| 词条 | 粘性流体流动 |
| 释义 | § 粘性流体流动 § 正文 实际流体宏观运动的一种简化模型，是动量传递的主要研究对象。这种模型把流体看成由流体微团组成的连续介质，可使用连续函数的数学工具予以描述。实际流体流动中通常都呈现粘性，粘性是分子热运动和分子间力造成的动量传递的宏观表现。因此，所谓粘性流体亦即实际流体，其粘性用粘度或表观粘度来表征。实际流体的这种粘性作用一般仅限于壁面附近的流体层，称为边界层。边界层理论是粘性流体流动的基本理论。作为一种假设，将无粘性的流体称为理想流体。当粘性流体绕过物体表面流动时，通常把距离该物体表面相当远处，无速度梯度的流体视为理想流体。 流动类型 粘性流体的运动可按各种不同方法来分类。按流动与时间的关系来分，流动速度及有关物理量都不随时间变化的流动称为定态流动，反之称为非定态流动。按流动与空间的关系来分，如流动速度及有关物理量只是一维空间的变量，这种流动称为一维流动；如是两维或三维空间的变量，则流动分别称为二维流动或三维流动。当流体沿固体壁面流动时，按流体和壁面的相对关系，常将流动分为外部问题和内部问题。所谓外部问题，系指流体绕过置于无限流体中的物体，或者物体在无界流体中的运动，称为绕流，如空气绕过换热管的流动或颗粒在气流中的沉降；而内部问题，则指流体处于有限固体壁面所限制的空间内的流动,称为管流,如各种管道内的流体流动。不受壁面限制的流动为自由流动。常指流体自小孔流出的射流，流体绕过物体后形成的尾流等。按流动的内在结构，流动分为层流和湍流。在这两种状态下，动量传递机理是互不相同的。湍流中的动量传递虽然包括分子动量传递，但主要为由流体微团的脉动运动所引起的涡流动量传递，层流中的动量传递则由分子运动所引起。这两种状态下的流动特性是有显著差异的。按流动流体的相数，流动分为单相流和两相流（或多相流）。化工中最常见的两相流是分散在连续相液体中的液滴或气泡，以及液膜与相邻气相所组成的两相系统。 剪切应力与应变率的关系 粘性流体在流动过程中，如果所呈现的剪切应力与剪切应变率之间的关系，服从牛顿粘性定律,则称为牛顿流体,如常见的空气、水、大最低分子液体和气体；否则，称为非牛顿流体，如高分子溶液、熔融体、油漆和一些悬浮液等。（见聚合物流变学） 对于一维流动来说，1687年英国I.牛顿提出的牛顿粘性定律认为,剪切应力（即动量通量τyx与剪切应变率(即速度梯度)呈线性关系，表示为： (1)式中μ为粘度；ux为x方向的速度分量；x、y为坐标轴。牛顿粘性定律是描述流体剪切应力与剪切应变率关系的本构方程的最简单的形式。 对于三维剪切流动，牛顿粘性定律常表示为： (2) (3)式中σxx为法向应力;p为压力;媉ux/媉x为拉伸应变率。关于τyz和τzx也可以写出类似于式(2)的关系式，对σyy和σzz也有类似于式(3)的关系式。式(2)、(3)又称为广义牛顿粘性定律。 粘性流体流动中的剪切应力与剪切应变率的关系图，称为流动曲线（见图）。牛顿流体的流动曲线是一条通过原点的直线；非牛顿粘性流体的流动曲线偏离这一直线。不同方式的偏离，反映出不同类型流体的特点(见表)。仿照牛顿粘性定律的形式，对非牛顿流体可以写出： 式中η为非牛顿流体粘度，也称作表观粘度。它不是粘度那样的物理性质，不仅与流体种类有关，且随剪切应变率而变化，变化的范围可能是几倍、十倍、百倍乃至千倍。 粘性流体流动 粘性流体流动 有些非牛顿流体，不仅具有粘性,而且具有弹性,这种流体称为粘弹性流体，它包括从粘性固体到弹性流体的许多物质。前者如橡胶，后者如高聚物溶液和熔体。粘弹性流体的剪切应力不仅是瞬时变形(应变、应变率)的函数,还与变形历史有关,因此这种流体又称记忆流体。 § 配图 § 相关连接 |
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