流體的粘性教材

流體的粘性主講人：邱華副教授單位：動(dòng)力與能源學(xué)院1.粘性現(xiàn)象

流動(dòng)性

粘滯性Vmin=0流速分布VmaxVmin=0V∞V∞V∞1.粘性現(xiàn)象微團(tuán)間存在阻力或牽引力內(nèi)摩擦力流體質(zhì)點(diǎn)/微團(tuán)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)流體的粘性：流體所具有的抵抗流體質(zhì)點(diǎn)或微團(tuán)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的屬性。F2.粘性產(chǎn)生的原因快層慢層不規(guī)則自由運(yùn)動(dòng)分子引力液體：氣體：平均自由程長(zhǎng)引力相對(duì)較小氣體粘性主要取決于分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)平均自由程短引力強(qiáng)液體粘性主要取決分子間引力溫度對(duì)氣體和液體粘性的影響截然相反3.粘性的定量分析

牛頓內(nèi)摩擦力定律（1687）平板剪切流動(dòng)實(shí)驗(yàn)下板固定克服阻力勻速拉動(dòng)上板V內(nèi)摩擦力影響因素：正比于速度梯度du/dy正比于平板面積與流體有關(guān)與速度梯度的線性關(guān)系內(nèi)摩擦力：切應(yīng)力：μ:動(dòng)力粘度，單位Pa.s牛頓流體水：10-3Pa.s蜂蜜：3Pa.s空氣：18x10-6Pa.s20oC

庫(kù)倫實(shí)驗(yàn)（1784）普通板涂蠟板細(xì)沙板衰減的原因：試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：三種圓板的衰減時(shí)間均相等不是圓板與液體之間的相互摩擦，而是液體內(nèi)部的摩擦。例：

轉(zhuǎn)軸直徑d=0.036m，軸承長(zhǎng)度l=1m，軸與軸承之間的縫隙寬度δ＝0.02mm，其中充滿動(dòng)力粘度＝0.72Pa.s的油，如果軸的轉(zhuǎn)速n=200rpm，求轉(zhuǎn)軸克服油的粘性阻力所消耗的功率。轉(zhuǎn)軸軸承粘性阻力：解：阻力矩：消耗功率：例：

旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)由內(nèi)外筒構(gòu)成，內(nèi)筒半徑為r1，外筒半徑為r2，內(nèi)筒用扭力彈簧固定，外筒以等角速度ω旋轉(zhuǎn)，兩筒的徑向間隙為δ1，底面間隙為δ2，內(nèi)外筒間充入被測(cè)液體至h高度，如果扭力彈簧上的扭矩為M，求被測(cè)液體的粘性系數(shù)。例：

一個(gè)底面積為40cm×45cm，高為1cm的木塊，質(zhì)量為5kg，沿著涂有潤(rùn)滑油的斜面等速向下運(yùn)動(dòng)。已知v=1m/s，δ=1mm，求潤(rùn)滑油的黏度系數(shù)μ。解：F=3.73N

動(dòng)力粘度VS運(yùn)動(dòng)粘度μ:動(dòng)力粘度，單位Pa.s:運(yùn)動(dòng)粘度，單位m2/s,mm2/s(cSt)如果兩個(gè)流場(chǎng)具有相同的幾何環(huán)境和運(yùn)動(dòng)環(huán)境：當(dāng)流體的運(yùn)動(dòng)粘度相等（

μ不一定相等）時(shí)，則這兩個(gè)流場(chǎng)是動(dòng)力相似的決定了流場(chǎng)的粘性力和慣性力之間的關(guān)系決定了流場(chǎng)的粘性力運(yùn)動(dòng)粘度：0.6~50cSt運(yùn)動(dòng)粘度：1000cSt、3000cSt

動(dòng)力粘度VS運(yùn)動(dòng)粘度μ:動(dòng)力粘度，單位Pa.s:運(yùn)動(dòng)粘度，單位m2/s,mm2/s(cSt)如果兩個(gè)流場(chǎng)具有相同的幾何環(huán)境和運(yùn)動(dòng)環(huán)境：當(dāng)流體的運(yùn)動(dòng)粘度相等（

μ不一定相等）時(shí)，則這兩個(gè)流場(chǎng)是動(dòng)力相似的決定了流場(chǎng)的粘性力和慣性力之間的關(guān)系決定了流場(chǎng)的粘性力流體1流體2運(yùn)動(dòng)粘度相同動(dòng)力粘度不同粘性阻力不同落下時(shí)間不同

牛頓流體VS非牛頓流體牛頓流體：切應(yīng)力與速度梯度滿足線性關(guān)系非牛頓流體：切應(yīng)力與速度梯度不滿足線性關(guān)系例如水、空氣、酒精等例如泥漿、油漆、高分子溶液等牛頓流體脹塑性流體假塑性流體塑性流體牛頓流體：水脹塑性流體μ逐漸增大μ逐漸增大假塑性流體：番茄醬4.粘性的影響牛頓內(nèi)摩擦規(guī)律粘性將以內(nèi)摩擦形式表現(xiàn)出來(lái)改變流體流動(dòng)層流流動(dòng)湍流流動(dòng)邊界層流動(dòng)與粘性相關(guān)概念雷諾數(shù)流動(dòng)損失