Ньютоновские жидкости

Эффективность процессов разработки нефтяных месторождений в значительной степени определяется особенностями фильтрации пластовых жидкостей в пористой среде. Пластовая вода, содержащая растворенные соли, а также закачиваемая через нагнетательные скважины пресная вода являются молекулярными растворами и относятся к истинным жидкостям.

Течение истинных жидкостей подчиняется закону вязкого течения Ньютона. Для осмысливания этого закона представим тонкий слой вязкой жидкости между двумя параллельными пластинками, площадь каждой из которых S и расстояние между которыми dx. Одна пластинка неподвижна, а к другой приложено сдвигающее усилие F. В установившемся движении усилие должно уравновешиваться со стороны жидкости силой, обусловленной вязкостью, а подвижная пластинка должна перемещаться равномерно со скоростью U. В этом случае уравнение вязкого течения Ньютона (1687 г.) записывается в следующем виде:

где τ – напряжение сдвига, поддерживающее течение жидкости, т.е. касательное усилие на единицу площади, приложенное к слоям жидкости, отстоящим друг от друга на расстоянии dx при разности скоростей между ними du; du/dx – градиент скорости сдвига; μ – коэффициент пропорциональности, носящий название динамической вязкости. Вязкость истинных растворов зависит от природы жидкости, температуры и давления.

Жидкости, течение которых подчиняется закону вязкого течения Ньютона, названы ньютоновскими. Таким образом, истинные или молекулярные растворы являются ньютоновскими жидкостями. Примерами таких жидкостей, кроме воды, могут служить жидкие индивидуальные углеводороды с числом атомов углерода до 17: спирт, бензол и т.д.

Следует заметить, что закон Ньютона справедлив лишь при установившемся ламинарном течении истинной жидкости.

Вязкость жидкости определяется более точно, если имеется график зависимости между напряжением сдвига и скоростью сдвига – линия консистентности. Линия консистентности ньютоновской жидкости представляет собой прямую линию, исходящую из начала координат. Это указывает на то, что истинные жидкости текут при сколь угодно малых напряжениях сдвига.

Параметры, с помощью которых можно описывать течение веществ, называются реологическими параметрами.

Таким образом, единственным реологическим параметром, характеризующим течение ньютоновской жидкости, является динамическая вязкость.

В смешанной системе единиц напряжение сдвига измеряется в дин/см². Градиент скорости сдвига U в с^-1, а единица измерения динамической вязкости в честь французского ученого Пуазейля, впервые изучившего движение жидкостей в капиллярах, названа Пуазом (П).