يعد معامل اللزوجة معلمة أساسية لسائل العمل أو الغاز. من الناحية الفيزيائية، يمكن تعريف اللزوجة على أنها احتكاك داخلي ناتج عن حركة الجزيئات التي تشكل كتلة الوسط السائل (الغازي)، أو ببساطة، مقاومة الحركة.

ما هي اللزوجة

إن أبسط طريقة لتحديد اللزوجة هي صب كميات متساوية من الماء والزيت في وقت واحد على سطح مائل أملس. يستنزف الماء بشكل أسرع من النفط. إنها أكثر مرونة. يمنع الزيت المتحرك من التصريف السريع بسبب الاحتكاك العالي بين جزيئاته (المقاومة الداخلية – اللزوجة). وبالتالي فإن لزوجة السائل تتناسب عكسيا مع سيولته.

معامل اللزوجة: الصيغة

وبشكل مبسط، يمكن اعتبار عملية حركة السائل اللزج في خط الأنابيب على شكل طبقات متوازية مسطحة A وB لهما نفس مساحة السطح S، والمسافة بينهما هي h.

تتحرك هاتان الطبقتان (A وB) بسرعات مختلفة (V وV+ΔV). الطبقة A، التي لديها أعلى سرعة (V+ΔV)، تتضمن حركة الطبقة B، والتي تتحرك بسرعة أقل (V). وفي الوقت نفسه، تميل الطبقة B إلى إبطاء سرعة الطبقة A. والمعنى الفيزيائي لمعامل اللزوجة هو أن احتكاك الجزيئات، التي تمثل مقاومة طبقات التدفق، يشكل قوة، والتي يوصفها الصيغة التالية:

F = μ × S × (ΔV/h)

• ΔV هو الفرق في سرعة حركة طبقات تدفق السوائل؛
• h هي المسافة بين طبقات تدفق السائل.
• S هي مساحة سطح طبقة تدفق السوائل؛
• μ (mu) - يسمى المعامل الذي يعتمد على اللزوجة الديناميكية المطلقة.

في وحدات SI، الصيغة هي كما يلي:

μ = (F × h) / (S × ΔV) = [Pa × s] (باسكال × ثانية)

حيث F هي قوة الجاذبية لحجم السائل العامل.

قيمة اللزوجة

في معظم الحالات، يتم قياس المعامل بالسنتيبوايز (cP) وفقًا لنظام وحدات CGS (سنتيمتر، جرام، ثانية). ومن الناحية العملية، ترتبط اللزوجة بنسبة كتلة السائل إلى حجمه، أي بكثافة السائل:

• ρ - كثافة السائل
• م هي كتلة السائل.
• V هو حجم السائل.

تسمى العلاقة بين اللزوجة الديناميكية (μ) والكثافة (ρ) باللزوجة الحركية ν (ν - باللغة اليونانية - nu):

ν = μ / ρ = [م 2 /ث]

بالمناسبة، طرق تحديد معامل اللزوجة مختلفة. على سبيل المثال، لا يزال يتم قياس اللزوجة الحركية وفقًا لنظام CGS بالسنتيستوك (cSt) والقيم الكسرية - ستوكس (St):

• 1St = 10 -4 م 2 / ث = 1 سم 2 / ث ؛
• 1cSt = 10 -6 م2 /ث = 1 مم2 /ث.

تحديد لزوجة الماء

يتم تحديد معامل لزوجة الماء عن طريق قياس زمن تدفق السائل من خلال أنبوب شعري معاير. تتم معايرة هذا الجهاز باستخدام سائل قياسي ذو لزوجة معروفة. لتحديد اللزوجة الحركية، المقاسة بالملم 2 / ثانية، يتم ضرب وقت تدفق السائل، المقاس بالثواني، بقيمة ثابتة.

يتم استخدام لزوجة الماء المقطر كوحدة للمقارنة، وقيمتها تكاد تكون ثابتة حتى مع تغيرات درجات الحرارة. معامل اللزوجة هو نسبة الوقت بالثواني الذي يستغرقه تدفق حجم ثابت من الماء المقطر من فتحة المعايرة إلى نفس القيمة لسائل الاختبار.

مقاييس اللزوجة

يتم قياس اللزوجة بدرجات أنجلر (°E)، أو ثواني Saybolt العالمية ("SUS")، أو درجات الخشب الأحمر (°RJ) اعتمادًا على نوع مقياس اللزوجة المستخدم. تختلف الأنواع الثلاثة من مقاييس اللزوجة فقط في كمية السائل المتدفق.

تم تصميم مقياس اللزوجة، الذي يقيس اللزوجة بالوحدة الأوروبية لدرجة إنجلر (°E)، لـ 200 سم 3 من السائل المتدفق. يحتوي مقياس اللزوجة الذي يقيس اللزوجة في Saybolt Universal Seconds ("SUS" أو "SSU") المستخدم في الولايات المتحدة الأمريكية على 60 سم 3 من سائل الاختبار. في إنجلترا، حيث يتم استخدام درجات الخشب الأحمر (°RJ)، يقيس مقياس اللزوجة لزوجة 50 سم 3 من السائل. على سبيل المثال، إذا كان 200 سم 3 من زيت معين يتدفق أبطأ بعشر مرات من نفس الحجم من الماء، فإن لزوجة إنجلر تكون 10 درجة شرقًا.

وبما أن درجة الحرارة هي عامل رئيسي في تغيير معامل اللزوجة، فعادةً ما يتم إجراء القياسات أولاً عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 20 درجة مئوية، ثم عند قيم أعلى. وبالتالي يتم التعبير عن النتيجة بإضافة درجة الحرارة المناسبة، على سبيل المثال: 10 درجة شرقًا/50 درجة مئوية أو 2.8 درجة شرقًا/90 درجة مئوية. تكون لزوجة السائل عند درجة حرارة 20 درجة مئوية أعلى من لزوجته عند درجات الحرارة الأعلى. تتمتع الزيوت الهيدروليكية باللزوجة التالية عند درجات الحرارة المناسبة:

190 سنتًا عند 20 درجة مئوية = 45.4 سنتًا عند 50 درجة مئوية = 11.3 سنتًا عند 100 درجة مئوية.

ترجمة القيم

يتم تحديد معامل اللزوجة في أنظمة مختلفة (الأمريكية، الإنجليزية، GHS)، ولذلك غالبًا ما يكون من الضروري تحويل البيانات من نظام قياس إلى آخر. لتحويل قيم لزوجة السوائل المعبر عنها بدرجات إنجلر إلى سنتيستوك (مم 2 / ثانية)، استخدم الصيغة التجريبية التالية:

ν(cSt) = 7.6 × °E × (1-1/°E3)

على سبيل المثال:

• 2° شرقًا = 7.6 × 2 × (1-1/23) = 15.2 × (0.875) = 13.3 سنتي سانت؛
• 9°E = 7.6 × 9 × (1-1/93) = 68.4 × (0.9986) = 68.3 سنتي.

من أجل تحديد اللزوجة القياسية للزيت الهيدروليكي بسرعة، يمكن تبسيط الصيغة على النحو التالي:

ν(cSt) = 7.6 × °E(مم 2 /ث)

بوجود اللزوجة الحركية ν بالملم 2 /ث أو cSt، يمكنك تحويلها إلى معامل اللزوجة الديناميكية μ باستخدام العلاقة التالية:

مثال. بتلخيص الصيغ المختلفة لتحويل درجات إنجلر (°E)، وcentistokes (cSt) وcentipoise (cP)، فإننا نفترض أن الزيت الهيدروليكي بكثافة ρ = 910 كجم/م 3 له لزوجة حركية قدرها 12° شرقًا، والتي في cSt الوحدات هي:

ν = 7.6 × 12 × (1-1/123) = 91.2 × (0.99) = 90.3 مم 2 /ث.

بما أن 1cSt = 10 -6 m 2 /s و1cP = 10 -3 N×s/m 2، فإن اللزوجة الديناميكية ستكون مساوية لـ:

μ =ν × ρ = 90.3 × 10 -6 910 = 0.082 N×s/m 2 = 82 سنتي بواز.

معامل لزوجة الغاز

يتم تحديده من خلال التركيب (الكيميائي والميكانيكي) للغاز ودرجة حرارة التشغيل والضغط ويستخدم في الحسابات الديناميكية للغاز المتعلقة بحركة الغاز. ومن الناحية العملية، يتم أخذ لزوجة الغازات في الاعتبار عند تصميم تطوير حقول الغاز، حيث يتم حساب التغيرات في المعامل اعتمادًا على التغيرات في تكوين الغاز (خاصة فيما يتعلق بحقول مكثفات الغاز) ودرجة الحرارة والضغط.

دعونا نحسب معامل لزوجة الهواء. ستكون العمليات مشابهة لمجاري المياه التي تمت مناقشتها أعلاه. لنفترض أن تدفقين من الغاز U1 وU2 يتحركان بالتوازي، ولكن بسرعات مختلفة. سيحدث الحمل الحراري (الاختراق المتبادل) للجزيئات بين الطبقات. ونتيجة لذلك، فإن زخم تدفق الهواء الذي يتحرك بشكل أسرع سوف ينخفض، وسوف يتسارع الهواء الذي كان يتحرك بشكل أبطأ في البداية.

يتم التعبير عن معامل لزوجة الهواء حسب قانون نيوتن بالصيغة التالية:

F = -h × (dU/dZ) × S

• dU/dZ هو تدرج السرعة؛
• S هي منطقة تأثير القوة؛
• معامل ح - اللزوجة الديناميكية.

مؤشر اللزوجة

مؤشر اللزوجة (VI) هو معلمة تربط التغيرات في اللزوجة ودرجة الحرارة. الاعتماد الارتباطي هو علاقة إحصائية، في هذه الحالة لكميتين، حيث يكون التغير في درجة الحرارة مصحوبًا بتغير منهجي في اللزوجة. كلما ارتفع مؤشر اللزوجة، قل التغيير بين القيمتين، أي أن لزوجة مائع العمل تكون أكثر استقرارًا مع تغيرات درجات الحرارة.

لزوجة الزيت

قواعد الزيوت الحديثة لها مؤشر لزوجة أقل من 95-100 وحدة. لذلك، يمكن للأنظمة الهيدروليكية للآلات والمعدات استخدام سوائل عمل مستقرة إلى حد ما، مما يحد من التغيرات الواسعة في اللزوجة في ظل ظروف درجات الحرارة الحرجة.

يمكن الحفاظ على مؤشر اللزوجة "الملائم" عن طريق إدخال إضافات خاصة (البوليمرات) إلى الزيت، يتم الحصول عليها عن طريق زيادة مؤشر اللزوجة للزيوت عن طريق الحد من التغير في هذه الخاصية ضمن نطاق مقبول. في الممارسة العملية، مع إدخال الكمية المطلوبة من المواد المضافة، يمكن زيادة مؤشر اللزوجة المنخفضة للزيت الأساسي إلى 100-105 وحدة. وفي الوقت نفسه، يؤدي الخليط الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة إلى تدهور خصائصه عند الضغط العالي والحمل الحراري، مما يقلل من فعالية المادة المضافة.

في دوائر الطاقة للأنظمة الهيدروليكية القوية، يجب استخدام سوائل العمل ذات مؤشر اللزوجة 100 وحدة. يتم استخدام سوائل العمل مع المواد المضافة التي تزيد من مؤشر اللزوجة في دوائر التحكم الهيدروليكية والأنظمة الأخرى التي تعمل في نطاق الضغط المنخفض/المتوسط، في نطاق درجات حرارة محدود، مع تسربات صغيرة وفي الوضع المتقطع. مع زيادة الضغط، تزداد اللزوجة أيضًا، لكن هذه العملية تحدث عند ضغوط أعلى من 30.0 ميجا باسكال (300 بار). في الممارسة العملية، غالبا ما يتم إهمال هذا العامل.

القياس والفهرسة

وفقًا لمعايير ISO الدولية، يتم التعبير عن معامل لزوجة الماء (والوسائط السائلة الأخرى) بالسنتيستوك: cSt (mm 2 /s). يجب إجراء قياسات لزوجة الزيوت المعالجة عند درجات حرارة 0 درجة مئوية و40 درجة مئوية و100 درجة مئوية. على أية حال، في رمز العلامة التجارية للزيت، يجب الإشارة إلى اللزوجة كرقم عند درجة حرارة 40 درجة مئوية. في GOST، يتم تحديد قيمة اللزوجة عند 50 درجة مئوية. تتراوح الدرجات الأكثر استخدامًا في المكونات الهيدروليكية للهندسة الميكانيكية من ISO VG 22 إلى ISO VG 68.

الزيوت الهيدروليكية VG 22، VG ​​32، VG ​​46، VG 68، VG 100 عند درجة حرارة 40 درجة مئوية لها قيم لزوجة تتوافق مع علاماتها: 22، 32، 46، 68 و 100 سنتي. تتراوح اللزوجة الحركية المثالية لسائل العمل في الأنظمة الهيدروليكية من 16 إلى 36 سنتًا.

حددت الجمعية الأمريكية لمهندسي السيارات (SAE) نطاقات اللزوجة عند درجات حرارة محددة وخصصت لهم الرموز المقابلة. الرقم الذي يلي الحرف W هو معامل اللزوجة الديناميكية المطلقة μ عند 0 درجة فهرنهايت (-17.7 درجة مئوية)، وتم تحديد اللزوجة الحركية ν عند 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية). تنطبق هذه الفهرسة على زيوت جميع المواسم المستخدمة في صناعة السيارات (ناقل الحركة، المحرك، إلخ).

تأثير اللزوجة على الأداء الهيدروليكي

إن تحديد معامل اللزوجة للسائل ليس ذا أهمية علمية وتعليمية فحسب، بل له أيضًا أهمية عملية مهمة. في الأنظمة الهيدروليكية، لا تقوم سوائل العمل بنقل الطاقة من المضخة إلى المحركات الهيدروليكية فحسب، بل تعمل أيضًا على تشحيم جميع أجزاء المكونات وإزالة الحرارة المتولدة من أزواج الاحتكاك. يمكن أن تؤدي لزوجة سائل العمل التي لا تتوافق مع وضع التشغيل إلى إضعاف كفاءة النظام الهيدروليكي بأكمله بشكل خطير.

تؤدي اللزوجة العالية لسائل العمل (الزيت عالي الكثافة جدًا) إلى الظواهر السلبية التالية:

• تؤدي المقاومة المتزايدة لتدفق السائل الهيدروليكي إلى انخفاض مفرط في الضغط في النظام الهيدروليكي.
• إبطاء سرعة التحكم والحركات الميكانيكية للمحركات.
• تطوير التجويف في المضخة.
• صفر أو إطلاق هواء منخفض جدًا من الزيت الموجود في الخزان الهيدروليكي.
• فقدان ملحوظ في الطاقة (انخفاض الكفاءة) للمكونات الهيدروليكية بسبب ارتفاع تكاليف الطاقة للتغلب على الاحتكاك الداخلي للسائل.
• زيادة عزم الدوران للمحرك الرئيسي للآلة بسبب زيادة الحمل على المضخة.
• زيادة في درجة حرارة السائل الهيدروليكي بسبب زيادة الاحتكاك.

وبالتالي فإن المعنى الفيزيائي لمعامل اللزوجة يكمن في تأثيره (إيجابا أو سلبا) على مكونات وآليات المركبات والآلات والمعدات.

فقدان الطاقة الهيدروليكية

تؤدي اللزوجة المنخفضة لسائل العمل (الزيت منخفض الكثافة) إلى الظواهر السلبية التالية:

• انخفاض الكفاءة الحجمية للمضخات نتيجة زيادة التسربات الداخلية.
• زيادة في التسريبات الداخلية في المكونات الهيدروليكية للنظام الهيدروليكي بأكمله - المضخات والصمامات والصمامات الهيدروليكية والمحركات الهيدروليكية.
• زيادة تآكل وحدات الضخ وتشويش المضخات بسبب عدم كفاية لزوجة سائل العمل اللازم لضمان تزييت أجزاء الاحتكاك.

الانضغاطية

يتم ضغط أي سائل تحت الضغط. فيما يتعلق بالزيوت والمبردات المستخدمة في الهندسة الميكانيكية والهيدروليكية، فقد ثبت تجريبيًا أن عملية الضغط تتناسب عكسيًا مع كتلة السائل لكل حجمه. تكون نسبة الضغط أعلى بالنسبة للزيوت المعدنية، وأقل بكثير بالنسبة للمياه، وأقل بكثير بالنسبة للسوائل الاصطناعية.

في الأنظمة الهيدروليكية البسيطة ذات الضغط المنخفض، يكون لانضغاطية السائل تأثير ضئيل على تقليل الحجم الأولي. ولكن في الآلات القوية ذات المحركات الهيدروليكية ذات الضغط العالي والأسطوانات الهيدروليكية الكبيرة، تتجلى هذه العملية بشكل ملحوظ. بالنسبة للأنظمة الهيدروليكية، عند ضغط 10.0 ميجا باسكال (100 بار)، ينخفض ​​الحجم بنسبة 0.7%. وفي الوقت نفسه، يتأثر التغير في حجم الضغط إلى حد ما باللزوجة الحركية ونوع الزيت.

خاتمة

إن تحديد معامل اللزوجة يجعل من الممكن التنبؤ بتشغيل المعدات والآليات في ظل ظروف مختلفة، مع مراعاة التغيرات في تكوين السائل أو الغاز والضغط ودرجة الحرارة. كما أن رصد هذه المؤشرات مهم في قطاع النفط والغاز والمرافق والصناعات الأخرى.

تعد لزوجة الماء خاصية مهمة جدًا للمياه لكوكبنا بأكمله، والتي نتواصل معها كل يوم.

لقد قدمنا ​​بالفعل تعريفًا موجزًا ​​لـ "لزوجة الماء" في مادتنا -. في هذه المادة سنقدم تعريفا أكثر تفصيلا لهذا المصطلح.

ما هي لزوجة السوائل

اللزوجة موجودة في جميع المواد التي لها سيولة. السيولة هي حركة/تحول بعض جزيئات المادة بالنسبة إلى جزيئات أخرى من نفس المادة. اللزوجة نتيجة لقوة الاحتكاك الداخلي التي تنشأ بين الجزيئات تقاوم عملية السيولة. هذه الصيغة صحيحة بالنسبة للمواد الغازية والسائلة. لزوجة المواد الصلبة ذات طبيعة مختلفة قليلاً ويتم وصفها بشكل منفصل.

تنقسم لزوجة السوائل إلى نوعين - اللزوجة الحركية والديناميكية، والتي تسمى أيضًا المطلقة أو البسيطة.

تعتمد لزوجة الماء على تركيز المحلول والضغط ودرجة الحرارة.

يتجلى الشذوذ في لزوجة الماء في حقيقة أنه مع زيادة درجة الحرارة أو الضغط، فإنه يتناقص.

اللزوجة الديناميكية والحركية للماء (السوائل)

اللزوجة الديناميكية- قيمة تحدد مقاومة سيولة الماء عندما تتحرك طبقة بمساحة 1 سم 2 مسافة 1 سم وبسرعة 1 سم / ثانية.

يتم قياس اللزوجة الديناميكية بالوحدات التالية:

• النظام الدولي للوحدات (SI) - وحدة القياس Pa s (باسكال ثانية)؛
• نظام GHS هو وحدة قياس "الاتزان".

اللزوجة الحركية هي القيمة التي تحدد مقدار مقاومة "سيولة" الماء تحت قوة جاذبيته. يتم حساب اللزوجة الحركية في ستوكس ويتم تعريفها على أنها نسبة اللزوجة الديناميكية إلى كثافتها.

على سبيل المثال، اللزوجة الحركية للماء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية تساوي 1.789 10 6، م 2 / ث.

قيمة لزوجة الماء

أهمية اللزوجة للعمليات التي تحدث على كوكبنا كبيرة جدًا. من المستحيل ببساطة وصف جميع مظاهره في مادة واحدة.

ولذلك نشير إلى أهمها بالنسبة للإنسان:

• لزوجة الماء تحدد لزوجة الدم عند جميع الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان؛
• إذا كانت لزوجة الماء أقل، فإن الهياكل الدقيقة للشعيرات الدموية البشرية سوف تنهار؛
• وبسبب الشذوذ في كثافة المياه، يمكن للمياه الجوفية أن تتحرك، بما في ذلك نحو سطح الأرض؛
• نظرًا للزوجته المنخفضة نسبيًا، يكون الماء سائلًا جدًا وقادرًا على حمل كميات كبيرة من الجزيئات الذائبة والمعلقة؛

مثل جميع خصائص الماء الأخرى، تلعب اللزوجة دورًا لا غنى عنه لكوكبنا بأكمله.

الجدول 15.5

اللزوجة الحركية لبعض السوائل عند درجة حرارة 20 درجة (هادجمانقرص مضغوط، 1965)

الماء يعيق تقدم السباح. في ديناميكا الموائع، يتم استخدام رقم رينولدز لحساب حركة الموائع. رقم رينولدز هو كمية لا أبعاد لها، حيث كثافة السائل ولزوجته، و- سرعة حركته بالنسبة للجسم و - طول معين .

القاعدة التي بموجبها يكون هيكل التدفق حول الأجسام ذات الشكل نفسه هو نفسه إذا كان رقم رينولدز هو نفسه، لا تنطبق في الحالات التي نتحدث فيها عن سلوك السائل بالقرب من سطحه الحر.

يتم التعبير عن رقم رينولدز بشكل ملائم بكمية تسمى اللزوجة الحركية.

في كثير من الحالات يكون من الصعب قياس القوى المؤثرة على الجسم المتحرك في السائل. وفي هذا الصدد، يتم استخدام أنفاق الرياح والأنابيب الهيدروديناميكية للتجارب.

يجر. فيعندما يتحرك جسم في سائل فإنه يتعرض لقوة تعوق حركته. هذه القوة تسمى السحب. ويعتمد حجمه على طبيعة السائل وعلى حجم الجسم المتحرك وشكله وسرعته.

كما أظهرت التجارب في أنفاق الرياح، يمكن تحديد مقاومة الجسم أو الأجسام المختلفة ذات الشكل نفسه من خلال الصيغة حيث D هو السحب، ر- كثافة السائل، و- سرعة حركة السائل بالنسبة للجسم، أ - المساحة المميزة و ج د - قيمة تسمى معامل السحب، والتي تعتمد على شكل الجسم وعدد رينولدز.

لسوء الحظ، لا يوجد تعريف واحد لـ A يمكن أن يكون مريحًا لأي شكل جسم. يتم استخدام المجالات التالية:

1) المنطقة الأمامية، أي منطقة إسقاط الجسم على مستوى متعامد مع اتجاه التدفق. في حالة الاسطوانة ذات الارتفاع حونصف القطر ز،المنطقة الأمامية ستكون مساوية ل ط 2 ،إذا كان محور الاسطوانة موازيا للتدفق، و 2rh,إذا كان متعامدا عليه؛

2) مساحة الإسقاط الأكبر، أي الإسقاط في الاتجاه الذي تكون فيه مساحته أكبر؛ يتم استخدام هذه الكمية عند التعامل مع التدفق حول شكل الجناح؛ بالمقارنة مع المنطقة الأمامية، فهي تتميز بأنها لا تتغير عند إمالة المظهر الجانبي؛

3) إجمالي سطح الجسم. يجب أن نتذكر أنه في حالة وجود لوحة رقيقة ستكون هذه هي المساحة الإجمالية لكلا الجانبين.

إذا كنت في شك، فمن المهم الإشارة أيّتم استخدام هذه المناطق لحساب المعامل C

في التين. يوضح الشكل 15.34 منحنيات اعتماد معامل السحب C d على رقم رينولدز للأجسام ذات الأشكال المختلفة.

تم حساب جميع المعاملات على أساس المنطقة الأمامية.

تم تحديد رقم رينولدز لجميع الأجسام باستثناء القرص بالطريقة المعتادة من الطول المقاس في اتجاه التدفق؛ بالنسبة للقرص، تم تحديده من خلال قطره، على الرغم من أنه يقع بشكل عمودي على التدفق.

ونظرًا لقلة العمل على مقاومة السباحين، فإننا نقدم بيانات من T.O. لانج، ك.س. نوريس (1966)، ر. الكسندر (1968) تم الحصول عليها من دراسة الدلافين. وقد وجد أنه من خلال "الرميات" القصيرة يمكن للدلفين أن يصل إلى سرعة تصل إلى 830 سم/ث (حوالي 16 عقدة)، وبسرعة 610 سم/ث (حوالي 12 عقدة) يمكنه السباحة لمدة دقيقة واحدة تقريبًا. كان طول الدولفين (Turbiopsgilli) 191 سم، لذا كان رقم رينولدز عند أول هذه السرعات 830191 / 0.01 = 1.6107. تم تبسيط ملف تعريف الدلفين بشكل جيد. الجلد ناعم للغاية وخالي من الشعر. كل شيء يشير إلى كمية منخفضة من السحب.

أرز. 15.34.اعتماد معامل السحب على رقم رينولدز لقرص متعامد مع اتجاه حركته؛ لأسطوانة ممدودة تتحرك بشكل عمودي على محورها؛ للكرة وللجسم الانسيابي الذي يتحرك على طول محوره (وفقًا لـ R. Alexander، 1970)

دعونا نحاول تقدير مقدار مقاومة الدلفين الذي يسبح بسرعة 830 سم/ث والطاقة التي تطورها عضلاته. ربما تبلغ المساحة الأمامية للدلفين الذي يبلغ طوله 191 سم حوالي 1100 سم2. معاملات السحب للأجسام الانسيابية عند رقم رينولدز حوالي 1.6-107 تقترب من 0.055. استبدال هذه القيم في المعادلة

سنجد أن مقاومة الدلفين لدينا تبلغ تقريبًا 1/2 (830) 2 1100 0.055 = 2.0-10 7 داينات. القدرة تساوي المقاومة مضروبة في السرعة، أي في هذه الحالة 830 2.0 10 7 إرج/ث، أو 1660 وات. ومع ذلك، هناك حاجة إلى المزيد من القوة من العضلات، لأن كفاءة الدلفين عند السباحة لا يمكن أن تصل إلى 100٪؛ لذلك لا يمكن أن يكون أقل من 2000 واط. يزن الدلفين 89 كيلو جرامًا، وربما تمثل العضلات المشاركة في السباحة حوالي 15 كيلو جرامًا منها. وبالتالي، يجب أن تكون قوة العضلات حوالي 130 واط/كجم. وهذا يعادل ثلاثة أضعاف القوة القصوى التي يمكن أن تتطورها عضلات الإنسان عند العمل على مقياس عمل الدراجة.

إن السحب ليس هو القوة الهيدروديناميكية الوحيدة التي تؤثر على الأجسام التي تتحرك في السائل أو التي تكون في حالة تدفق. بحكم التعريف، له نفس اتجاه سرعة حركة السائل بالنسبة للجسم. عندما يتحرك جسم متماثل على طول محور التماثل، فإن القوة الهيدروديناميكية المؤثرة عليه يتم توجيهها بشكل مستقيم وتمثل السحب. لكن عندما يتحرك جسم متماثل بزاوية معينة نحو محور التناظر، فإن القوة الهيدروديناميكية تؤثر بزاوية معينة على مساره. ويمكن أن تتحلل إلى مكونين، أحدهما موجه للخلف ويمثل السحب، والآخر يعمل بزاوية قائمة على الأول.

طاقة السباح.عندما يسبح الإنسان، فإنه يضفي كمية معينة من الطاقة إلى الماء من أجل التحرك (السباحة) من خلاله. وهذا يخلق موجة ستفقد في النهاية كل الطاقة المنقولة إليها على شكل حرارة، وسيصبح سطح الماء هادئًا مرة أخرى. تمثل الطاقة المستهلكة بهذه الطريقة أثناء السباحة الشغل المبذول بالإضافة إلى الحرارة التي فقدها جسم السباح.

اللزوجةتسمى قدرة السوائل على مقاومة القوى المماسية لسطح حجم محدد، أي قوى القص.

دع السائل يتدفق على طول جدار مسطح (الشكل 1) في طبقات. بسبب الكبح من الحائط، فإن طبقات السائل ستتحرك بسرعات مختلفة، وتزداد قيمها مع المسافة من الحائط.

النظر في طبقتين تتحرك على مسافة
من بعضهما البعض. بسبب اختلاف السرعة، تنتقل الطبقة B بالنسبة إلى الطبقة A بمقدار
لكل وحدة زمنية. ضخامة
التحول المطلق للطبقة B على الطبقة A، و - تدرج السرعة (معدل القص أو الانفعال النسبي). قلق

الصورة 1

التي تحدث أثناء هذه الحركة (قوة الاحتكاك لكل وحدة مساحة) يشار إليها بالرمز . تتم كتابة العلاقة بين إجهاد القص ومعدل الانفعال عن طريق القياس مع ظاهرة القص في المواد الصلبة في الشكل

(10)

أو إذا كانت الطبقات قريبة بشكل لا نهائي من بعضها البعض، فسنحصل على قانون نيوتن للاحتكاك اللزج

(11)

ضخامة ، الذي يميز مقاومة السائل للقص العرضي، يسمى معامل اللزوجة الديناميكية. اعتمادًا على اختيار اتجاه حساب المسافات على طول الخط الطبيعي (من جدار الأنبوب المعني أو محوره)، يمكن أن يكون تدرج السرعة موجبًا أو سالبًا. لافتة في الصيغة (11) يتم أخذها بحيث يكون إجهاد القص موجبًا.

قوة الاحتكاك الداخلي في السائل

(12)

أي أنها تتناسب طردياً مع معامل اللزوجة الديناميكية، أي مساحة طبقات الاحتكاك
وتدرج السرعة .

في نظام SI، يكون لمعامل اللزوجة الديناميكية البعد . في نظام GHS يتم أخذ وحدة معامل اللزوجة الديناميكية اتزان (Pz).البعد اتزان–
لذلك،
أو

في أغلب الأحيان في الحسابات يتقدم الحركيةمعامل اللزوجة،

. (13)

حصل هذا المعامل على اسم "الحركي" نظرًا لأن بعده يشمل وحدات قياس المعلمات الحركية فقط ولا يشمل وحدات القوة

في نظام SI يقاس معامل اللزوجة الكينماتيكية بـ (م2/ث)، في نظام GHS - سم2/ث أو ستوكس(شارع). قيمة أصغر 100 مرة ستوكس, مُسَمًّى سنتيستوكس.

في الممارسة العملية، يتم استخدام وحدات قياس لزوجة السائل إلى جانب الوحدات المذكورة الشرطدرجة الصياد(0 E)، يتم تحديده بواسطة أحد أدوات قياس اللزوجة - مقياس اللزوجة إنجلر.

تحت الدرجة التقليدية إنجلرفهم علاقة وقت انتهاء الصلاحية
م3 (200 سم3) من سائل الاختبار، عند درجة حرارة معينة من وعاء أسطواني نحاسي ذو قاع مخروطي الشكل عبر فتحة معايرة قطرها 2.8 مم، إلى وقت التدفق من نفس الوعاء
م3 من الماء المقطر عند درجة حرارة 20 درجة مئوية.

بناءً على قيمة اللزوجة المعروفة في الدرجات التقليدية إنجلر، معامل اللزوجة الحركية، ، تحددها الصيغة

. (14)

تعتمد لزوجة السوائل إلى حد كبير على درجة الحرارة. وفي هذه الحالة، تنخفض لزوجة السوائل القطيرات مع زيادة درجة الحرارة (الجدول 2)، وتزداد لزوجة الغازات. ويفسر ذلك حقيقة أن طبيعة لزوجة قطرات السوائل والغازات مختلفة. في الغازات، يزداد متوسط ​​سرعة الحركة الحرارية والمسار الحر للجزيئات مع زيادة درجة الحرارة، مما يؤدي إلى زيادة اللزوجة. في السوائل القطيرات، يمكن للجزيئات أن تتأرجح فقط حول موضع متوسط. مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد سرعة الحركات الاهتزازية للجزيئات. وهذا يجعل من السهل التغلب على الروابط التي تربطها، ويصبح السائل أكثر قدرة على الحركة وأقل لزوجة.

الجدول 2 - معامل اللزوجة الحركية للماء عند درجات حرارة مختلفة

	ν ، سم 2 /ث		ν ، سم 2 /ث		ν ، سم 2 /ث		ν ، سم 2 /ث		ν ، سم 2 /ث		ν ، سم 2 /ث

المعامل الحركي لزوجة السوائل القطيرة عند الضغط
يعتمد بشكل ضعيف على الضغط. ويبين الجدول 3 قيم معامل اللزوجة الكينماتيكية لبعض السوائل.

جدول 3 - معامل اللزوجة الكينماتيكية لبعض السوائل

سائل		ν ، سم 2 /ث	سائل		ν ، سم 2 /ث
حليب صافي			لا مائي الجلسرين
			زيت خفيف
			زيت ثقيل
زيت ايه ام جي-10

يتناقص معامل اللزوجة الحركية للغازات مع زيادة الضغط.

سؤال:

مرحبًا! هل يمكن أن تخبرني، لم أجده في أي مكان، ما هي لزوجة الماء المالح بكثافة 1.15-1.2 جم/سم 3 عند درجات الحرارة المنخفضة والسالبة؟ على سبيل المثال عند -20 درجة مئوية؟ شكرا لكم مقدما. رسلان

إجابة:

مرحبا عزيزي رسلان!

يعتمد معامل اللزوجة الديناميكية للماء بشكل كبير على درجة الحرارة، ولكنه يكاد يكون مستقلاً عن الضغط. قيمة هذا المعامل للمياه العذبة، التي تم الحصول عليها تجريبيًا لـ t°С = 0°С، μ = 1.793·10 3 Pa·s. عند حساب معامل اللزوجة الديناميكية، يتم استخدام صيغة بوازيوي التجريبية:

μ = 0.000183/(1 + 0.0337 طن + 0.000221 طن 2)،
حيث t هي درجة حرارة الماء.

يختلف معامل اللزوجة الديناميكية للمياه المالحة قليلاً عن معامل اللزوجة العذبة. على سبيل المثال، عند t = 20 درجة مئوية وS = 25‰، تساوي 1.052·10 -3 Pa·s، وبالنسبة للمياه العذبة - 1.003·10 -3 Pa·s، أي أكثر بحوالي 5%.

تجدر الإشارة إلى أن العديد من صيغ الحساب تتضمن نسبة معامل اللزوجة الديناميكية μ إلى كثافة السائل ρ، والتي تسمى معامل اللزوجة الحركية (اللزوجة الحركية):
ν = μ/ρ

تنخفض قيم معاملات اللزوجة بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة.

يمكن أيضًا تحديد لزوجة السوائل باستخدام مقياس اللزوجة. هناك عدة أنواع من هذه الأجهزة. في أبسط مقياس اللزوجة الميداني، استنادًا إلى مبدأ التدفق، على سبيل المثال، يتم سكب محلول اختبار بحجم 500 سم 3 في قمع، ويجب تحديد لزوجته. يتم قياس درجة الحرارة ووقت التدفق من قمع محلول الاختبار T r؛ ثم يُسكب الماء المقطر في القمع عند نفس درجة الحرارة (عادة 20 درجة مئوية) ويتم تحديد وقت انتهاء الصلاحية T. سلوك

هناك لزوجة نسبية (بالنسبة للسوائل اللزجة تكون دائمًا أكبر من 1).

تنخفض لزوجة الماء مع زيادة درجة الحرارة بشكل ملحوظ: على سبيل المثال، عندما تزيد درجة حرارة الماء من 0 إلى 100 درجة مئوية، تنخفض اللزوجة بنحو 8 مرات. عند الضغط الجوي الطبيعي تم إعداد جدول لتحديد المعامل الحركي لزوجة الماء حسب درجة الحرارة.

القيمة v م 2 / ثانية للمياه حسب درجة الحرارة

ر درجة مئوية	0	2	4	6	8
0	179	167	157	147	138
10	131	124	117	112	106
20	101	96	92	87	84
30	80	75	72	69	67
40	66	62	60	58	56
50	56	52	51	49	48

بالإضافة إلى ذلك، تعتمد لزوجة السائل أيضًا على الضغط. عند ضغوط تصل إلى 2·10 7 باسكال، يكون التغير في لزوجة الماء ضئيلًا وغالبًا لا يؤخذ في الاعتبار في الحسابات.

ترد البيانات المرجعية حول اعتماد لزوجة الماء على درجة الحرارة في الكتب المرجعية التالية:
ريفكين س. الخصائص الفيزيائية الحرارية للمياه www.oglibrary.ru/data/demo/6263/62630003.html
دليل الكيميائي نيكولسكي ب. lib.mexmat.ru/books/12114

الخصائص الفيزيائية للمياه

كثافة الماء عند درجات حرارة مختلفة

درجة حرارة	كثافة
س ج	كجم/م3
0	999,9
5	1000
10	999,7
20	998,2
30	995,7
40	992,2
50	988,1
60	983,2
70	977,8
80	971,8
90	965,3
100	958,4

اللزوجة الديناميكية والحركية للماء عند درجات حرارة مختلفة

درجة حرارة	اللزوجة الديناميكية	اللزوجة الحركية
س ج	(ن.ك/م2) × 10 -3	(م2/ث) × 10 -6
0	1,787	1,787
5	1,519	1,519
10	1,307	1,307
20	1,002	1,004
30	0,798	0,801
40	0,653	0,658
50	0,547	0,658
60	0,467	0,475
70	0,404	0,413
80	0,355	0,365
90	0,315	0,326
100	0,282	0,294

الخصائص الفيزيائية الأساسية للمياه في درجات حرارة مختلفة

درجة حرارة	كثافة	السعة الحرارية النوعية C ص	معامل التمدد الخطي الحراري	رقم براندتل
س ج	كجم/م3	كيلوجول / (كجم.ك)	(1/ك) × 103	-
0	999,9	4,217	-0,07	13,67
20	998,2	4,182	0,207	7,01
40	992,1	4,179	0,385	4,34
60	983,2	4,185	0,523	2,99
80	971,8	4,197	0,643	2,23
100	958,4	4,216	0,752	1,75