Вязкость и ее роль в динамических процессах
Покупка
Тематика:
Прикладная физика
Год издания: 2012
Кол-во страниц: 239
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-9515-0201-8
Артикул: 680649.01.99
Доступ онлайн
300 ₽
В корзину
Рассмотрены различные агрегатные состояния веще-
ства и характер взаимодействия между частицами, транс-
портные свойства в веществах и коэффициенты переноса:
диффузия, вязкость, теплопроводность и электропровод-
ность. Обсуждены различные модели транспортных явлений,
при этом основное внимание уделено вязкости веществ.
Описаны экспериментальные методы определения коэффи-
циента динамической вязкости в статических и динамиче-
ских экспериментах. Большое внимание в монографии уде-
лено диссипативным потерям при анализе различных дина-
мических процессов.
Книга будет полезна для научных работников, аспи-
рантов и студентов, занимающихся физикой высоких давле-
ний и температур, физикой ударных волн и быстропроте-
кающих процессов, а также для инженерно-технических ра-
ботников и конструкторов, связанных с созданием устройств,
функционирующих в экстремальных условиях высокоскоро-
стного ударного и интенсивного теплового нагружения.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» В. А. Огородников ВЯЗКОСТЬ И ЕЕ РОЛЬ В ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ Монография Саров 2012
УДК 534.222.2 ББК 22.23 О-39 Рецензент доктор физ.-мат. наук О. Б. Дреннов Огородников В. А. О-39 Вязкость и ее роль в динамических процессах. Монография. – Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2012. – 239 с.: ил. ISBN 978-5-9515-0201-8 Рассмотрены различные агрегатные состояния вещества и характер взаимодействия между частицами, транспортные свойства в веществах и коэффициенты переноса: диффузия, вязкость, теплопроводность и электропроводность. Обсуждены различные модели транспортных явлений, при этом основное внимание уделено вязкости веществ. Описаны экспериментальные методы определения коэффициента динамической вязкости в статических и динамических экспериментах. Большое внимание в монографии уделено диссипативным потерям при анализе различных динамических процессов. Книга будет полезна для научных работников, аспирантов и студентов, занимающихся физикой высоких давлений и температур, физикой ударных волн и быстропротекающих процессов, а также для инженерно-технических работников и конструкторов, связанных с созданием устройств, функционирующих в экстремальных условиях высокоскоростного ударного и интенсивного теплового нагружения. УДК 534.222.2 ББК 22.23 ISBN 978-5-9515-0201-8 © ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2012
СОДЕРЖАНИЕ Основные обозначения и сокращения ………………….……….. 6 Введение …………………………………………………………... 8 Глава 1. Транспортные и диссипативные процессы в веществе …. 15 1.1. Агрегатное состояние вещества ……………………… 15 1.1.1. Кристаллические вещества …………………….. 15 1.1.2. Жидкости ………………………………………… 27 1.1.3. Газы ……………………………………………… 30 1.1.4. Уравнение состояния идеального газа ………… 33 1.1.5. Уравнение состояния ван-дер-ваальсова газа …………………………........... 43 1.2. Транспортные свойства веществ, коэффициенты переноса ……………………………………………………. 48 1.3. Диссипативные процессы …………………………….. 57 Список литературы к главе 1 …………………………………….. 64 Глава 2. Модели поведения вязкой среды ………………………. 66 2.1. Модель вязкопластической среды ………………….... 66 2.2. Активационная модель …………………….................. 68 2.3. Кинетически-столкновительная модель ……………... 74 2.4. Фрактальная модель …………………………………... 77 Список литературы к главе 2 …………………………………….. 85 Глава 3. Методы измерения коэффициента динамической вязкости …………………………………………………………… 89 3.1. Экспериментальные методы измерения вязкости при сравнительно низких давлениях (р ≤ 20 ГПа) .……… 90 3.1.1. Метод Стокса ……………………………………. 91 3.1.2. Метод кристаллизации …………………………. 91
Содержание 4 3.1.3. Метод меченых атомов ………………………..... 92 3.1.4. Результаты измерений и модельных оценок вязкости при сравнительно низких давлениях (р ≤ 20 ГПа) …………………………………………….. 93 3.2. Расчетные оценки вязкости при высоких давлениях …. 102 3.3. Методы измерения вязкости при ударно-волновом нагружении …........................................................................ 107 3.3.1. Метод свободных затухающих колебаний оболочек ………………………………………………. 109 3.3.2. Оценки вязкости по ширине фронта ударной волны ………................................................... 111 3.3.3. Оценки вязкости по скоростным зависимостям сопротивления материалов деформированию при сжатии в ударных волнах и растяжению при отколе ………............................................................ 115 3.3.4. Метод фиксированных линий …………………. 117 3.3.5. Оценки вязкости жидкости по измерению скорости разгоняемых в ней цилиндрических тел ……. 121 3.3.6. Оценки вязкости твердых и жидких материалов по развитию возмущений на фронте ударной волны … 125 3.3.7. Верхняя оценка вязкости по формированию микроструеобразования из канавки на свободной поверхности образца при выходе на нее УВ ………… 129 3.3.8. Экспериментально-расчетный метод оценки вязкости в осе- и центрально-симметричных нестационарных течениях …………………………….. 132 3.3.9. Сравнение результатов измерений коэффициентов динамической вязкости материалов различными методами ………………………………… 135 Список литературы к главе 3 ……………………………………. 138
Содержание 5 Глава 4. Роль вязкости в различных динамических процессах … 143 4.1. Расчетно-теоретическое исследование инерционного схождения оболочек из несжимаемого вязкопластического материала ……………………............................................... 145 4.1.1. Схождение цилиндрических оболочек ………… 146 4.1.2. Схождение сферических оболочек …………….. 151 4.1.3. Результаты расчетов и их обсуждение …..……. 157 4.2. Экспериментально-расчетное исследование схождения цилиндрических оболочек, разгоняемых продуктами взрыва, с учетом диссипативных процессов …. 163 4.2.1. Динамика схождения оболочек ………………… 163 4.2.2. Симметрия и устойчивость схождения оболочек .. 173 4.3. Экспериментально-расчетное исследование всестороннего сжатия и растяжения при взрывном нагружении шаров с учетом диссипативных процессов ….. 188 4.4. Оценка параметров вязкопластического механизма образования «горячих точек» в пористом материале за фронтом УВ ……………………………………………... 198 4.5. Кинетическая модель пластического разрушения с учетом диссипативных процессов …….………………… 207 4.6. Моделирование струйных течений при выходе УВ на профилированную свободную поверхность …............. 219 4.7. Роль вязкости материала оболочек в проблеме газодинамического термоядерного синтеза ……………… 231 Список литературы к главе 4 …………………………………….. 233
Основные обозначения и сокращения x, y, z – пространственные координаты t – время ε – деформация γ – деформация сдвига u – перемещение U – скорость с – скорость звука d – толщина слоя L – длина r – радиус S – площадь V – объем ρ – плотность р – давление F – сила σ – тензор напряжений τ – напряжение сдвига ω – частота ε – модуль Юнга µ – коэффициент Пуассона η – коэффициент динамической вязкости Y – динамический предел текучести ν – кинематическая вязкость G – модуль сдвига K – модуль объемного сжатия T – температура Е – энергия k – постоянная Больцмана g – электрический заряд а – параметр решетки R – газовая постоянная
Основные обозначения и сокращения 7 A N – число Авогадро С – теплоемкость m – масса M – атомная масса Д – коэффициент диффузии х – коэффициент теплопроводности Λ – коэффициент электропроводности ψ – диссипативная функция b – вектор Бюргерса M N – плотность подвижных дислокаций В – коэффициент вязкого торможения дислокаций Γ – коэффициент Грюнайзена θ, ϕ – полярный и азимутальный углы λ – длина волны ВВ – взрывчатое вещество ПВ – продукты взрыва УВ – ударная волна ВР – волна разрежения СП – свободная поверхность ВГО – внутренняя граница оболочки РТ – неустойчивость Рэлея – Тейлора ЗТП – зона турбулентного перемешивания ДТ – дейтерий-тритиевая смесь ГДТС – газодинамический термоядерный синтез
ВВЕДЕНИЕ Реологическое поведение различных материалов определяется их упругостью, пластичностью, прочностью и вязкостью. Вязкость, или внутреннее трение, наиболее универсальная характеристика среды, свойственная ее различным агрегатным состояниям: твердому, жидкому и газообразному. Из классической механики следует, что для поддержания равномерного прямолинейного движения тел не нужно никаких сил. Однако известно, что движущиеся в той или иной среде тела при исчезновении силы, приводящей их в движение, со временем останавливаются. Вязкость – это как раз то свойство среды, которое приводит к кажущемуся противоречию классической механики с действительностью. Интересно отметить, что именно Ньютону принадлежит авторство простого опыта, позволяющего определить силу вязкого трения тр F , а также исследовать ее зависимость от свойств среды и условий движения тела в ней. Ньютон установил, что сила вязкого трения в слое среды пропорциональна его площади S, скорости движения верхней границы слоя относительно его нижней границы U и обратно пропорциональна толщине слоя d (расстоянию между верхней и нижней границами слоя): тр , US F d = −η где η – коэффициент динамической вязкости (внутреннего трения), который характеризует свойства среды, иногда его называют сдвиговым или первым коэффициентом вязкости. Отсюда следует, что единицей вязкости служит такая вязкость, при которой градиент скорости с модулем, равным 1 м/с на 1 м, приводит к возникновению силы внутреннего трения в 1 Н на 1 м2 поверхности касания слоев (жидкости, газа). Эта единица называется
Введение 9 паскаль-секундой 2 Н 1 Па с 1 с м ⎛ ⎞ ⋅ = ⋅ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ . Величину ν = η ρ называют коэффициентом кинематической вязкости, где ρ – плотность среды. Из закона трения Ньютона следует связь между касательны ми напряжениями при сдвиге τ и градиентом скорости dU dx или скоростью деформации ε& . dU dx τ = η = ηε& Экспериментально установлено, что для многих материалов динамический предел текучести Д σ зависит от скорости деформации в виде д 0 , σ = σ + ηε& где 0 σ – статический предел текучести. При этом величина ηε& является вязким сопротивлением пластической деформации, а коэффициент динамической вязкости характеризует необратимые процессы, которые происходят при пластической деформации. Возможно существование таких течений металлов при больших скоро стях деформации 2 1 10 c , − ε ≥ & при которых вязкое сопротивление деформированию будет соизмеримо с пластическим сопротивлением и будет даже определяющим. В зависимости от характера деформации различают объемную и сдвиговую вязкость. Объемная вязкость проявляется при сравнительно медленных релаксационных процессах, в частности, связанных с затуханием волн, сдвиговая вязкость – при высокоскоростном деформировании. Рассматривая универсальность вязкости как характеристику среды, следует указать на своеобразие механизмов ее проявления в различных агрегатных состояниях вещества, отличающихся ближним (жидкости) или дальним (кристаллы) порядком взаимодействия между частицами или его отсутствием (газы). Так, если в газо
Доступ онлайн
300 ₽
В корзину