Формула динамической вязкости

Сопротивление движению, которое оказывает большинство жидкостей, называется «вязкостью». При относительном движении слоев жидкости возникает вязкость. Он точно измеряет сопротивление потоку, вызванное внутренним трением между слоями жидкости, когда они проходят друг через друга во время течения жидкости. Вязкость также может быть определена как мера толщины жидкости или барьера для прохождения предметов через нее.

Из-за сильных межмолекулярных взаимодействий жидкость с высокой вязкостью сопротивляется движению, создавая сильное внутреннее трение, которое препятствует перемещению слоев относительно друг друга. Жидкость с низкой вязкостью, с другой стороны, легко течет, потому что ее молекулярный состав вызывает очень мало трения при движении. У газов тоже есть вязкость, хотя в повседневной жизни она менее заметна.

Что такое Вязкость?

Вязкость жидкости – это мера ее сопротивления течению. Отношение напряжения сдвига к градиенту скорости в жидкости используется для расчета вязкости.

• Вязкость измеряется в Пуазейле, единице измерения SI (PI).
• Ньютон-секунда на квадратный метр — (Н·см- ² ) и паскаль-секунда — другие единицы измерения (Па·с).
• [ML-1T-1] — размерная формула вязкости.

Вязкость жидкостей быстро уменьшается с повышением температуры, а вязкость газов увеличивается с повышением температуры. В результате жидкости при нагревании текут свободнее, а газы текут медленнее. Вязкость также является интенсивным свойством, поскольку она не меняется при изменении количества вещества.

Formula for the Coefficient of Viscosity

η = F . dx / A . dv

where,

• η is the coefficient of viscosity,
• dv/dx is the velocity gradient between two layers of liquid,
• F is the viscous force, and 
• A is the surface area.

Типы вязкости

Существует два типа вязкости жидкости:

1. Динамическая вязкость (абсолютная вязкость): этот тип вязкости используется для измерения сопротивления жидкости течению при приложении к ней силы. Это называется динамической вязкостью.
2. Кинематическая вязкость: этот тип вязкости используется для измерения резистивного течения жидкости под действием силы тяжести. Кинематическая вязкость - это название, данное этой мере вязкости жидкости.

Многие люди неправильно понимают два измерения вязкости и считают, что это одно и то же. На самом деле они несколько отличаются друг от друга. Кинематическая вязкость в некоторых случаях более выгодна, чем абсолютная или динамическая вязкость.

Динамическая вязкость

Dynamic viscosity is a method of measuring a fluid’s resistance to flow when an external force is applied.

Вязкость жидкости является важным атрибутом, который необходимо знать, чтобы понять ее поведение. Кроме того, когда он соприкоснется с твердыми пределами, как он будет двигаться. Вязкость жидкости — это мера ее сопротивления прогрессивной деформации при растяжении или сдвиге. Межмолекулярное трение, возникающее, когда слои жидкости пытаются скользить друг по другу, может вызвать напряжение сдвига в жидкости.

Ротационный вискозиметр является полезным инструментом для определения динамической вязкости. Зонд в жидком образце будет вращаться с помощью этих инструментов. Сила или крутящий момент, необходимые для поворота зонда, используются для определения вязкости.

Формула динамической вязкости

Формула динамической вязкости для жидкости определяет ее внутреннее сопротивление потоку из-за определенной силы сдвига. Это тип тангенциальной силы, возникающей при контакте двух горизонтальных плоскостей. При анализе поведения и движения жидкости вблизи твердых границ вязкость является важной характеристикой жидкости.

В результате динамическая вязкость — это сила, необходимая жидкости, чтобы преодолеть внутреннее молекулярное трение и позволить ей течь. Таким образом, динамическую вязкость можно определить как касательную силу на единицу площади, необходимую для перемещения жидкости в одной горизонтальной плоскости относительно другой плоскости со скоростью, равной единице, в то время как молекулы жидкости остаются на расстоянии единицы друг от друга.

Тангенциальная сила, необходимая для смещения одной горизонтальной плоскости жидкости относительно другой, известна как динамическая вязкость. В результате мы можем записать это как:

Dynamic viscosity = Shearing stress / Shearing rate change

or

η = T/γ

where,

• η is the Dynamic Viscosity,
• T is the shearing stress, and 
• γ is the shear rate.

Единицей СИ для динамической вязкости является Па·с или Нс/м ² .

Примеры проблем

Задача 1: Напряжение сдвига 0,76 Н на м ² в жидкости со скоростью сдвига 0,5 в секунду. Какой из этих жидкостей она соответствует по своей динамической вязкости? (Динамическая вязкость воды = 1 Па·с, динамическая вязкость воздуха = 0,018 Па·с и динамическая вязкость ртути = 1,526 Па·с)

Решение:

Given,

T = 0.76 N per m²

γ = 0.5 per second

So the formula is,

η = T / γ

= 0.76 / 0.5

= 1.52 Pa s

As a result, it is obvious that Mercury fluid will be compatible with this fluid.

Задача 2: При скорости сдвига 0,35 с ^-1 и динамической вязкости 0,018 Па с какое давление необходимо для перемещения плоскости жидкости?

Решение:

Given,

Shear rate = 0.35 s^-1

Dynamic viscosity = 0.018 Pa s

From the dynamic velocity formula,

T = η × γ 

Substituting the values,

T = (0.018 × 0.35)

T = 0.0063 Pa

= 0.0063 Pa 

Задача 3. Металлическую пластину площадью 2,5× ^10-4 м ² кладут на слой касторового масла толщиной 0,25× ^10-3 м. Рассчитайте коэффициент вязкости касторового масла, если для перемещения пластины со скоростью 3· ^10-2 м/с требуется ^усилие 2,5 Н.

Решение:

Given: 

A = 2.5 × 10^-4 m², 

dx = 0.25×10^-3m, 

 dv = 3×10^-2 m s^-1

F = 2.5 N

Formula is, 

η = F.dx / A .dv

Substitute the values in the formula,

η = (2.5)(0.25 × 10^-3) / (2.5 × 10^-4)(3 × 10^-2)

= 0.083  ×  10³ Nm^-2s

Задача 4: Вода медленно течет по горизонтальной плоскости, с коэффициентом вязкости 0,01 пуаз и площадью поверхности 100 см ² . Какая внешняя сила необходима для поддержания градиента скорости потока на уровне 1 с ^-1 ?

Решение:

Given,

dv/dx = 1s^-1.

A = 100 cm² = 10^-2 m².

η = 0.01 poise = 0.001 kg/ms.

From the formula:

F = -η A (dv/dx)

Substitute the given values in the above, to calculate F,

F = 0.001 × 10^-2  × 1 

= 10^-5 N 

Задача 5. Найдено, что 0,04 Н/м ² является напряжением сдвига в точке жидкости. В этой точке градиент скорости составляет 0,22 с ^-1 . Какая должна быть вязкость?

Решение:

Given,

 F/A = 0.04 N/m²    ( shear stress)

dv/dx = 0.22 s^-1 

Formula for the viscous force is:

F = -ηA (dv/dx)

By Rearranging the formula:

η = (F/A) / (dv/dx)

Substitute the values to calculate η,

η = 0.04 N/m² / 0.22 s^-1

= 0.181 N s/m²