вязкость газа при увеличении температуры что делает

главная > справочник > химическая энциклопедия:

Вязкость

В системе СИ значения вязкостb η выражают в Па·с. Для газов η составляет обычно от 1 до 100 мкПа·с, для воды при 20°С 1 мПа·с, для большинства низкомолекулярных жидкостей до 10 Па·с. Расплавленные металлы по порядку величины η близки к обычным жидкостям.

Рис. 1. Распределение скоростей при ламинарном сдвиговом течении ньютоновской жидкости (пояснения в тексте).

Рис. 2. Распределение скоростей при ламинарном течении ньютоновской жидкости в канале (пояснения в тексте).

С повышением температуры вязкость газов увеличивается, поскольку она обусловлена интенсивностью теплового движения. Вязкость гелия при приближении к 0К становится исчезающе малой (т.н. сверхтекучее состояние). Вязкость жидкостей с повышением температуры уменьшается благодаря снижению энергии межмолярных взаимодействий, препятствующих перемещению молекул. В представлениях теории свободного объема (см. Жидкость) установлено количественное соответствие между увеличением свободного объема жидкости и ее вязкостью с ростом температуры.

Для многих расплавов и растворов полимеров и коллоидных систем, в отличие от низкомолекулярных жидкостей, вязкость зависит от режима течения (т.е. от или ). Поэтому при характеристике таких сред необходимо указывать условия измерения вязкости (значения или ). Различают: наибольшую ньютоновскую вязкость (или вязкость неразрушенной структуры), отвечающую предельно низким ; эффективную (или «структурную») вязкость, зависящую от уровня действующих в среде напряжений; наименьшую ньютоновскую вязкость (или вязкость предельно разрушенной структуры), измеряемую при наиболее интенсивном режиме деформирования, когда вязкость перестает зависеть от .

2) Способность твердых тел необратимо поглощать энергию, затрачиваемую на их деформацию без течения (внутреннее трение). Обычно поглощение энергии при деформировании упругих тел мало, но оно может заметно возрастать в некоторых узких температурных диапазонах, называемых областями релаксационных переходов. При деформировании эластомеров (каучуков и резин) наблюдается заметное поглощение энергии, сопоставимое с энергией упругих колебаний, что приводит к разнообразным гистерезисным явлениям при их деформировании, в частности к значительному саморазогреву при многократных циклических деформациях.

Лит.: Гатчек Э., Вязкость жидкостей, пер. с англ., 2 изд., М.-Л., 1935; Виноградов Г.В., Малкин А.Я., Реология полимеров, М., 1977, с. 120-235. См. также лит. при ст. Растворы полимерв.

Источник

Вязкость газов

Вязкость — одно из свойств газов, определяющих закономерности движения их в газоносных пластах. Вязкость газа в зависимости от изменения параметров, характеризующих его состояние, изменяется сложным образом. При низких давлениях и температурах свойства реальных газов приближаются к идеальным. Закономерности изменения вязкости газов при различных давлениях и температурах можно объяснить, исходя из некоторых положений кинетической теории газов. Динамическая вязкость газа связана с его плотностью р_г, средней длиной свободного пути λ, и средней скоростью молекул ν соотношением

. (2.38)

Формула (2.38) определяет зависимость динамической вязкости газа от давления и температуры. При повышении давления плотность газа возрастает, но при этом уменьшается средняя длина свободного пробега молекул, а скорость их не изменяется. Поэтому с увеличением давления динамическая вязкость газа вначале практически остается постоянной. Из формулы (2. 38) также следует, что с увеличением температуры вязкость газа должна возрастать, так как скорость молекул ν увеличивается, если даже ρ и λ остаются постоянными. Отмеченный характер изменения вязкости газов объясняется проявлением внутреннего трения. Количество движения из слоя в слой передается вследствие перелета молекул газа в движущиеся друг относительно друга слои. При этом возникают силы, тормозящие движение одного слоя и увеличивающие скорость движения другого. С повышением температуры увеличиваются скорость и количество движения, передаваемое в единицу времени, и, следовательно, больше будет вязкость.Поэтому вязкость газов почти не зависит от давлений, если они близки к атмосферному, и увеличивается с ростом температуры. В пределах одного гомологического ряда вязкость газов уменьшается с возрастанием молекулярной массы. Однако при повышении давления эти закономерности нарушаются — с увеличением температуры понижается вязкость газа, т. е. при высоких давлениях вязкость газов изменяется с повышением температуры аналогично изменению вязкости жидкости. Газы с более высокой молекулярной массой, как правило, имеют и большую вязкость. В сжатом газе перелет молекул в движущиеся друг относительно друга слои затруднен и передача количества движения из слоя в слой происходит в основном, как у жидкостей, за счет временного объединения молекул на границе слоев.

При содержании в углеводородном газе более 5 % азота следует учитывать его влияние на вязкость газа и оценивать средневзвешенную вязкость смеси по правилу аддитивности

, (2.39)

где μ — динамическая вязкость смесей углеводородных газов и азота; μ_а и μ_у — динамические вязкости азота и углеводородной части смеси газов; у_а — мольная доля азота в составе газа.

Дата добавления: 2015-07-18 ; просмотров: 2333 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Вопрос №15. Поясните зависимость вязкости от температуры и давления для капельных жидкостей и газов.

Газ (газообразное состояние) —агрегатное состояние вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения.

Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате происходит рассеяние в виде тепла работы, затрачиваемой на это перемещение.

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей.

С повышением давления плотность газа возрастает, но при этом уменьшается средняя длина свободного пробега молекул, а скорость их не изменяется. Поэтому с увеличением давления динамическая вязкость газа вначале практически остается постоянной, но с увеличением давления выше 60 атм. она возрастает.

Зависимость вязкости газа от давления ничем не отлича­ется от аналогичной зависимости для капельных жидкостей.

Вязкость жидкости зависит не только от давления, но и от температуры. В жидкостях молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах, и вязкость вызывается силами молекулярного сцепления. Эти силы с увеличением температуры уменьшаются, поэтому вязкость падает. Т.е. при повышении температуры вязкость жидкости уменьшается и наоборот.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 32 ; Нарушение авторских прав

Источник

Вязкость газа при увеличении температуры что делает

Кольский НЦ РАН. Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья.

Оболочки молекул реальных газов плотно заполнены фотонами – элементарными частицами теплоты и света. Объем молекул определяется молекулярным равновесием сил, препятствующим увеличению их объема. В этих условиях внедрение в оболочки молекул лишних фотонов при нагревании газов сопровождается повышением фотонного давления и уменьшением объема этих частиц. Это усиливает взаимное притяжения фотонов и молекул, а, следовательно, и вязкость газов.

Однако при замене всех “фундаментальных” постулатов в современной теоретической физике правильными объяснениями была получена система реальных исходных представлений, которая стала основой другой теоретической физики, несовместимой с существующей. Новая система позволяет правильно решать практически любые проблемы в этой науке, в том числе и не решаемые с позиции современных знаний. В частности она позволяет объяснить и странное поведение газов при нагревании. Ниже приводятся реальные представления о строении атома, о непрерывных материях, о природе вязкости и другие сведения, без которых понимание текста статьи было бы затруднено.

Строение атома. Реальный атом создан не на электромагнитной, а на гравитационной основе и не содержит ни электронов, ни электронных орбит [3, 4]. Его оболочка плотно заполнена фотонами – элементарными частицами теплоты и света, которые образуют в ней фотонную структуру, защищенную от разрушения энергетическим барьером. То есть теплота в атомах находится в скрытой, связанной форме и поэтому не проявляет своих свойств. При сжатии газов, и механической обработке материалов фотоны вытесняются из оболочек в свободном состоянии (в виде теплоты), что и является причиной их нагревания. Так как с расстоянием сила гравитационного притяжения ядра ослабевает, а вся фотонная материя в природе находится под действием разрывного напряжения, то объем фотонов к периферии атома увеличивается, как и объем электронов, из которых они состоят [3, стр. 82]. Это является причиной понижения энергетического барьера устойчивости периферийных фотонов и распада их на электроны при внешнем воздействии. Например, под действием магнитного потока на проводник. Такое строение атома подтверждается экспериментально реакцией взаимодействия алюминия с кислородом, сопровождающейся образованием оксида алюминия Al₂O₃. Алюминий относится к группе металлов, обладающих высокой электропроводностью, но при образовании оксида объем атомов металла уменьшается в 14,7 раза, то есть удаляется толстый слой периферийных фотонов, и хороший проводник электрического тока превращается в столь же хороший изолятор.

Объем атома определяется равновесием двух сил, действующих в противоположных направлениях: силой притяжения и уплотнения фотонов его ядром, уменьшающей объем частицы, и центробежной силой вращения Вселенной, разрежающей фотонную материю и увеличивающей ее объем. Эти силы называются “фотонным равновесием”. Так как объем фотонов определяется подобным равновесием: силой притяжения фотонной материи ядром Земли, уплотняющей фотоны, и центробежной силой вращения Вселенной, увеличивающей их объем, то фотонная материя находится в состоянии невесомости. Именно поэтому масса атомов определяется только массой их ядер. Это значит, что объем атомов зависит также от силы тяготения земного ядра и межъядерного взаимодействия этих частиц, уменьшающих их объем тем сильнее, чем больше масса ядер атомов. Именно поэтому радиусы атомов второго и третьего периода таблицы химических элементов последовательно уменьшаются с увеличением порядкового номера элемента.

Непрерывные материи. Если растянуть резиновый шнур в каком-либо месте, то это приведет к одновременному увеличению объема всех молекул на участке растяжения (разрежения), несмотря на то, что площадь его поперечного сечения несколько уменьшится. Очевидно, что, если бы отсутствовало межмолекулярное взаимодействие, то есть, если бы частицы не были связаны друг с другом в непрерывную материю шнура, то одновременное разрежение большого количества частиц было бы невозможным. Но разреженные частицы стремятся вернуться в исходное состояние, к своему естественному объему, и это является единственной причиной и силой, заставляющей всю материю шнура смещаться в область разрежения при ослаблении разрывного усилия. Простая логика этих рассуждений имеет общий характер и применима при разрежении любых непрерывных материй и их элементарных частиц, так как разрежать можно только непрерывные материи. Такие материи образуют молекулы газов и все устойчивые элементарные частицы, находящиеся в газообразном состоянии. Но здесь в основном будут рассмотрены только газовая и фотонная материи.

А теперь проделаем то же самое с воздухом, разредив его в цилиндре под действием поршня. Он ведет себя аналогичным образом: его молекулы, стремясь вернуться в исходное состояние, создают усилие, втягивающее поршень внутрь цилиндра. Это означает, что воздух является непрерывной материей, в которой, как и в резиновом шнуре, нет пустот. Молекулы воздуха плотно прижаты друг к другу оболочками силой гравитационного взаимодействия частиц и ядра Земли, и это состояние нельзя изменить ни при каких условиях. Это значит, что в воздухе нет ни межмолекулярных расстояний, ни свободного пробега частиц, ни их столкновений. Нет и кинетической энергии их движения. А это значит, что кинетическая теория газов основана исключительно на неверных предположениях (постулатах) и не сосоответствует действительности. Тем не менее она позволяет делать правильные расчеты. В воздухе нельзя отделить одну молекулу от другой так, чтобы между ними оказалось пустое пространство, поскольку пустота в природе отсутствует. Попытка сделать это с помощью разрежения приводит лишь к беспредельному увеличению объема частиц, что сопровождается удлинением межъядерных связей молекул (увеличением межъядерных расстояний). Это значит, что материя газов в галактике непрерывна (не разрываема) и только поэтому находится в состоянии сильного разрывного напряжения под действием центробежной силы ее вращения, точнее под действием вращения ее водородно-гелиевого вихря. Это является причиной разреженности межзвездной среды. Такими же свойствами обладает и фотонная материя, которая, как уже было сказано, сильно разрежена под действием центробежной силы вращения Вселенной.

Если межзвездная среда галактики сильно разрежена, то атмосфера Земли, наоборот, сильно уплотнена под действием силы тяготения ее ядра. Это значит, что объем молекул воздуха зависит также и от другого равновесия сил, действующих в противоположных направлениях: от силы земного тяготения, уплотняющей атмосферу Земли и уменьшающей объем частиц, и от центробежной силы вращения галактического вихря, разрежающей атмосферу и увеличивающей их объем. Именно эти силы в основном и определяют объем молекул газов. Это равновесие сил называется “молекулярным”. Под его воздействием атомы, молекулы и все тела на Земле находятся в состоянии постоянного разрывного напряжения, и поэтому поглощают теплоту при нагревании. Это является причиной увеличения объема молекул воды и перехода их в газообразное состояние, то есть причиной ее испарения с поверхности мирового океана. С молекулярным равновесием связана и возможность плавления металлов. Если бы это равновесие отсутствовало, то энергетический барьер устойчивости воды не позволил бы ей переходить в газообразное состояние, а металлы невозможно было бы расплавить. На объем атомов твердых веществ оно практически не влияет, так как их объем в значительно большей степени зависит от силы взаимного притяжения частиц.

Природа вязкости. Вязкость жидких и газообразных сред непосредственно связана с прочностью межмолекулярных, то есть межъядерных связей атомов или с разрывным сопротивлением той или иной материи. Чем больше масса атомов и меньше объем частиц, тем сильнее их взаимное притяжение и больше вязкость жидкости или газа. Как уже упоминалось ранее, материя воздуха является непрерывной. В ней нет пустот не занятых молекулами. Это значит, что они имеют не шарообразную форму, как это принято считать, а какую-то иную, в том числе, возможно, и кубическую. То есть воздух имеет вполне правильную, хотя и подвижную структуру. Под действием ветра, конвективных потоков воздуха она нарушается, но столь же быстро и восстанавливается, как только исчезает причина. Вследствие взаимодействия молекулы ни вращаться, ни как-либо двигаться не могут: этому препятствуют гравитационные связи и энергетический барьер устойчивости структуры воздуха. Благодаря последнему он не расслаивается на отдельные газы, иначе на Земле органическое вещество не могло бы существовать из-за окислительных свойств свободного кислорода. Если бы материя воздуха имела межмолекулярные расстояния, превосходящие по размеру молекулы, как это считается в современной теоретической физике, то мы не знали бы о существовании вязкости газов.

Почему увеличивается вязкость газов. Известно, что нагревание приводит к расширению тел, в том числе и воздуха, то есть к увеличению объема его молекул. С другой стороны, их объем определяется молекулярным равновесием сил: силой тяготения ядра Земли, уменьшающей объем частиц, и центробежной силой вращения галактики, увеличивающей их объем. То есть равновесие сил препятствует увеличению объема молекул. А нагревание вынуждает их поглощать лишние фотоны и создает силу, направленную против земного тяготения. Иными словами, притяжение земного ядра препятствует увеличению объема молекул при нагревании. Чем выше температура нагреваемого воздуха, тем сильнее смещение равновесия и сила, препятствующая увеличению объема молекул. В этих условиях внедрение дополнительных фотонов создает в оболочках молекул фотонное давление, уменьшающее объем частиц (фотонов), что является причиной усиления межфотонного и межъядерного притяжения атомов в молекулах, а, следовательно, и вязкости воздуха. С другой стороны, увеличение фотонного давления означает увеличение плотности фотонной материи и материи газов, что и является причиной повышения скорости распространения в ней звука.

Молекулярное равновесие сил, как уже упоминалось ранее, на объем атомов более тяжелых элементов практически не влияет, поскольку их объем сильно зависит от межъядерного взаимодействия частиц. То есть нагревание направлено в основном на преодоление взаимного притяжения атомов вплоть до перехода вещества в жидкое состояние и сопровождается быстрым понижением его вязкости. Но и в этом состоянии их взаимное притяжение все еще слишком велико, и вязкость расплава при повышении температуры продолжает понижаться.

Источник

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Вязкость

Коэффициент динамической вязкости m характеризует силы взаимоде йствия между молекулами газа, которые преодолеваются при его движении.

Основной единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда (Па*с). В нефтепромысловой практике вязкость измеряют в пуазах (П) или сантипуазах (сП). 1сП = 0,01 П= 0,001 Па*с.

Коэффициент кинематической вязкости. В расчетах наряду с абсолютной вязкостью газа применяют кинематическую вязкость n, равную абсолютной вязкости, деленной на плотность газа: n=m/r.

Единицей кинематической вязкости является квадратный метр на секунду (м2/с) или квадратный миллиметр на секунду (мм2/с) 1 мм2/с = 10-6 м2/с.

В нефтепромысловой практике кинематическую вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт) 1 Ст = 10-4 м2/с; 1 сСт = 10-6 м2/с = 1 мм2/с.

При пересчетах абсолютной вязкости газа в кинематическую значения плотности r или удельного веса g берутся при рассматриваемых давлениях и температурах.

Природа вязкости газов и жидкостей. В газах расстояние между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому вязкость газов следствие хаотического (теплового) движения молекул, сопровождающее переносом от слоя к слою определённого количества движения, в результате медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешних сил, уравновешивающих вязкое сопротивление и поддерживающее установившееся течение, полностью переходит в теплоту.

В жидкостях, где расстояние между молекулами много меньше, чем в газах, вязкость обусловлена молекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на “рыхление” жидкости) расходуется так называемая энергия активации вязкого течения.

В идеальном газе вязкость m не зависит от плотности (давления), а определяется величинами средней скорости и длиной свободного пробега молекул. Так как средняя скорость возрастает с повышением температуры Т (несколько возрастает также и длина свободного пробега), то вязкость газов увеличивается при нагревании (пропорционально корню квадратному от температуры) (рис.1.4).

Присутствие неуглеводородных компонентов в газе повышает вязкость природного газа.

В жидкостях энергия активации уменьшается сростом температуры и понижением давления. В этом состоит одна из причин резкого снижения вязкости жидкостей с повышением температуры и роста её при высоких давлениях.

В силу того, что при больших давлениях газы приобретают свойства жидкости, то при давлениях больших 10-15Мпа вязкость природных газов падает с ростом температуры (рис.1.4), но само значение вязкости повышается с ростом давления.

Источник