

Lepkość to właściwość fizyczna płynów (cieczy i gazów), która opisuje opór substancji wobec przepływu. Innymi słowy, lepkość określa, jak łatwo lub trudno dana substancja płynie. Im większa lepkość, tym większy opór przepływu i wolniejszy ruch płynu.
Dobrym przykładem jest porównanie miodu i wody. Miód ma znacznie większą lepkość niż woda, dlatego płynie dużo wolniej w tych samych warunkach. Zjawisko to wynika z oddziaływań między cząsteczkami płynu, które powodują swego rodzaju wewnętrzne tarcie między przesuwającymi się warstwami cieczy.
Lepkość odgrywa bardzo ważną rolę w wielu dziedzinach inżynierii – od projektowania instalacji hydraulicznych, przez analizę przepływów w mechanice płynów, aż po modelowanie zjawisk w symulacjach CFD i analizach metodą elementów skończonych.
Spis treści
Lepkość to miara oporu płynu wobec odkształceń ścinających, które powstają podczas przepływu. Oznacza to, że gdy jedna warstwa cieczy przesuwa się względem drugiej, między nimi pojawia się siła przeciwdziałająca temu ruchowi.
Zjawisko to można wyobrazić sobie jako ruch wielu cienkich warstw płynu, które ślizgają się względem siebie. Lepkość powoduje powstawanie naprężenia ścinającego działającego przeciwnie do różnicy prędkości tych warstw.
Najważniejsze cechy lepkości:
Lepkość dynamiczna (nazywana także lepkością absolutną) jest podstawową wielkością opisującą lepkość płynu. Określa ona zależność pomiędzy naprężeniem ścinającym a gradientem prędkości w płynie.
W przypadku wielu cieczy obowiązuje zależność:
τ = μ (du/dy)
gdzie:
| Symbol | Znaczenie |
|---|---|
| τ | naprężenie ścinające |
| μ | lepkość dynamiczna |
| du/dy | gradient prędkości w płynie |
Jednostką lepkości dynamicznej w układzie SI jest:
paskalosekunda (Pa·s).
Wartość lepkości dynamicznej zależy głównie od rodzaju substancji oraz temperatury.
W wielu zastosowaniach inżynierskich wygodniej jest korzystać z lepkości kinematycznej, która uwzględnia również gęstość płynu.
Lepkość kinematyczna definiowana jest jako:
ν = μ / ρ
gdzie:
| Symbol | Znaczenie |
|---|---|
| ν | lepkość kinematyczna |
| μ | lepkość dynamiczna |
| ρ | gęstość płynu |
Jednostką lepkości kinematycznej w układzie SI jest:
metr kwadratowy na sekundę (m²/s).
W praktyce lepkość kinematyczna jest często wykorzystywana przy analizie przepływów w rurociągach, projektowaniu układów hydraulicznych czy porównywaniu właściwości różnych cieczy.
Temperatura ma bardzo duży wpływ na wartość lepkości płynów, jednak zależność ta jest różna dla cieczy i gazów.
Wraz ze wzrostem temperatury lepkość cieczy zwykle maleje. Oznacza to, że podgrzewanie cieczy powoduje zmniejszenie oporu przepływu i przyspieszenie ruchu płynu.
Przykłady:
Dla gazów sytuacja jest odwrotna – wzrost temperatury powoduje zwiększenie lepkości. Wynika to z intensywniejszego ruchu cząsteczek i częstszych zderzeń między nimi.
Nie wszystkie płyny zachowują się w taki sam sposób podczas przepływu. W zależności od zależności między naprężeniem ścinającym a prędkością odkształcenia wyróżnia się dwa podstawowe typy płynów.
Płyny newtonowskie spełniają liniową zależność między naprężeniem ścinającym a gradientem prędkości. W takich płynach lepkość jest stała w danej temperaturze.
Przykłady:
W płynach nienewtonowskich lepkość zmienia się w zależności od prędkości odkształcenia lub czasu działania obciążenia.
Przykłady:
Lepkość jest jednym z kluczowych parametrów opisujących zachowanie płynów w układach technicznych. Jej wartość wpływa bezpośrednio na opory przepływu, straty energii oraz stabilność ruchu płynu.
Lepkość ma szczególne znaczenie w takich dziedzinach jak:
W analizach numerycznych, zwłaszcza w symulacjach CFD, lepkość jest jednym z kluczowych parametrów występujących w równaniach Naviera-Stokesa, które opisują ruch płynów.

