Явления переноса. Вязкость (внутреннее трение). Уравнение Ньютона. Коэффициент вязкости. Градиент скорости и перенос импульса.
Явление переноса. В термодинамически неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы, импульса. К явлениям переноса относятся теплопроводность (обусловлена переносом энергии), диффузия (обусловлена переносом массы) и внутреннее трение (обусловлено переносом импульса). Вязкость (внутреннее трение). Суть механизма возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа (жидкости), которые движущутся с различными скоростями, есть в том, что из-за хаотического теплового движения осуществляется обмен молекулами между слоями, в результате чего импульс слоя, который движется быстрее, уменьшается, который движется медленнее — увеличивается, что приводит к торможению слоя, который движется быстрее, и ускорению слоя, который движется медленнее. Согласно формуле (эмпирическое уравнение вязкости) 
сила трения между двумя слоями жидкости или газа равна 
коэффициент вязкости 
величина показывающая как быстро изменяется скорость жидкости или газа в направлении оси 
перпендикулярном к направлению движения слоев (градиент скорости). 
величина, поверхности, по которой действует сила 
. Уравнение Ньютона. Согласно Второму закону Ньютона взаимодействие двух слоев с силой можно рассматривать как процесс, в ходе которого от одного слоя к другому передается в единицу времени, импульс по величине равный . Поэтому уравнение можно представить: 
импульс передаваемый за секунду от слоя к слою через поверхность 
. Поток импульса 
измеряется 
. Следовательно коэффициент вязкости измеряется в 
. Знак минус обусловлен обстоятельством, что импульс «течет» в направлении убывания скорости 
. Поэтому знак потока импульса и производной 
противоположны. Коэффициент вязкости. Вязкость (внутренне трение) обуславливается силой трения, возникающей при относительном смещении слоев жидкости. Вязкость жидкости характеризуется коэффициентом вязкости. Эта величина определяет свойства жидкости и связывает силу внутреннего трения в жидкости со скоростью ее частиц.Коэффициент вязкости зависит от природы и состояния жидкости или газа и численно равен силе внутреннего трения, возникающей на единице поверхности соприкосновения движущихся слоев при единичном градиенте скорости. Молекулярно-кинетическая теория полагает, что вязкость жидкостей и газов связана с тепловым движением молекул и их взаимодействием. При хаотическом молекулярном движении происходит обмен молекулами между соседними слоями. Это приводит к переносу импульса из слоя в слой, в результате чего медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. В газах, где расстояния между молекулами велики, основная причина вязкости - хаотическое тепловое движение молекул. С повышением температуры вязкость газов увеличивается. В жидкостях межмолекулярные расстояния существенно меньше, чем в газах, и вязкость обусловлена в первую очередь межмолекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. При нагревании вязкость жидкостей понижается.
Градиент скорости и градиент импульса. В вязкой жидкости или газе существует перепад скоростей ее движущихся слоев вдоль оси Z, перпендикулярной направлению движения жидкости. Количественно величина различий в скорости движения слоев жидкости характеризуется градиентом скорости 
, называемым также скоростью сдвига. Слой, непосредственно прилегающий к стенкам трубы, благодаря прилипанию частичек жидкости к стенкам трубы, имеет скорость 
. Градиент скорости показывает изменение скорости на единицу длины радиуса трубы.
Градиент импульса 
вектор, характеризующий убывание импульса в атмосфере на единицу расстояния по нормали
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 2355; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!