Физическая природа вязкости

Вязкость является следствием переноса в пространстве количества движения отдельных молекул или групп молекул в направлении, перпендикулярном скорости потока. Вязкость есть проявление молекулярных свойств жидкостей и газов. Природа вязкости в них несколько различна: в жидкостях расстояние между молекулами меньше, чем в газах, кроме того, молекулы могут агломерироваться в отдельные образования, разрушаемые с ростом температуры.

В газах расстояние между молекулами значительно больше их размеров и обмен количеством движения между соседними слоями жидкости происходит только за счет отдельных молекул. Поэтому вязкость жидкости с ростом температуры падает, а газа- растет, по зависимости , -коэффициент динамической вязкости, определенный экспериментально при T=273К, n=0,6…0,75 для большинства газов (см. справочник).

Существует также понятие кинематической вязкости .

Рассмотрим вывод коэффициента динамической вязкости газа. Выделим на расстоянии y от стенки слой со скоростью V.

V+(Vy)

V

V-(Vy)

y ds

Процесс будем рассматривать на длине свободного пробега молекулы . Выделим площадку ds. Если в объеме N молекул, то через площадку ds пройдет N/6 молекул со скоростью C, а за время dt

 С ds

Количество движения упорядоченного движения верхнего слоя , нижнего- , где m-масса молекулы. Изменение количества движения одной молекулы , а всех молекул через площадку ds за время dt

Соответственно импульс силы, вызванный этому изменению количества движения

, но , тогда

, где T- температура.

Итак, идеальный газ в газодинамическом смысле- газ при =0, т.е. С=0

Идеальный газ в термодинамическом смысле.

Существует также понятие идеального газа в термодинамическом смысле, уравнение состояния которого описывается уравнением состояния Менделеева-Клайперона

PV=RT. Для учета отклонений реальных газов от идеальных вводится коэффициент сжимаемости z, PV=zRT.

Многофазные и многокомпонентные среды

Помимо перечисленных, могут рассматриваться также многофазные и многокомпонентные среды.

Фаза - равновесное состояние вещества (твердое, жидкое, газообразное).

Компоненты – химически индивидуальные вещества, наименьшего числа которых достаточно для формирования любой фазы, входящей в жидкую среду как в термодинамическую систему.

Примеры:

многокомпонентная среда – дым, запыленный воздух, промысловый газ на выходе из скважины;

однофазная однокомпонентная среда – пар, газ;

многокомпонентная среда – смесь газов

однокомпонентная двухфазная – пар + капли жидкости