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词条 粘性
释义

粘性是施加于流体的应力和由此产生的变形速率以一定的关系联系起来的流体的一种宏观属性,表现为流体的内摩擦。

简介

黏度

viscosity

由于粘性的耗能作用,在无外界能量补充的情况下,运动的流体将逐渐停止下来。粘性对物体表面附近的流体运动产生重要作用使流速逐层减小并在物面上为零,在一定条件下也可使流体脱离物体表面(见边界层)。

又称黏性系数、动力粘度,记为μ。牛顿黏性定律指出,在纯剪切流动中相邻两流体层之间的剪应力(或粘性摩擦应力)为式中dv/dy为垂直流动方向的法向速度梯度。黏度数值上等于单位速度梯度下流体所受的剪应力。速度梯度也表示流体运动中的角变形率,故黏度也表示剪应力与角变形率之间比值关系。

按国际单位制,黏度的单位为帕·秒。有时也用泊或厘泊(1泊=10-1帕·秒,1厘泊= 10-2泊)。英文表示式 Pa·s(帕·秒) 或 mPa·s(毫泊·秒).

物理解释

以气体为例,说明粘性形成的原因。气体分子的速度是由平均速度和热运动速度两部分叠加而成。前者是气体团的宏观速度,后者决定气体的温度。若相邻两部分气体团以不同的宏观速度运动,由于它们之间有许多分子相互交换,从而带来动量的交换,使气体团的速度有平均化的趋势,这便是气体粘性的由来。根据这种图像,利用统计物理中的玻耳兹曼方程,可以求得气体粘性系数的表达式: 式中k为玻耳兹曼常数;m为分子质量;C为分子作用力的比例常数。以上公式说明,粘性系数与气体密度无关,与温度成正比。这两条结论都得到了实验证实。液体的分子运动论还未成熟,目前还没有建立类似于气体分子运动论的简单物理图像,用来说明产生液体粘性的机制。

对于气体,粘性系数μ和温度T的关系可表为萨瑟兰公式:

式中B≈110.4开; T0、μ0为参考温度和参考粘性系数。此式在相当大的范围内(T<2000开)对空气是适用的。但由于上式较复杂,在实用上多采用幂次公式 。

系数测量

利用各种实验方法可以确定不同温度下流体的粘性系数。例如,在两个半径不同的同轴圆筒之间,充满待测粘度的流体。当外筒旋转时,最贴近外筒壁的流体也能以相同的速度运动,由于粘性的作用,里面的圆筒也随之运动。由于里面的圆筒悬挂在上端固定的金属丝上,所以它在旋转到一定角度后就停止转动。若测出金属丝的扭转角度,就可以算出扭力矩。因平衡时扭力矩与液体剪切力所形成的力矩相等,所以可求出剪切力和流体粘性系数的大小。另外一种方法是求出一定量体积的流体,在给定压力作用下从一个细管中流尽所需的时间,从而求出其粘性系数。

计算公式

黏度是流体的一种属性,不同流、体的粘度数值不同。同种流体的黏度显著地与温度有关,而与压强几乎无关。气体的黏度随温度升高而增大,液体则减小。在温度T<2000开时,气体黏度可用萨特兰公式计算:μ/μ0=(T/T0)3/2(T0+B)/(T+B),式中T0、μ0为参考温度及相应粘度,B为与气 体种类有关的常数,空气的B=110.4开;或用幂次公式 :μ/μ0=(T/T0)n,指数n随气体种类和温度而变,对于空气,在90开<T<300开范围可取为 8/ρ。水的粘度可按下式计算:μ=0.01779/(1+0.03368t+0.0002210t2),式中t为摄氏温度。粘度也可通过实验求得,如用黏度计测量。在流体力学的许多公式中,黏度常与密度ρ以μ/ρ的组合形式出现,故定义v=μ/ρ,由于v的单位米2/秒中只有运动学单位,故称运动粘度。

黏度是指液体受外力作用移动时,分子间产生的内摩擦力的量度。

单位计量

运动粘度表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度,其值为相同温度下的动力粘度与其密度之比,在国际单位制中以米2/秒表示。习惯用厘斯(cSt)为单位。1厘斯=10-6米2/秒=1毫米2/秒。

黏度

动态黏度

绝对黏度

黏度系数

流体内部抵抗流动的阻力,用对流体的剪切应力与剪切速率之比表示。单位为泊[帕。秒]

注:对于牛顿流体,剪切应力与剪切速率之比为常数,称为牛顿黏度,对于非牛顿流体,剪切应力与剪切速率之比随剪切应力而变化,所得的粘度称在相应剪切应力下的“表观黏度”。塑料属于后一种情况。

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更新时间:2024/12/24 0:21:06