B. ĐỘNG Lực HỌC CỦA CHẤT LỎNG
2.5. KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG Lực HỌC CỦA CHAT LỎNG
2.5.2. Độ nhớt và các yê'u tố ảnh hưởng lên độ
2.5.2.1. Đô nhớt
Khi chất lỏng thực chuyển động sẽ xảy ra quá trình trượt giữa các lớp chất lỏng giống như hiện tượng ma sát, vì có lực ma sát trong. Lực ma sát này gây ra sức cản của chất lỏng đối vái chuyển động tưđng đối của các phần tử chất long. Tính chất này của chất lỏng thực được gọi là độ nhớt.
Ví dụ: Lổp A chuyển động với vận toc w và lớp B chuyển động vói
vận tốc w + dô;. Hai lốp chuyển động song song nhau, vận tốc tương đụi của lớp sau so vúi lớp trưồc là chơ, khoảng cách giữa hai lốp là dn (hình 2.11).
Theo định nghĩa của Newton về lực ma sát bên trong chất lỏng theo chiều dọc là: lực ma sát bên trong theo chiều dọc của chất lỏng chảy thành dòng song song nhau là lực xuất hiện
khi các lóp chất lỏng trượt lên nhau sẽ:
- tỷ lệ thuận vối gradient vận tốc;
- tỷ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc giừa hai lốp;
không phụ thuộc vào áp suất, chỉ phụ thuộc vào
những tính chất vật lý của chất lổng, do đó phụ thuộc vào nhiệt độ:
n - hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng gọi là độ nhót động lực, được tính:
s d n >
^ = —•-7—, N.s/m- t ci IV
Đơn vị độ nhớt động lực được tính bằng lực là 1 N làm chuyển động hai lốp chất lỏng có diện tích tiếp xúc là 1 m2, cách nhau 1 m vói vận tốc 1 m/s.
Ngoai ra thư nguyên cua dộ nhót động lưc đươc đo theo kg/m s hoăc Poa (P), centipoa (cP).
Chúng có quan hệ như sau:
1 p = 100 cP = 0,1 N.s/nr = 0,0102 kp.s/m2
1 N.s/nr = 1 kg/m.s = 10 p = 1000 cP= 0,102 kp.s/m2.
Nếu lập tỷ sô' của độ nhốt động lực với khối lượng riêng của chất lỏno- gọi là hệ sô độ nhớt động hay độ nhót động học, ký hiệu v:
8 đến 15 m/s 15 đến 25 m/s 20 đến 40 m/s 30 đến 50 m/s
w + dw Hình 2.11. Nội ma sát
trong đó
S = ^,N dìi
s— lực ma sát bên trong chất lỏng, N;
F - diện tích mặt tiếp xúc giữa các lóp chất lỏng, m2; áiv
(2.44)
— gradient vận tốc;
(2.45)
V = i£ - w 2/
V = — = — , m /s
Đơn vị để đo độ nhốt dộng học là stôc (St) bằng 1 cmP y 2/s. Quan hệ thứ nguyên là:
1 St = 1 cm2/s — 100 cSt (centistôc).
2.5.2.2. Anh hương của nhiờt đụ và ỏp sụõt cợờ'n đụ nhớt
Vì độ nhớt phụ thuộc vào lực ma sát giữa các phần tử của chất long khi chuyên dọng, nen phụ thuọc vào câu tao và sư phân bô giữa các phân tử Do đó sự thay đổi nhiệt độ và áp suất có ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhót. Hình 2.12 biểu thị ảnh hương của nhiệt độ đến độ nhớt của nước và octan.
0.016 0,0/4 ạo/ữ 0,008 0006
u----
Hình 2.12. Quan hệ nhiệt độ - độ nhớt
am
0 10 20 30 40 50 60
Nhiệt độ,
0,000 /0 80 30 WO
°c
Qua đồ thị ta thấy, trong giói hạn nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ tăng thì:
-.Với chất lỏng giọt độ nhớt giảm, và giảm nhanh ở giá trị độ nhớt lốn.
- Với chất khí thì độ nhớt tăng lên.
Sự thay đổi áp suất chỉ ảnh hưỏng đên độ nhốt trong phạm vi áp lực cao, còn trong phạm vi áp lực nhỏ ảnh hưởng đó không đáng kể. Ví dụ dầu biến thế ỏ 20''C có độ nhớt ở áp suất 3400 at gấp 6500 lần độ nhốt ở 1 at nhưng ỏ áp suất 100 at thì nó chỉ tăng 10% so vói ở áp suất 1 at. Vì vậy trong phạm vi áp suất thấp có thể coi như độ nhớt không phụ thuộc vào áp suất. Riêng nước ỏ 24°c độ nhốt giảm chút ít khi áp suất tăng.
Để tính toán độ nhớt của chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ, ta dùng công thức của Pavơlôp:
^1 ^2 lir —
—---— = K — const 0, • 0,
trong đó tu t<¿ - nhiệt độ mà tại đó chất lỏng A có độ nhớt là P), p./
0], 02 - nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn (bất kỳ) có cùng độ nhớt J0.J, JX>.
Như vậy, đế tính độ nhớt của chất lỏng A ở nhiệt độ t3, ta chỉ cần xác định độ nhớt của chất lỏng tiêu chuẩn ơ ()3, tức là:
— - — = K rút ra 03 = ——— + 0.
0;j - 02 3 K -
Đối vối các chất khí ta tính theo công thức:
3/
-
/2
trong dó Po - độ nhớt ở 0°C;
Pt - độ nhớt ỏ t°C;
T - nhiệt độ tuyệt đôi ứng vối t, tức T = t + 273.
cvà |i(, tra ở các sổ tay, tiĩơng ứng cho từng chất khí hoặc ỏ bảng (2.1).
(2.46)
—----— = K rỳt ra ệ., 3a- 02
(2.47)
Đôi với các chất hữu cơ tính độ nhớt theo công thức:
lgrig//) = 1000.#. ^ - 2,9 (2.48)
M
trong đó gi. — độ nhót của chất hữu cơ lỏng ỏ áp suất khí quyển và 20°c, tính bằng milipoa, mP; p — khôi
lương riêng, kg/m3;
M - khối lượng phân tử; .
K - hằng sô" vật chất, được tính:
K=lA.n + ỵp (2.49)
với A - sô" nguyên tử cùng tên trong phân tử chất lỏng;
n - trị sô" phân tử; ■
p - đại lượng điều chỉnh, phụ thuộc câu tạo nguyên tử và các liên kết giữa chúng.
72. và p được tra ở các số tay cho từng chất hữu cơ.
Đối với hỗn hợp lỏng, độ nhớt được tính:
lgM-hh = ™-ilghi + mẠgụ,, + ... (2.50)
trong đó Pi, p.o - độ nhốt của các cấu tử trong hỗn hợp;
/72.Ị, /72-2 — thành phan của các cấu tử.
Đôi vói dung dịch tính theo công thức của A. I. Batcchinski:
Hdd = (1+4,5cp) (2.51)
vổi cp < 10% thì pclci = M-tu-(l + 2,5cp) (2.51a)
trong đó pnc — độ nhớt của chất lỏng nguyên chất;
(p - nồng độ thể tích của pha rắn trong dung dịch.
Các chất khí Hằng sô c Các chất khí Hằng sô c
Amoniae 626 Không khí 122
Bcnzen 380 Lứu huỳnh dioxyt 396
Caebon dioxyt 233 Mo tan 198
Cacbon monooxyt 101 Ni tơ 102
Clo 351 Ni tơ dioxyt 312
Hơi nước 961 Ni tơ oxyt 195
H y (h o 83 Oxy 110
Đôi với hỗn hợp khí ta có công thức: