В’язкість і вихроутворення в рідині, що обертається в циліндричній ємності

Анотація

Експериментально досліджено вільне падіння сталевих кульок різних діаметрів у в'язких рідинах, поміщених в циліндричну посудину, що покоїться або обертається з постійною швидкістю, а також вихроутворення рідини, що обертається в циліндричній посудині. Для дослідження цих питань розроблений експериментальний стенд, що складається з циліндричної скляної посудини, встановленої на осі валу електродвигуна з регульованими оборотами, контрольно-вимірювального обладнання в складі цифрового лазерного тахометра, цифрового USB-мікроскопа і ноутбука, для візуалізації досліджуваних процесів. Отримано експериментальні залежності миттєвої швидкості кульок від пройденої ними відстані. Показано наявність перехідного режиму зміни швидкості кульки при його вході в рідину. Перехідний режим характеризується загасаючою, періодичною змінною від відстані миттєвою швидкістю. Встановлено, що на певній пройденій кулькою відстані, перехідний режим переходить в стаціонарний, коли кулька рухається з постійною швидкістю. У стаціонарному режимі методом Стокса досліджена залежність в'язкості рідини від частоти обертання посудини. Показано, що загальною закономірністю таких процесів є зменшення часу падіння кульок, а, отже, коефіцієнту динамічної в'язкості рідини, з ростом частоти обертання посудини. Експериментально виявлено періодична зміна коефіцієнту динамічної в'язкості від частоти обертання посудини. Експериментально встановлено, що при обертанні циліндричної посудини утворюється кілька паралельних осі циліндра ниткоподібних спіральних потоків пофарбованої рідини. При цьому швидкість низхідного дрейфу пофарбованої рідини зростає зі збільшенням швидкості її обертання, а також вона збільшується від периферії до центру судини.