43

86 „Ć wiczenia laboratoryjne z mechaniki płynów"

2.1. Lepkość płynów

Płyny rzeczywiste wykazują zdolność przenoszenia naprężeń styczny ch, przy czy m naprężenia powstają między sąsiednimi warstwami pły nu, które poruszają się z różnymi prędkościami. Naprężenia sty czne powstają również pomiędzy poruszający m się pły nem i ciałem stały m, natomiast nie występują w czasie spoczynku lub w płynie poruszającym się z wyrównaną prędkością. Zgodnie z hipotezą Newtona, naprężenie styczne występujące między sąsiednimi warstw ami lub elementami płynu jest proporcjonalne do przy rostu prędkości w kierunku normalnym do kierunku przepły wu (rys.l), czy li

gdzie: rj - współczynnik lepkości dynamicznej, zwany popularnie lepkością dynamiczną [kg'ms]

Rys. 1. Schemat ilustrujący zmianę prędkości płynu w kierunku normalnym do kierunku przepły wu według hipotezy Newtona

Płyny, dla których obowiązuje zależność (I) nazywa się płynami newtonowskimi. Należy do nich między innymi woda i powietrze.

Lepkość dynamiczna 7 jest funkcją temperatury, ciśnienia i rodzaju pły nu. Zależność lepkości 7 od ciśnienia jest nieznaczna (wpływ ciśnienia ma duże znaczenie dla bard/o duży ch jego wartości ) 100 MPd). Lepkość płynów rośnie bardzo wolno wraz ze wzrostem ciśnienia, a jedynym wyjątkiem jest woda. której lepkość w zakresie temperatur poniżej 305A' (32 C) maleje ze wzrostem ciśnienia. Natomiast zależność lepkości r] od temperatury jest bardzo wyraźna i zupełnie odmienna dla cieczy i gazów (rys. 2). I.epkość gazu rośnie wraz ze wzrostem temperatury, ponieważ wzrasta wtedy energia kinetyczna cząstek i rośnie wymieniany przez nic pęd. Lepkość dynamiczna cieczy maleje ze wzrostem temperatury . W cieczach ruch molekuł jest stosunkowo mało intensywny, wobec czego naprężenia sty czne powstają głównie wskutek molekularnych sił spójności. Przy wzroście temperatury rosną odległości pomiędzy molekułami, a zatem maleją siły spójności i w efekcie tego występuje spadek lepkości.

Rys. 2. Charakter zmian lepkości gazów i cieczy wskutek zmian temperatury

W literaturze można spotkać wiele równań pozwalających na obliczenie lepkości płynów w dowolnej temperaturze rj = i](T). Lepkość gazów' można obliczyć np. na podstawie wzoru Sutherlanda