривые течения неньютоновских вязких жидкостей. Кривая 1 соответствует вязкопластичной жидкости, кривая 2 — псевдопластичной, кривая 4 — дилатантной; кривая 3 соответствует случаю п = 1, т.е. представляет собой кривую течения для вязкой жидкости.
Для неньютоновских вязких жидкостей вводится понятие кажущейся вязкости
(10.5)
и текучести
(10.6)
В отличие от ньютоновской жидкости величины а и а — не константы, а функции касательного напряжения.
При движении неньютоновской вязкой жидкости по трубе радиусом а и длиной l под действием перепада давления p распределение касательного напряжения по радиусу, как и в случае ньютоновской жидкости, имеет вид
(10.7)
где а — касательное напряжение на стенке трубы, определяемое из соотношения:
Распределение скорости по сечению трубы определяется по формуле
(10.8)
где f() определяется по формуле (10.3).
Расход неньютоновской вязкой жидкости определяется при любом виде функции f() из соотношения
. (10.9)
Формулы (10.6) и (10.7) справедливы при отсутствии пристенного скольжения. При вращательном течении неньютоновской вязкой жидкости между двумя соосными цилиндрами распределение касательного напряжения по радиусу имеет вид
(10.10)
где М — момент сил трения, действующих на единицу длины цилиндра.
Угловая скорость наружного цилиндра при отсутствии пристенного скольжения и неподвижном внутреннем цилиндре определяется по формуле
(10.11)
где i , e — напряжения сил трения на поверхностях внутреннего и наружного цилиндра соответственно.
Вопросы по теме 10.
1. Как определяется неньютоновская жидкость?
2. Какая жидкость называется неньютоновской вязкой?
3. Каким реологическим уравнением описывается течение вязко-пластичной жидкости?
4. Сколько реологических параметров определяют модель степенной жидкости?
5. Как распределяется касательное напряжение по радиусу кольцевого зазора при вращательном течении жидкости?
6. К каким особенностям в распределении скорости по сечению трубы приводит наличие начального напряжения сдвига в модели вязко-пластичной жидкости?