Klampa

Dinaminė klampa ir šlytis

Niutoniniam skysčiui šlyties įtempis proporcingas greičio gradientui: τ=η du/dy. τ – šlyties įtempis, η – dinaminė klampa, du/dy – greičio gradientas statmenai srautui. η SI vienetas Pa·s.

Kinematinė klampa ν=η/ρ yra kita fizikinė charakteristika, matuojama m²·s⁻¹. Ji pašalina tankio įtaką, todėl dinaminės ir kinematinės klampos nereikėtų painioti.

Laminarinis srautas vamzdyje

Nusistovėjusiam laminariniam Niutoninio skysčio srautui standžiame apvaliame vamzdyje galioja Puazeilio dėsnis. Greičio profilis parabolinis, didžiausias centre; ties nejudančia sienele paprastai taikoma prilipimo sąlyga – skysčio greitis sutampa su sienelės greičiu.

Dėsnis remiasi laminariniu režimu, standžiu apvaliu vamzdžiu ir Niutoniniu elgesiu. Esant tam pačiam Q, didesnė η, ilgesnis L arba mažesnis r reikalauja didesnio slėgio kritimo; klampi trintis mechaninę energiją paverčia vidine.

Kodėl vamzdžio spindulys toks svarbus

Esant tiems patiems Δp, L ir η, Q∝r⁴. Nedidelis spindulio pokytis gali labai stipriai pakeisti srautą.

Klampusis pasipriešinimas esant mažam Reinoldso skaičiui

Mažai sferai, judančiai pakankamai lėtai šliaužiančio srauto režime, Stokso dėsnis duoda F_d=6πηrv. Pasipriešinimas proporcingas v, o ne v². Krintanti sfera gali pasiekti ribinį greitį, kai svoris, Archimedo jėga ir klampusis pasipriešinimas susilygina.

Reinoldso skaičius Re=ρvD/η palygina inercinius ir klampiuosius efektus. Mažas Re būdingas sklandžiam, klampos valdomam srautui; didesnis Re sustiprina inerciją ir turbulencijos tikimybę. Pereinamoji vertė priklauso nuo geometrijos ir trikdžių.

Temperatūros įtaka klampai

Daugumos skysčių klampa didėjant temperatūrai mažėja, nes molekulės lengviau persitvarko. Dujose klampa paprastai didėja, nes greitesnės molekulės efektyviau perneša impulsą tarp sluoksnių.

Šios priešingos tendencijos primena, kad klampa nėra tiesiog „tirštumas“ – tai transporto savybė, kylanti iš molekulinių sąveikų ir impulso mainų.

Ne visi skysčiai yra Niutoniniai

Neniutoniniuose skysčiuose šlyties įtempio ir šlyties greičio ryšio neaprašo viena pastovi η. Kečupas ir kai kurie polimerų tirpalai gali skystėti didėjant šlyčiai, o koncentruotos suspensijos – tirštėti; elgesys gali priklausyti ir nuo srauto istorijos.

Prieš taikant Puazeilio ar Stokso formules būtina patikrinti, ar srauto režimas, geometrija ir medžiagos elgesys atitinka jų prielaidas.

Išspręsti pavyzdžiai

1. Šlyties įtempis

Niutoninio skysčio η=0,80 Pa·s, o du/dy=3,0 s⁻¹. Raskite τ.

2. Vamzdžio spindulio keitimas

Idealiame Puazeilio sraute spindulys padvigubinamas, o Δp, L ir η nekinta. Kiek kartų pasikeis Q?

3. Stokso pasipriešinimas

1,0 mm spindulio sfera juda 0,020 m·s⁻¹ greičiu skystyje, kurio η=0,50 Pa·s. Įvertinkite Stokso pasipriešinimą.