Лекции по Электрическому приводу

Эффект Вайсенберга. Пусть вязкоупругая жидкость находится в кольцевом зазоре между двумя вертикально расположенными концентрическими цилиндрами, внутренний цилиндр вращается с некоторой угловой скоростью. В случае ньютоновской жидкости вследствие действия центробежных сил, обусловленных вращением жидкости, около внутреннего цилиндра уровень жидкости понижается, а вблизи внешнего – повышается. В случае вязкоупругой жидкости, когда действуют нормальные напряжения, наблюдается обратная картина – вблизи внутреннего цилиндра уровень жидкости повышается (внутренний цилиндр выталкивается). Этот же эффект происходит и при вращении жидкости между двумя горизонтальными пластинами, когда распределение давления по радиусу неравномерное, с максимумом в центре.
Разбухание струи (Барус-эффект). При вытекании ньютоновской жидкости из трубки диаметр струи вследствие закона сохранения количества движения вниз по потоку сужается по сравнению с диаметром отверстия. При истечении из трубы вязкоупругой жидкости наблюдается расширение диаметра струи до размеров, значительно больше диаметра трубки, иногда превосходящих размер отверстия в три-четыре раза. Изменение формы жидкости после выхода из трубы было впервые замечено американским биологом Д. Барусом, который для опытов использовал очень вязкий материал, называемый корабельной клеевой краской.
Эффект может быть обусловлен сочетанием упругости жидкости и сходящимся характером линий тока на входе в трубу. Если жидкость течет по трубе таким образом, что ее частицы перемещаются параллельно оси трубы, а на входе, в области сходящегося течения, имеют составляющую скорости по направлению к оси, то жидкие цилиндры, коаксиальные с трубой, должны увеличивать свою длину и уменьшаться в диаметре течении внутри трубы. Если жидкость при истечении из трубы еще помнит предысторию своего движения на ее входе, то естественно ожидать, что, покидая трубу, жидкость должна изменять форму в некотором смысле противоположно тому, как это ей пришлось сделать раньше, т.е. жидкий цилиндр будет уменьшаться в длине и возрастать в диаметре. В таком случае эффект должен был бы снижаться при увеличении длины трубы, что и происходит на самом деле. Однако эффект не исчезает полностью при возрастании длины трубы.
Такое "остаточное" увеличение диаметра подтверждает результат эксперимента, при котором жидкость в трубе находилась в покое в течение времени, значительно превышающем время релаксации и затем вытеснялась из трубы. Это объясняется тем, что при движении жидкости в трубе в ней возникают нормальные напряжения, стремящиеся прижать жидкость к стенкам. При вытекании в открытое пространство ограничивающих стенок нет и под действием релаксирующих нормальных напряжений струя разбухает.
Эластичная турбулентность. При движении полимерного раствора по трубе с малыми скоростями вытекающая струя жидкости будет гладкой и ровной, в то время как при больших скоростях поток становится неравномерным и неупорядоченным. В последнем случае для ньютоновской жидкости число Рейнольдса обычно меньше критического значения, при котором течение становится турбулентным. Следовательно, упругие свойства раствора приводят к нестабильности течения.
При больших скоростях полимерные струи могут даже распадаться на отдельные капли, а в некоторых случаях при очень больших скоростях деформаций струя снова становится гладкой. Объясняется это тем, что при превышении некоторого критического напряжения сдвига возможно проскальзывание жидкости у твердых стенок. При этом скоростная характеристика трения скольжения имеет падающий участок, что определяет возможность неустойчивого режима течения и возникновения релаксационных автоколебаний при течении жидкости.
Неустойчивый режим может быть также обусловлен специфической упругой гидродинамической неустойчивостью при движении вязкоупругих жидкостей.
Можно также предположить, что наличие аномальных вязкостных свойств, в частности, резкая зависимость вязкости от градиента скорости и температуры, связанная с происходящими в процессе течения структурными перестройками, может служить причиной возникновения описанного явления.