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粘性和粘度的关系


  工程中所遇到的流体均为实际流体,实际流体区别于固体的特性之一是具有粘性。库仑曾做实验证实流体粘性的存在。在一金属圆板中扎以细金属丝,将圆板吊在流体中,扭转金属丝使圆板旋转某一角度,然后放开,圆板则往返旋转摆动,且随着时间的延长,摆动不断衰减,最终圆板停止不动,这种现象正是流体具有粘性的表现。实验在不同的流体中进行,结果发现,在气体中圆板衰减速度很慢,在液体中则很快,这表明不同流体具有不同的粘性。众所周知,水不能润湿蜡,如果在圆板表面均匀涂上一层蜡,是否可以减缓金属圆板在水中运动的衰减呢?实验证明,圆板涂蜡后对衰减影响甚微,表明流体与固体壁面间并没有相对运动,其粘性取决于流体内部的内摩擦性。

  实际流体在流动时,其内部会产生内摩擦力(剪切力),当流速不大时将导致流体分层流动(层流)。相邻的两流体层,由于速度不同,动量也就不同。高速流体层中一些分子由于本身的运动及分子间的引力进入低速流体层,与速度较慢的分子碰撞使其加速,动量增大;同时,低速流体层中一些分子也会进入高速流体层使其减速,动量减小。由于流体层之间的分子交换使动量由高速流体层向低速流体层传递。流体的粘性正是这种分子间引力和分子运动与碰撞造成动量传递的宏观表现。

  粘度是表征流体粘性大小的物理量,同一流体的粘度与温度关系较大,而与压力关系不大。温度对液体和气体粘度的影响是截然不同的。液体的粘度随温度的升高而减小;气体的粘度随温度的升高而增大。二者的差异是由它们在微观分子结构上的不同所造成。对于液体,分子紧密排列,分子间距较小,产生粘性的主要原因在于液体分子间的引力。随温度的升高,分子远离,引力减小,导致粘性降低,则表征其大小的粘度减小。对于气体,分子间距较大,产生粘性的主要原因在于气体分子本身的运动。随温度的升高,分子运动加快,碰撞加剧,导致其粘性增大,则粘度增大。

工程技术系:张杨


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