Вязкость

Рис. 45

Тепловое движение молекул отвечает также за внутреннее трение, или вязкость газов. При течении в канале, при обтекании какого-либо тела в потоке газа возникают градиенты скорости, обусловленные как существованием перепадов давления, так и наличием трения о твердые поверхности. Из-за молекулярного теплового движения между слоями газа, движущимися с различными скоростями, происходит обмен молекулами (рис. 45).

Молекулы, попадающие в данный слой газа из соседнего, приносят с собой импульс, отличный от того, каким обладают молекулы данного слоя (речь идет об импульсе, связанном с движением газа в соответствующем слое). В столкновениях с молекулами данного слоя разница в импульсах теряется.

В результате между слоями газа возникает сила трения. Применение уже использованного ранее кинетического подхода дает следующее выражение для напряжения трения (силы трения, действующей на единичную площадку в сечении между слоями):

(103.1)

(при выводе этого соотношения следует учесть, что импульс направленного движения, перенесенный одной молекулой, равен mu, так что сила трения равна разнице всех импульсов, перелетающих через площадку в единицу времени). Коэффициент вязкости h также не зависит от плотности газа. Можно образовать безразмерный параметр – число Прандтля (c_V – удельная теплоемкость). В соответствии с формулами (102.4) и (103.1) этот параметр равен Pr = 1. При невысоких температурах число Прандтля приближенно постоянно и для большинства газов близко к единице (для воздуха при комнатных температурах Pr = 0,76). Этот критерий используется при рассмотрении теплообмена в движущихся жидкостях и газах.