Лекции по Электрическому приводу

Эффект Кэя. Экспериментируя с 6 %-ным раствором полиизобутилена в динамике, Кэй обнаружил, что струйка раствора, выливающаяся из колбы в широкий и плоский сосуд, через каждые несколько секунд поднимается вверх и спускается дугой, снова достигая поверхности жидкости в сосуде на расстоянии порядка нескольких сантиметров от первоначальной точки падения.
Устойчивость жидких струй. Полимерные растворы способны образовывать сравнительно долгоживущие нити. Это наблюдается, например, на заключительной стадии распада тонкой капиллярной струи раствора полимера. Вместо того, чтобы под действием капиллярных сил распасться на отдельные капли, струя на значительном протяжении сохраняет "четочную структуру", т.е. имеет вид системы капель, соединенных тонкими нитями. Нити под действием поверхностного натяжения, создающего боковое обжатие жидкости, постепенно утончаются во времени и, что эквивалентно, по мере удаления от насадка.
Если струю вязкоупругой жидкости, например, раствора полимера или высокосмолистой нефти, вытекающую вертикально вниз из капилляра, направить в стакан, а затем медленно отодвигать его в сторону, то струя отклонится от вертикали и последует за стаканом. Если стакан отодвинут недалеко, то движение жидкости в искривленной струе происходит устойчиво и стационарно. Наличие такой формы равновесия связано с проявлением нормальных напряжений при одноосном растяжении элемента вязкоупругой жидкости. Стационарная струя в поле силы тяжести принимает искривленную форму, напоминающую цепную линию. Это означает, что в струе происходит заметное продольное натяжение, обусловленное действием нормальных напряжений.
Можно сделать некоторые качественные выводы о роли упругих эффектов в явлении "прядимости", т.е. способности жидкости к образованию длинных прядей нитей. Вопрос состоит не в том, какие силы обеспечивают равновесие нити (например, для достаточно тонких нитей это могут быть силы поверхностного натяжения), а почему нить устойчива, т.е. почему в не развиваются случайно возникающие местные утончения. Место утончение в длинной нити не будет прогрессировать, если уменьшение диаметра нити приводит к увеличению действующей в ней продольной силы. Можно показать, что если радиус нити меньше некоторого критического значения, определяемого упругими напряжениями и коэффициентом поверхностного натяжения, то ее растяжение происходит устойчиво. Отметим также, что время распада растянутой нити не может быть существенно меньше времени релаксации упругого напряжения.
Упругое последействие. Для исследования упругого восстановления, проявляющегося в заметном изменении формы при неизменном объеме, были поставлены следующие опыты. При внезапном прекращении вращения сосуда вокруг вертикальной оси, в котором находится. 5 %-ный раствор полиметилметакрилата в диметилфталате, наблюдается возвратное движение взвешенных в нем пузырьков газа.
Характерен следующий опыт. Если внезапно прекратить течение выливающейся из бутылки жидкости, разрезав поток на некотором расстоянии ниже горлышка на две части, то верхняя часть быстро вернется в бутылку. Схожий опыт можно проделать и в несколько других условиях. Опустим в сосуд с вязкоупругой жидкостью, например тяжелой нефтью, палочку и затем поднимем ее вверх. За концом палочки потянется нить жидкости, которая обладает сравнительно большой устойчивостью. Если обрезать нить жидкости, то верхняя часть нити начинает совершать колебания в вертикальной плоскости.
Взаимодействие струи жидкости с поверхностью. В добыче нефти хорошо известен способ гидропескоструйной перфорации, заключающийся в образовании отверстий в металле обсадной колонны под действием струи воды, в которую для усиления абразивного действия добавляют песок.
Были проведены эксперименты по изучению эффективности действия различного рода добавок к воде на пробивную способность струи, Сравнивали добавки песка, металлической (стальной) крошки и высокомолекулярного полимера. Результаты опытов показали, что наибольшей пробивной способностью обладает струя воды с полимерными добавками, а металлическая крошка занимает промежуточное место между добавками полимера и песком. Это связано с наличием у полимера релаксационных свойств. В процессе взаимодействия струи с поверхностью, находящиеся в воде частички той или иной добавки при ударе о металл деформируются, при этом часть кинетической энергии тратится на деформирование (упругое или пластическое) этой частички. Поскольку взаимодействие частички и поверхности длится конечное время, то поведение полимера будет определяться соотношением времен релаксации и взаимодействия. При больших скоростях истечения время взаимодействия значительно меньше времени релаксации и частичка полимера не успевает деформироваться, т.е. полимер в данных условиях ведет себя как жесткое недеформируемое тело. Это способствует усилению разрушительной способности струи воды.