М.П. Воларович - Работы Пуазейля о течении жидкости в трубах (1132335), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Во второй половине Х!Х века получила широкое развитие вискозиметрия, и был накоплен огромный материал по вязкости самых разнообрзчвьгх жидкостей в широких пределах температур [24]. Измерения в основном производились с капнллярными приборамп, связанными с законом Пуазейля. Правда, в большинстве случаев примени.гись так называемые вторичные абсолютные вискозиметры [25], т. е.
приборы, требующие градуировки, например вискозиметры Оствальда, Уббелоде и др. И в настоящее время именно капнллярные вискозиметры являются стандартными приборами для вискознметрических измерений во всех передовых странах ее. Прибор Пуазейля принадлежит к числу первичных абоолютных вискоанметров, так как ого константу можно вычислить из его размеров.
Позднее приборы такого рода применялись для абсолютных измерений вязкости воды и других жидкостей. Они являются дальнейшим усовершенствованием внскозиегетра Пуазейля. Но, в общем, за истекшие сто лет их было построено немного; вероятно, немногим больше десятка. Изготовление их и методика работы с ними связаны о веоьма большими экспериментальными трудностями. Наиболее точные из таких приборов— его впскознметры Торпа и Роджера [18], Эрка [15] и Бянгама [27].
Наконец, закон Пуазейля сыграл очень болыиую роль в коллоидной химии, точнее, в физичеокой механике коллоидов н других дисперсных систем. Еше Грэм (1864 г.) назвал папиллярный вискозиметр коллоидоскопом, поскольку оказалось возможным посредством его изучать процеоо старения коллоидов. Наблюдая время истечения коллоидного раствора через капилляр через сутки, двое суток и т. д., можно было заметить постепенное увеличение времени истечения, связанное с самопроизвольным повышением вяакооти коллоида о течением времени. Однако еще большее значение имеет капиллярный вискозиметр в связи о иоследованиями аномалии вязкости, пластичности и тиксотропии дисперсных систем. Еще в ночале текущего столетия выяснилось [14, 15, 27], что коллоиды и дисперсные системы но подчиняются закону Пуазе11ля (5).
Вместо прямых линий, проходящих через начало координат (ом. рис. 3), цолучающихся для обычных ньютоновских жидкостей на графиках г, = / (р), для колловдов па таких графиках наблюдаются кривые, выпуклостью обращенные к оси р (кривые 6 а с на е Прелвпание жидкостей на твердей стенке было позднее доказано Тамманом и Гивнюбером [192 гд из нъблюдгний над течением ртути через стеклянные и металле ~е кие капилляры [23!.
'" В СССР для изм ргния гязкости нефтепродуктов прв температурах 100 и бо' С яринягы в качестве стандаргных капиллярвые вискоэимегры Оствальда— Пинкезича, а при 0' С вЂ” капнллярные вискоеиметры Оствальда — Воларовича (20!. Работы Пуазейля о течении жидкости в трубах рис. 5). Н результате, если вычислять вязкость дисперсных систем по урашп окало (5), то она уменьшается с увеличением РР, т. е.
о увеличенном грпдиента скорости. Это связано с разрушением структуры коллоидоп при течении илн «ориентацией их частиц в потоке. 'Он Рип течения коллоидов через кннпллнр до сих пор еще полностью и~ Р;шрпботана. Для веществ, у кото~ ы к ~ пиная проходит через начало « ~ дик«т (кривая 6 на рис. 5) и котоРы«ирппитоназыватьненьютоновскими .«инки«тими (многие воли о малой ш ицР птрацией дисперсной фазы и иЭ, Оствальд, а также Де Биле и другие авторы предлагаливидонзмео пить уравнение Пуазейля следуюшим ис.
5. Зависимость 0 .=- 1 (р) н какии ьР и'Ром [14): пилляркоьт нисковиметре для различных веществ: ( 8) а — ньютоновская живность, ь — неиьютововскан жинвость, с — пластичное тело; Ь и с — иенс сныс системы (Р = РСР", (9) шкторая переходит в уравнение Пуазейля (5), если р, =- 0 (ныотонов«ипя жидкость). Уравнение (9) с точностью до нескольких процентов п«лучило экспериментальное подтверждение для ряда дисперсных сис- тР м (глин, красок, торфомассы н др.), хотя в некоторых случаях прих«далось учитывать окольженке днсперсной системы на стенках трубки [30). Н настоящее время выяснилось, что применение ротационного иишсозиметра более обосновано при исследованиях дисперсных систем, з ««обенности с высокой концентрацией дисперсной фазы [81).
Однако до «их пор каппллярный вискознметр широко применяется при изучен ни вязких свойств коллоидов, н отклонение от закова Пуазейля и«ли«тся основным признаком наличия структурообразозательного проШчюп в сиотеме. (у заключение следует сделать еще ..одно замечание. При' ичученин тк кучести веществ с аномальными свойствами в соответствии с аадачами р«ологки выяснилось, что аномальные вещества разнообразны по сп«им свойствам. Одни из пх близки к бингамовскому телу с пределом т«кучести, другие — к маковелловской жидкости с релаксацией, третьи . к кельвкнову телу с упругим последействнем и т. д.
Перечисленные вещества и ряд других хорошо укладываются в единую стройную клаооификацию идеальных реологических тел [28) . До снх пор, однако, нет увереннооти в том, что среди реальных тел Йрироды имеются в точности тела Максвелла, Кальвина, Бингама, Шведова и т. д. Но можно утверждать, что реальные вязкие жидкости с огромной степенью ивв. лп ссср, серия фиеич.,ж т [':":::::2 кклкк лкл класа жака чалки к Иру л р «ж; к — показатель степени, болыпий «дипицы. Однако выяснилось, что й и и не являются константами ж пуоства, а зависят от размеров капилляра.
Позднее Рейнер [28) развил д«л«о вопроо о течении таких коллоидов через трубку. Другое решеяие вопроса получил Букингам [29) для пластичных ди«персных систем, типичная кривая (Р =- у(р) которых также иаобраРж:иа на рис. 5 (кривая с). Отрезок ро на оси абсцисс связан с пали«асам предела текучести у пластичного тела, ниже которого течения не иропсходйт. Интегрируя дифференциальное уравнение пластичного потока Бингама [27) для случая течения диоперсной пластичной массы через капилляряую трубку при условии прилипания ее на стенках, Букингам получил следующую формулу: М. П. Воларовкч точности тождественны с вязкой жидкостью, рассматриваемой в теоретической гидромехзнике и подчиняющейся уравнениям Ньютона и Иавье — Стокса.
И это утверждение базируется прежде всего на законе Пуазейля. Таким образом, за сто лет со времени опубликования закон Пуазейля получил полное поцтэорждение в дальнейших опытах, был выведен теоретически, послужил для провэрки основных уравнений гицродинамики вязкой жидкости, получил дальнейшее развитие для веществ с аномальной вязкостью и пластичностью (коллоидов) и стал основой современной вискозиметрии. И сейчас, через сто лет, работа Пуазейля представляет собою пример весьма точных физических измерений, которые приводят к установлению новых физических законов. Цитированная литература 1. Р о) в е п1 ! ! е Л.
Ь. М., Меж. )'Асай. Яс!. йе !')пяй йе Ргапся, Ясь Ма!Ь, ес РЬув., 9, 433 — 545, 1846. 2. С о и ! о гп Ь С. А., Мегп. йе 1'1пяй Хай, 8, 246, 1801. 3. П е е 1 е у Н. а. Р а г г, Р1и!. Мад., 85, 26, 1913. 4. В г 1 ! ! о и ! и М., Лопгп. о! НЬео)ойу, 1, 4, 845, 1930; Лопгпа1 йев Сопа!яяапсея Мей)са)ев е! РЬагтпвсеи!!»)иея, РеЬг., 62, 1870.
5. Р о ! в е п 111 е Л. Ь. М., Лопгп, йе РЬуя!о)ой!е Ехрег)щеп!а)е рвг Мвйепй)е, 8, 274, 1828, 6. Р о 1 я е и 1 1 ) е Л. !.. М., 1Ь)й., 9, 44, 1829. 7. Р о 1 я е и 1 ) 1 е Л. 1 . М., !Ь)й., 10, 277, 1830 8. Ро1яеи)))е Л.). М., Мень йевЯач. Е!г., 7, 1841. 9. Р о 1 я е и 1 ! 1 е Л. Ь. М., С. В. Асай. Яс). Раг!я, 11, 961, 1840; 12, 112, 1841. 10. С. Н. Асай. ЯсЬ Раг)в, 15, 11, 67, 1942; Апп. йе сЫж, (3), 7, 50, 1943; Роуд. Апп., 58, 424, 1843.
11. Р о1. в е и ! ! ) е Л. 1. М., НЬео)ой!са! Мета)га, 1, 1, 1 — 101, 1940 (Ей)!ог Е. С. В)иййат). 42. Я с Ь»ч е й о 11 ТЬ., Лопгп. йе рЬув. (2), 8, 341, 1889. 13. П е т р о в Н. П. Инженерный журнал., 27, 1 — Л, 1883; см.
также »Гядродкяампческая теория смазка», сб, под ред. Л. С. Лейбеквоиа, Гостехкядат, 1934. 14. Г а т ч е и Э., Вязкость 'жидкостей, пер. с англ., 2-е квд., ГОНТИ, 1935. 16. Б а р р Г, Впсковкметрия, пер, с англ., ГОНТИ, 1938. 46. Ж)ей е т а п п О., Робд. Апп., 99, 221, 1856 47. См., например, Вгк.
Еиб. Я!аий. Авв., Яресрйсайоп № 188, 1929. $8. Т Ь о г р е Т. Е. а. 'В о й д е г Л. Ж., РЬ)!. Тгаия. (А), 185, 397, 1894. $9. В г 11) о п1 п М., ч'!яссе!1е, Раг1я, 1907. 20. Н а 8 е и О., Апп. й. РЬув., 46, 423, 1839. 21. Я 1 о Ь е в О. О., Тгапв. Сатбг. РМ). Яос., 8, 287, 1845. 22. Н а 8 е и Ь а с Ь Е., Родй. Апп., 109, 385, 1860. 23. Т а щ щ а и п О. и. Н 1 п п и Ь е г, ХЯ. аиог8. и.
апбеи. СЬвт., 167, 230, 1927. 24. См., например, ! апйо)1-Вбгия!е!п, РЬуя)Ьа)!ясЬ-сйещ)ясЬе ТаЬе!)еп, 1, 126 — 186, 1923. 25. В о л а р о в я ч М. П., Труды Совещания по вявк. жпдк. к колл., 2, 192, 1944; Завод. лабор., № 1, 49, 1945. 26. ГОСТ 33 — 46 27. В ! в 8 Ь а т Е.
С., Р)и!й!1у а. Р)аяпску, Ме»ч г'огй, 1922. 28. Н е 1 п е г М., Теп ) ес!пге ои ТЬеогейса! НЬев)обу, Легпяа)ещ, 1943. 29. В и с ь 1 п 8 ь а щ е., Ргос. Ащег. Зос. тем. ма!ег., 2Ь 1154, 1921. 30. Я с о 11-В ! а 1 г 6-. М., 1птгойпс11оп Ьв )айком)г!а) ВЬео!оду, !.опйоп, 1938.
31. В о л а р о в н ч М. П., Завод. лабор.', № 9, 832, 1945. .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
