ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальное исследование вязкости и теплопроводности из "Молекулярное течение газов " Коэффициент вязкости может быть выражен через экспериментально измеряемые величины. Эта зависимость может быть получена из решения основных уравнений движения (9), (10), (11) 3.9 при данных граничных условиях. Математическое исследование может быть существенно упрощено и точность эксперимента увеличена, если условия течения и конфигурация границ выбраны так, чтобы вязкость играла доминирующую роль, а другими эффектами, такими, как эффект сжимаемости, можно было пренебречь. Для того чтобы можно было для вычисления 1 применить расчетные формулы, нужно измерить плотность в таких условиях, в которых длина свободного пробега молекул была много меньше размеров аппаратуры (К С 1). [c.132] Точные измерения коэффициента вязкости были проведены в длинных цилиндрических трубках, в которых в результате действия вязкости устанавливается течение с параболическим профилем массовой скорости. В этом случае скорость увеличивается от нуля на стенке до максимального значения на оси трубки. [c.132] Движение происходит медленно, поэтому и плотность и температуру газа с достаточной точностью можно считать постоянными всюду. [c.132] Точные измерения (л проводились также в вязком потоке между двумя вращающимися цилиндрами (см. [1], стр. 205). В этом случае действие вязкости определяется непосредственно по отклонению внутреннего цилиндра, соосного с внешним, который вращением создает вязкое течение в кольцевой области. [c.133] В большинстве задач механики сплошных сред считается, что вязкость зависит только от температуры (см. [1], стр. 117). Уравнения (3), (6) 3.8 показывают, что эта зависимость выражается уравнением (7) 3.8, где N зависит от принятой модели молекулы газа. [c.133] Таким образом, диаметр зависит от температуры, уменьшаясь с увеличением температуры. [c.134] Формула Сатерленда используется для вычисления вязкости воздуха, которая важна для аэродинамики [3]. Уравнение (2) дает точное значение [х в области 0 7 300° при А =114, = 273,2° К и 1X1= 1.709 X 10 /сл-сек. [c.134] Так как Сатерленд в своей работе рассмотрел модель молекулы, которая является улучшенной моделью по сравнению с твердой сферой, следует ожидать, что можно получить дальнейшее уточнение зависимости коэффициента вязкости от температуры, рассматривая более совершенную модель силового поля. [c.135] Экспериментальное измерение показывает, что величина 2,5 подходит для одноатомных газов, а для многих других газов удовлетворительное приближение дает коэффициент - (Э х — 5) ([1], гл. I, стр. 241). [c.136] Макроскопическое движение газа в цилиндрической трубе считается ламинарным, когда радиальное распределение массовой скорости параболическое. Когда скорость течения увеличивается, движение в конечном счете становится турбулентным и распределение массовой скорости принимает новую форму. В турбулентном течении вязкость и теплопроводность связаны с процессами переноса, которые сопровождаются взаимодействием между большими группами молекул. Так как уравнения движения главы 3 основаны на предположении, что в газовом потоке только бинарные столкновения оказывают существенное влияние на поток газа, то они не пригодны для расчета турбулентного течения. Кинетическая теория жидкости, в которой имеют место небинарные столкновения, развита Борном и Грином [7]. [c.136] 289 указывается, что, используя измеренные таким образом значения е, удалось получить хорошее согласие экспериментальных и расчетных значений х для азота при давлении вплоть до 1000 атм. [c.138] Из теории одноатомного газа следует, что [i может отличаться от х, но эта теория дает лишь качественную оценку объемной вязкости в газовом потоке. Из уравнения (8) следует, что при очень больших значениях дилатации можно ожидать заметного отличия уравнения состояния от уравнения состояния идеального газа р — pRT. Несмотря на то, что объемная вязкость не существенна для одноатомных газов, показано, что имеется достаточное число примеров течений двухатомных и многоатомных газов, в которых уравнение состояния сильно отличается от уравнения состояния идеального газа. [c.138] Влияние объемной вязкости существенно проявляется при распространении ультразвуковых волн в двухатомных и и многоатомных газах. Исследования показывают, что происходящее при этом поглощение энергии обусловлено в основном вязкостью и, в меньшей степени, теплопроводностью и радиацией [10]. [c.138] В дальнейшем мы будем рассматривать ij с более общей точки зрения, которая применима ко всем газам. Будем считать, что [J-i, есть мера отклонения уравнения состояния данного газа от уравнения состояния идельного газа [уравнение (8)]. Несмотря на то, что в теории одноатомного газа предполагается, что объемная вязкость возникает из-за конечности размеров молекул, имеющийся экспериментальный материал показывает, что она проявляется гораздо более существенно в тех случаях, когда молекулы, кроме трех поступательных степеней свободы, которыми обладают центральные силовые поля, имеют еще дополнительные степени свободы. Однако и в теории и в экспериментах основные отклонения от уравнения состояния идеального газа (р = pRT) получаются из-за сложности модели молекулы. [c.139] Вернуться к основной статье