Вязкость жидкости

Введение

Актуальность работы. Вязкость жидкостей является результатом взаимодействия внутримолекулярных силовых полей, препятствующих относительному движению двух слоев жидкости. Поэтому для перемещения слоев относительно друг друга необходимо преодолеть их взаимное притяжение, и чем оно больше, тем больше нужна сила сдвига. При относительном смещении слоев в газовой среде, в результате переноса количества движения молекул газа при их переходе от слоя к слою, между слоями возникает касательная сила, которая препятствует скольжению последних.
Таким образом, внутреннее трение в жидкости, в отличие от газов, вызвано не обменом молекул, а их взаимным притяжением. Доказательством этого является то, что с повышением температуры, как известно, увеличивается обмен молекул и трение в газах увеличивается, а в жидкостях падает вследствие ослабления межмолекулярного притяжения.
Вязкость твердых тел обладает рядом специфических особенностей
Объект исследования: вязкость жидкостей.
Предмет исследования: особенности вязкости жидкостей.
Цель работы: рассмотреть вязкость жидкостей.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:
- рассмотреть вязкость жидкости;
- описать способы и технические средства (приборы) определения вязкости;
- привести обеспечение заданной вязкости жидких продуктов.
1. Вязкость жидкости
Вязкость жидкости - это свойство реальных жидкостей сопротивляться тангенциальным силам (внутреннему трению) в потоке. Вязкость жидкости не может быть обнаружена, когда она находится в состоянии покоя, так как она появляется только тогда, когда она движется. Чтобы правильно оценить такие гидравлические сопротивления, которые возникают при движении жидкости, необходимо, прежде всего, установить законы внутреннего трения жидкости и сформировать четкое представление о механизме самого движения.
Вязкость является одним из основных реологических свойств веществ. Как физическая величина, которую можно определить количественно, вязкость-это свойство жидкости сопротивляться действию внешней силы, которая вызывает ее течение. Вопросы регулирования вязкости имеют большое значение для современных технологических производств. В химической, нефтехимической, пищевой, стекольной, лакокрасочной и других отраслях промышленности качество процесса и продукции часто определяется вязкостью используемых и производимых веществ. По вязкости судят о качестве полуфабриката и готового продукта, а также о физико-химических изменениях в материале, происходящих в ходе технологического процесса. Целесообразность измерения вязкости выходит далеко за рамки технического производства. Известно, что вязкость крови оказывает значительное влияние на работу системы кровообращения. Для того чтобы предотвратить инсульты, рекомендуется регулярно проводить анализы крови на определение вязкости. Существует три группы процессов, в которых целесообразно применять технологический контроль вязкости:
- в технологическом процессе происходят реакции, приводящие к изменению вязкости;
- качество продукции определяется вязкостью;
- качество технологического процесса зависит от вязкости.
Производственные процессы первой группы можно отнести ко многим процессам в химической и пищевой промышленности. Знание закономерностей изменения реологических свойств реакционной смеси в процессе технологического процесса позволяет влиять на структуру и качество продукта путем добавления различных добавок, регулирующих режим и способ механической, термической, электрической и химической обработки. Примерами готового продукта, основным показателем качества которого является вязкость, являются масла. Легкость запуска двигателя в холодную погоду, мощность двигателя и расход топлива зависят от вязкости масла в автомобильной промышленности. Вязкость определяет скорость потока масла к трущимся частям. Для каждой машины, агрегата или узла трения необходимо выбрать определенную вязкость смазочного масла. Применение низковязкого масла приводит к выдавливанию масляной пленки из зоны трения, повышенному трению, нагреву и повышенному износу деталей. При снижении вязкости масла легче запустить двигатель, а подача масла в зазоры ускоряется. Использование масел чрезмерно высокой вязкости приводит к потере мощности и, в конечном счете, к снижению КПД машины. При производстве латексных смесей часто необходимо поддерживать вязкость в очень узких пределах, чтобы достичь требуемого качества. Например, для некоторых резиновых изделий, требующих очень тонкой пленки, желательно иметь смесь с низкой вязкостью.
В некоторых случаях, например, желательно использовать латексную смесь с очень высокой вязкостью. Подавляющее большинство процессов, качество которых определяется вязкостью, связано с нанесением защитных покрытий на твердые поверхности. В этих процессах вязкость материала покрытия не должна препятствовать его растеканию по поверхности, и в то же время она должна быть достаточной для поддержания слоя необходимой толщины. При нанесении лакокрасочных материалов на поверхность их вязкость не должна быть высокой, чтобы облегчить перенос с помощью (или через) устройства нанесения. Вязкость уменьшается при разрушении структуры краски. Из-за высоких скоростей сдвига и коротких временных интервалов, характерных для процессов переноса краски, как упругость, так и вязкое течение могут изменять характер поверхностных дефектов пленки. Последние увеличиваются за счет неустойчивого гидродинамического течения, которое связано с когезионным разрушением потока краски на выходе из распылительной форсунки или на границе раздела между пленкой, прилегающей к подложке, и выступающей кромкой, например валиком, движущимся вдоль окрашиваемой подложки. Краска должна оставаться маловязкой достаточно долго, чтобы растекаться по дефектам поверхности. Однако при низкой вязкости краска будет стекать с вертикальной поверхности под действием силы тяжести

. Если толщина слишком велика, то эффект стекания может стать заметным и на поверхности могут появиться дефекты в виде "набуханий". Начальная низкая начальная вязкость краски должна сопровождаться резким ее повышением, связанным с испарением растворителя или с быстрым восстановлением реологической структуры, разрушенной сдвиговыми напряжениями при переносе краски на поверхность. В обоих случаях эффект один и тот же; высыхающая пленка практически неподвижна, и процесс стекания прекращается до того, как она становится заметной. На потерю растворителя может влиять различная летучесть растворителей и растворимость компонентов в смеси растворителей, образующих жидкую фазу. Эти эффекты растворимости, в свою очередь, будут контролировать увеличение вязкости сушильной пленки по мере испарения растворителя. Во время испарения поверхность пленки охлаждается, особенно в случае быстро испаряющихся растворителей, что также может повлиять на вязкость пленки. В печати процесс печати проектируется с использованием материалов, которые имеют определенную заданную вязкость. Слишком жидкий лак будет распыляться, слишком густой не растечется. Многие материалы поставляются с более высокой вязкостью, чем рабочая, и их необходимо довести до требуемого значения с помощью специального разбавителя. в этом случае необходимо проверить вязкость перед началом работы. Во время процесса печати вязкость лакокрасочных материалов может изменяться как в результате испарения растворителя, так и при поглощении воздуха. Непрерывный контроль вязкости позволяет получить более стабильное качество печати. При глазировании конфетных корпусов в производстве шоколадных конфет расход шоколадной глазури во многом зависит от ее вязкости. При высокой вязкости шоколада его слой на корпусах конфет будет слишком толстым, а при низкой - тонким. Знание зависимости реологических свойств полуфабрикатов кондитерских изделий от температуры, влажности, длительности и интенсивности механических и тепловых воздействий и других факторов позволяет оптимально регулировать и прогнозировать технологические параметры производства. В сахарной промышленности вязкость является важным физико-химическим свойством, влияющим не только на механические процессы, но и на технологические процессы, такие как насыщение, кристаллизация и центрифугирование. Вязкость значительно влияет на скорость кристаллизации сахарозы. Контроль вязкости сахарного производства очень важен для снижения содержания сахара в мелассе, так как именно на основе его вязкости устанавливается концентрация сухих веществ в нормальной мелассе. Реологические характеристики молока и молочных продуктов имеют существенное значение для оценки хода технологических процессов и их качественных показателей. Вязкость является прямым показателем качества многих молочных продуктов, таких как кефир. Это связано с тем, что вязкость кисломолочных продуктов зависит от концентрации микроорганизмов. Для различных образцов кисломолочных продуктов были получены зависимости, связывающие вязкость, содержание сухого вещества и РН. Определение количества соматических клеток в собранном молоке и отнесение его к соответствующей группе аномалий возможно путем измерения вязкости смеси молока со специальным поверхностно-активным веществом. Измерение вязкости материала используется для косвенного определения молекулярной массы, концентрации нерастворенных твердых веществ и других параметров. Вязкость является важнейшим технологическим параметром качества при производстве полимеров и различных изделий на их основе. Это связано с тем, что вязкость зависит от молекулярной массы и концентрации вещества, а также от его структуры в расплаве или растворе. Вязкость полимеров является одним из основных факторов, определяющих поведение полимеров в процессе переработки и качество получаемых продуктов. Полимерные материалы с высокой вязкостью не удовлетворительно заполняют полости пресс-форм и пресс-форм для литья под давлением, поэтому при обработке таких полимеров требуются высокие температуры формования и давления. Повышение температуры формования приводит к значительному удлинению производственного цикла, увеличению усадки изделий и увеличению энергозатрат. Повышение давления формования способствует росту ориентационных напряжений в изделии, что приводит к анизотропии механических свойств, снижению стойкости к растрескиванию и снижению температуры деформирования. Формирование покрытий из низковязких композиций также сопряжено с некоторыми трудностями. Инъекционные и экструзионные изделия, изготовленные из материалов с пониженной вязкостью, часто имеют несколько ухудшенные прочностные свойства и менее устойчивы к износу. Повышенная текучесть способствует получению гетерогенных продуктов и образованию граба на изделиях.
2. Способы и технические средства (приборы) определения вязкости
Вискозиметрия - это измерение вязкости. На современном этапе развития науки. Существует четыре способа практического определения величины вязкости жидкости:
1. Капиллярный метод. Для его проведения необходимо иметь два сосуда, соединенных стеклянным каналом небольшого диаметра известной длины. Вы также должны знать значения давления в одном сосуде и в другом. Жидкость помещают в стеклянный канал, и в течение определенного периода времени она перетекает из одной колбы в другую. Расчеты производятся с использованием формулы Пуазейля для нахождения значения коэффициента вязкости жидкости. Определение вязкости жидкости методом Стокса на практике жидкие среды могут быть смесью горячих до 200-300 градусов. Обычная стеклянная трубка в таких условиях просто деформировалась бы или даже лопнула, что недопустимо. Современные капиллярные вискозиметры изготавливаются из высококачественного и стойкого материала, который легко выдерживает такие нагрузки.
2