Свойства многофазных систем и аномальных жидкостей

Многофазные системы.

Системы, состоящие из нескольких фаз, называются много­фазными (полифазными). Простейшим случаем многофазной систе­мы являются двухфазные системы. Например: газ - твердые части­цы (пневмотранспорт, пылеулавливание); газ - капли жидкости (распылители, сушилки, газовое охлаждение, испарение); жидкость - пузырьки пара (испарители, эрлифты).

Во всех этих примерах первая из указанных фаз (основная) условно называется непрерывной, вторая - дискретной. При некото­рых условиях многофазные системы могут переходить в однородные (гомогенные) и наоборот. Например, в воде при обычных условиях находится растворенный воздух. При снижении давления и повыше­нии температуры воздух начинает выделяться, образуя воздушные пузыри значительных размеров, иными словами, наблюдается пере­вод однофазной системы (вода) к двухфазной (вода + газ).

Количество дискретной фазы в непрерывной определяется объмной концентрацией. Обычно за объемную концентрацию β принимается отношение объема, занятого дискретной фазой, к общему объему многофазной системы

              (36)

где W₂ и W₁ - объемы дискретной и непрерывной фаз в многофаз­ной системе.

Среднюю плотность.многофазной системы можно представить в следующем виде:

           (37)

где ρ₂ и ρ₁ - плотности соответственно дискретной и непрерывной фаз.

Аномальные жидкости.

Трение в некоторых жидкостях не подчиняется зако­ну вязкости Ньютона. К этим, так называемым не­ньютоновским (или аномальным), жидкостям можно от­нести, например, литой бетон, строительный раствор, глинистый раствор, нефтепродукты при температуре, близкой к темпе­ратуре застывания, коллоидные растворы и др.

Чтобы привести такие жидкости в движение, необхо­димо приложить некоторое (иногда значительное) усилие. Движение неньютоновских жидкостей начинается только после того, как касательные напряжения в них достиг­нут некоторого предельного значения (так называемое начальное напряжение сдвига): при меньших касатель­ных напряжениях эти жидкости не текут, а испытывают только упругие деформации, как твердые тела.

В аномальных жидкостях касательное напряжение определяется поформуле Бингема

                     (38)

где τ₀ - начальное (предельное) напряжение сдвига (для ньюто­новских жидкостей τ₀=0).

Таким образом, в аномальных жидкостях сила трения возникает еще в покоящихся, но уже стремящихся прийти в движение жидкостях. На рис. 6 показана за­висимость между касательным напряжением и градиен­том скорости.

Вязкость аномальных жидкостей (так называемая структурная вязкость) при заданных температуре и дав­лении непостоянна и изменяется в зависимости от гра­диента скорости du/ dy по мере разрушения структуры жидкости, а следовательно, не является физической кон­стантой, как вязкость нормальных жидкостей.