Свойства жидкости

Вязкость – свойство жидкости, которое определяет сопротивление жидкости к внешнему воздействию. Вязкость можно представить как внутреннее трение между отдельными слоями жидкости при их смещении относительно друг друга.
На рисунке 1 представлена модель движения различных слоев жидкости, использованная Ньютоном в определении вязкости как физической величины.

При смещении слоя жидкости внешним воздействием две параллельно расположенных  поверхности слоя жидкости, толщиной dx перемещаются в одном направлении, но с разными скоростями V1 и V2.
Изменение скорости смещения разных слоев толщиной dx относительно друг друга линейно, а градиент скорости, dv/dx, будет прямо пропорционален величине сторонней силы, приложенной к каждому слою жидкости, f/A.

, где n – вязкость жидкости.

Градиент dv/dx описывает сдвиг внутренних слоев жидкости относительно друг друга при перемещении жидкости под воздействием внешней силы. Определим его как «величина смещения», S. Силу, действующую на каждый слой жидкости, определим как «силу смещения», F.
Теперь определим вязкость через эти определения:

n=F/S

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что вязкость жидкости не зависит от величины смещения, а зависит только от силы смещения. То есть, увеличив силу смещения в два раза, мы заставим жидкость перемещаться в два раза быстрее. Жидкости, поведение которых при перемещении совпадает с этим предположением, называются «ньютоновыми жидкостями».
Конечно, существуют жидкости, для которых это утверждение не верно, они называются «не ньютоновыми» жидкостями.
Рисунок 2 демонстрирует соотношение между силой смещения F, величиной смещения S и вязкостью n, для ньютоновых жидкостей.

Вязкость n принята за постоянную величину, не зависящую от величины смещения S (2), и является углом наклона на (1). Вода и светлые нефтепродукты являются хорошим примером ньютоновых жидкостей.

Рисунок 3 показывает поведение трех основных типов не ньютоновых жидкостей.
График А показывает снижение величины вязкости при увеличении смещения, так называемые псевдо-пластичные жидкости, такие как жидкое мыло, меласса, краска, смазка и большинство эмульсий. Они не представляют сложной задачи при перекачке, так как при перемещении они становятся текучими.

График B демонстрирует поведение тянучих и липких жидкостей, вязкость которых увеличивается при увеличении сдвига. Глинистая смесь и расплавленная карамель являются примерами таких жидкостей. При перекачке таких жидкостей следует выбирать насос внимательно, учитывая, что при большой величине смещения при перекачке жидкость может стать малотекучей. Обычно при подборе насоса на такую жидкость используют насос с заведомо большей производительностью и большим размером рабочей камеры и проточных частей, для снижения величины смещения.

График С демонстрирует поведение пластичных материалов. Вязкость снижается при увеличении смещения. Но первоначальное смещение требует приложения большой силы, которая определяется пластичностью материала. Томатная паста прекрасный пример такого типа жидкостей. Жидкости подобного типа не представляют проблем при перекачке их поведение схоже с поведением псевдо-пластичного типа жидкостей. 

Вязкость некоторых не ньютоновых жидкостей зависит также от времени. Другими словами вязкость жидкости будет зависеть от количества воздействия на нее. Жидкость, вязкость которой снижается с течением времени при заданной величине смещения,  называется тексатропной. Примеры: асфальт, клей, меласса, краска, жидкое мыло, крахмал, смазка. Жидкости, вязкость которых увеличивается со временем, называются загущающимися.

Существуют два основных параметра для определения вязкости жидкости: динамическая (или абсолютная) вязкость и кинематическая вязкость. Динамическая вязкость представляется как отношение единицы силы, необходимой для смещения слоя жидкости на единицу расстояния, к единице площади слоя. В метрической системе единиц она представляется как дина-секунда на квадратный сантиметр, называемой Пуаз. Один Пуаз равен грамму/сантиметр в секунду. Для удобства используют единицу сантиПуаз, которая равна одной сотой Пуаза.

Однако для расчета потерь жидкости при перекачке и при подборе насоса используют кинематическую вязкость. Единица измерения кинематической вязкости – 1 сток – равен одному квадратному сантиметру в секунду.

Существует ряд способов измерения вязкости жидкости при помощи специальных приборов – вискозиметров. Большинство вискозиметров рассчитаны на работу с определенными жидкостями или для измерения вязкости в определенном диапазоне значений.

Внимание:
При подборе центробежного насоса учтите, что параметры насоса изменятся, если вязкость жидкости больше 30 сантипуаз.