МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Вязкость нефти

Вязкость нефти является одним из основных свойств жидкости. На рисунке справа показан участок потока нефти. Стрелки указывают скорости разделенных слоев. Плоскость между соседними слоями нефти обозначена через d_σ. Если ввести ось y, перпендикулярную этой области, то распределение скоростей в этой области будет иметь вид u = u(y), где разность скоростей между соседними слоями жидкости, деленная на расстояние между ними (градиент скорости), выражается производной du/dy.

Производная du/dy определяет величину γ, которая называется скоростью сдвига слоёв нефти по отношению друг к другу: γ = du/dy (с^-1).

Наличие относительных скоростей вызывает трение между слоями нефти. Для характеристики этой силы трения используется величина τ, называемая касательным напряжением трения. Эта величина определяется, как отношение силы трения dF_тp между слоями нефти, разделенными определенной площадью поверхности, к площади поверхности d_σ: τ = dF_тp/d_σ. Эксперименты показали, что для многих жидкостей, в включая нефть, напряжение сдвига τ пропорционально градиенту скорости du/du между слоями:

Другими словами, чем выше напряжение трения, тем выше относительная скорость сдвига слоя жидкости. Жидкость, удовлетворяющая этому закону, называется ньютоновской вязкой жидкостью. Коэффициент пропорциональности μ закона вязкого трения называется коэффициентом динамической вязкости. Закон вязкого трения является общим для всех вязких жидкостей, но содержащийся в нем коэффициент μ варьируется от жидкости к жидкости и характеризует индивидуальное свойство жидкости, называемое вязкостью.

Размерность [τ] касательного напряжения выражается зависимостью:

В СИ [τ] имеет размерность: 1 Па = 1 кг/(м·с²).

Размерность [μ] коэффициента динамической вязкости выражается зависимостью:

В СИ единицей является кг/(м·с), а единицей динамической вязкости - Пуазейль (Пуаз), 1 Пз = 1/10·кг/(м·с). Например, коэффициент динамической вязкости воды составляет 0,01 Пз = 0,001 кг/(м·с) = 1 сантипуаз. Нефть может иметь вязкость выше в пять, десять, пятьдесят и более раз, чем вода.