 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Вязкость
|
Читайте также: |
Вязкость - свойство жидкостей и газов, характеризующих сопротивляемость скольжению или сдвигу одной их части относительно другой.
Коэффициент динамической вязкости m характеризует силы взаимодействия между молекулами газа, которые преодолеваются при его движении.
Основной единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда (Па 
с). В нефтепромысловой практике вязкость измеряют в пуазах (П) или сантипуазах (сП). 1сП = 0,01 П= 0,001 Па с.
Существует огромное количество методов определения динамической вязкости. В данном учебном пособии, изложим метод Чэпмена и Энскога.
В рамках кинетической теории газов Чэпмена и Энскога они дали следующее определение коэффициента динамической вязкости:
(9)
где М - молекулярная масса;
Т - температура, К;
- параметр потенциала Леннарда-Джонсона, А;
- интеграл столкновений.
Чтобы использовать его для расчета вязкостей, необходимо найти параметр потенциала Леннарда-Джонсона и интеграл столкновений.
Формула (9) широко используется в практических расчетах.
Значения интеграла столкновений Ωv для неполярных молекул приведены в таблице: интегралы соударений. Методы расчета этой величины приведены ниже: метод Нойфельда (для неполярных молекул), метод Брокау (для полярных молекул).
Далее, понятие полярных и неполярных газов взято из химии.
Для неполярных газов (Н2, N2, O2).
Параметр потенциала Леннарда-Джонсона определяется из уравнения:
(10)
где 
- фактор ацентричности;
- критическое давление, МПа;
- - критическая температура, К.
Интеграл столкновений для неполярных газов определяется по выражению Нойфельда:
(11)
Для нахождения сначала вычисляют величину:
(12)
где соотношение 
определяется по выражению Ти, Готоха и Стьюарта:
(13)
где 
- фактор ацентричности;
- параметр потенциала Леннарда-Джонсона, эрг;
=1,3805 
, эрг/К – постоянная Больцмана.
Методика определения значения вязкости для неполярных газов наведена ниже.
Пример 3. Рассчитать вязкость газообразного метана при температуре 50 °С, применив теорию Чэпмена-Энскога и потенциал Леннарда-Джонса. Сравнить полученное значение с экспериментальным результатом 11,82 мкПа-с.
Решение. Значения 
определяются по выражениям (13) и (10) соответственно. Фактор ацентричности для метана примем равным 0,008.
При температуре 50 °С:
Тогда по уравнению (11) интеграл столкновений равен
По уравнению 9 коэффициент динамической вязкости метана при температуре 50°С равен:
Погрешность составляет 
Ответ: 
, 
.
Для полярных газов динамическая вязкость определяется по выражению Брокау:
(14)
где 
- параметр потенциала Штокмайера, безразмерная величина, для уменьшения погрешности расчетов рекомендовано подставлять экспериментальное значение;
(Леннард-Джонс) - интеграл столкновений Леннарда-Джонса, определяется по выражению (11).
Пример 4. Рассчитать вязкость газообразного аммиака при температуре 100 °С, применив теорию Чэпмена-Энскога и потенциал Штокмайера. Сравнить полученное значение с экспериментальным результатом 12,87 мкПа 
с.
Решение. Значение 
, 
, определяются по результатам экспериментальных данных и соответственно равны 358; 3,15; 0,7.
При температуре 100°С:
Тогда по уравнению (14) интеграл столкновений равен:
=1,653
По уравнению 9 коэффициент динамической вязкости аммиака при температуре 100 равен:
Погрешность составляет 
Ответ: 
, 
.
Коэффициент кинематической вязкости. В расчетах наряду с абсолютной вязкостью газа применяют кинематическую вязкость n, равную абсолютной вязкости, деленной на плотность газа:
n=m/r
Единицей кинематической вязкости является квадратный метр на секунду (м2/с) или квадратный миллиметр на секунду (мм2/с) 1 мм2/с = 10-6 м2/с.
В нефтепромысловой практике кинематическую вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт) 1 Ст = 10-4 м2/с; 1 сСт = 10-6 м2/с = 1 мм2/с.
При пересчетах абсолютной вязкости газа в кинематическую значения плотности r или удельного веса g берутся при рассматриваемых давлениях и температурах.
Пример 5. Определить кинематический коэффициент вязкости двуокиси углерода при t=30°С и 
Решение. Пренебрегая зависимостью динамического коэффициента вязкости от давления, находим по (рис 1.) для двуокиси углерода при 30°С:
Определяем плотность двуокиси углерода:
Кинематический коэффициент вязкости:
n= 
Ответ: n= 
Природа вязкости газов и жидкостей. В газах расстояние между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому вязкость газов – следствие хаотического (теплового) движения молекул, сопровождающее переносом от слоя к слою определённого количества движения, в результате медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешних сил, уравновешивающих вязкое сопротивление и поддерживающее установившееся течение, полностью переходит в теплоту.
В жидкостях, где расстояние между молекулами много меньше, чем в газах, вязкость обусловлена молекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на “рыхление” жидкости) расходуется так называемая энергия активации вязкого течения.
При больших давлениях (больше 10-15 МПА) газы становятся не идеальными, так как средние расстояния между молекулами становятся сравнимыми с радиусом межмолекулярного взаимодействия, и природа вязкости газов становится аналогичной жидкости.
Поиск по сайту: