ТЕЧЕНИЕ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

В ТРУБАХ

Если вязкие напряжения, возникающие в жидкости, пропорциональны скоростям деформации, в частности, касательные напряжения в сдвиговом течении пропорциональны скоростям сдвига, жидкость называют ньютоновской вязкой жидкостью (см. гл. 2). К ньютоновским вязким жидкостям относятся вода, легкая нефть, светлые нефтепродукты (бензины, керосины, дизельные топлива) и т.д. Вместе с тем, существуют другие жидкие среды, свойства которых более сложны, чем свойства обычной вязкой жидкости. Глинистые промывочные жидкости, цементные растворы, высокопарафинистая нефть, различные жидкие смазки, мазут, лаки, масляные краски, коллоидные растворы, жидкие полимеры и т.д. – примеры жидкостей, отличных по свойствам от ньютоновских. Подобные жидкости называют неньютоновскими. Особенности свойств этих жидкостей объясняют, как правило, молекулярной структурой или специфическими превращенииями, происходящими в них при изменении температуры и давления.

Поведение сложных по свойствам материалов изучает реология – наука о деформации и течении веществ. Основной задачей реологии является установление реологических уравнений состояния, т.е. функциональных зависимостей между напряженииями, деформациями, скоростями деформаций и др. параметрами деформируемой среды. Сложность реологических проблем состоит в том, что реальные неньютоновские жидкости не поддаются описанию на основе единой универсальной зависимости, подобной закону Ньютона для вязких жидкостей. Во многих случаях требуется изобретательность и эвристическое искусство, чтобы построить модель, достаточно хорошо описывающую механические свойства той или иной новой жидкости.

К настоящему времени известно множество уравнений состояния и моделей неньютоновских сред. Каждое из этих уравнений содержит определенное число феноменологических констант, значения которых зависят от вида жидкости. Модель несжимаемой ньютоновской жидкости содержит единственную феноменологическую константу коэффициент динамической вязкости, зависящий от давления и температуры. Хотя этот параметр и определяется экспериментально, однако он не зависит от вида и характера течения жидкости, являясь, как говорят, константой модели, потому его называют феноменологической константой (от слова феномена – явление). Каждая из реологических моделей является, конечно, известной идеализацией, упрощением истинных свойств рассматриваемого вещества, однако, удачно построенная модель позволяет достаточно точно прогнозировать поведение этого вещества в тех или иных ситуациях.

Поведение неньютоновских жидкостей может быть столь разнообразным, что дать их полную классификацию не представляется возможным. Тем не менее, можно выделить некоторые часто используемые модели.