高粘牛顿流体输送的表观滑移流动研究
流体的黏性与滑移现象
浓度
对于非均质流体（如溶液或混合物），浓度 变化会影响流体的物理性质和化学性质，进 而影响滑移现象。例如，浓度的增加可能导 致流体黏性增大或减小，从而改变滑移现象 的表现形式和程度。
实验观察与数值模拟方法
实验观察方法
通过实验手段可以直观地观察和分析滑移现象。常用的实验方法包括粒子图像测速技术（PIV）、激 光多普勒测速技术（LDV）等。这些技术可以测量流体在固体表面上的速度分布和滑移速度等关键参 数。
滑移现象
在牛顿流体中，滑移通常发生在固体边界上，形成一层无摩 擦的滑动层；非牛顿流体中的滑移现象更为复杂，可能涉及 内部结构的改变。
气体和液体中黏性和滑移现象差异
黏性表现
气体的黏性远低于液体，因为气体分子 间的相互作用力较弱；液体的黏性较高 ，分子间的相互作用力较强。
VS
滑移现象
气体在固体表面上的滑移现象较明显，因 为气体分子与固体表面的相互作用较弱； 液体在固体表面上的滑移现象相对较弱， 因为液体分子与固体表面的相互作用较强 。
方程求解
采用数值计算方法，如有限差分法、有限元法等 ，对黏性流动方程进行求解。
实验结果对比分析
01
02
03
实验设计
设计流体黏性测量实验， 获取不同黏度流体的流动 数据。
数据处理
对实验数据进行处理和分 析，提取出流体的黏度、 速度分布等关键信息。
结果对比
将实验结果与理论模型预 测结果进行对比分析，验 证模型的准确性和可靠性 。
管道输送过程中减阻措施研究
减阻原理
在管道输送过程中，流体的黏性会导致能量 损失和输送效率降低。为了减小流体在管道 中的阻力，可以采取改变管道内壁粗糙度、 降低流体黏度、提高管道直径等措施。
牛顿粘性定律与流体的粘度
⽜顿粘性定律与流体的粘度流体的流动现象--⽜顿粘性定律与流体的粘度⼯业⽣产中的许多过程都与流体的流动现象密切相关，流动现象是个极为复杂的问题，涉及⾯⼴，本节只作简要的介绍。
⼀、⽜顿粘性定律前已述及，流体具有流动性，即没有固定形状，在外⼒作⽤下其内部产⽣相对运动。
另⼀⽅⾯，在运动的状态下，流体还有⼀种抗拒内在的向前运动的特性，称为粘性，粘性是流动性的反⾯。
以⽔在管内流动时为例，管内任⼀截⾯上各点的速度并不相同，中⼼处的速度最⼤，愈靠近管壁速度愈⼩，在管壁处⽔的质点附于管壁上，其速度为零。
其他流体在管内流动时也有类似的规律。
所以，流体在圆管内流动时，实际上是被分割成⽆数极薄的圆筒层，⼀层套着⼀层，各层以不同的速度向前运动，如图1-10所⽰。
由于各层速度不同，层与层之间发⽣了相对运动，速度快的流体层对与之相邻的速度较慢的流体层发⽣了⼀个推动其向前运动⽅向前进的⼒，⽽同时速度慢的流体层对建度快的流体层也作⽤着⼀个⼤⼩相等，⽅向相反的⼒，从⽽阻碍较快的流体层向前运动。
这种运动着的流体内部相邻两流体层间的相互作⽤⼒，称为流体的内摩擦⼒，是流体粘性的表现，所以⼜称为粘滞⼒或粘性摩擦⼒。
流体在流动时的内摩擦，是流动阻⼒产⽣的依据，流体流动时必须克服内摩擦⼒⽽作功，从⽽将流体的⼀部分机械能转变为热⽽损失掉。
流体流动时的内摩擦⼒⼤⼩与哪些因素有关?可通过下⾯情况加以说明。
图1-10 流体在圆管内分层流动⽰意图图1-11 平板间液体速度变化图如图1-11所⽰，设有上下两块平⾏放置且⾯积很⼤⽽相距很近的平板，板间充满了某种液体。
若将下板固定，⽽对上板施加⼀个恒定的外⼒，上板就以恒定的速度u沿x⽅向运动。
此时，两板间的液体就会分成⽆数平⾏的薄层⽽运动，粘附在上板底⾯的⼀薄层液体也以建度。
随上板⽽运动，其下各层液体的速度依次降低，粘附在下板表⾯的液层速度为零。
实验证明，对于⼀定的液体，内摩擦⼒F与两流体层的速度差Δu成正⽐，与两层之间的垂直距离Δy 成反⽐，与两层间的接触⾯积S成正⽐，即：若把上式写成等式，就需引进⼀个⽐例系数µ，即：式中的内摩擦⼒F与作⽤⾯S平⾏。
高分子物理--高聚物的粘性流动(粘流态) PPT
分子量大小影响Tf的大小。Tf是大分子质心位移的 温度，质量大的链段向各方向运动的任意性越强， 因此要向一个方向流动越困难，因此Tf
是不是所有高聚物都有流动态？
牛顿流体与非牛顿流体
一、流动及流体的类型 1、流动类型
（1）、剪切流动：层流，Re<2000；湍流，Re>4000 产生横向速度梯度的流动（如图）1Leabharlann σs2σy
3
牛顿流体
0
γ。
1-塑性流体 2-假塑性流体 3-膨胀性流体
1、塑性流体（动）
施加应力时不流动，当 s y产生牛顿流动
y 屈服应力
s y
塑性流体又称为宾汉流体
塑性流体
σs σy
0
牛顿流体 γ。
如：牙膏就属于塑性流体
2、假塑性流体
σs～γ曲。线通过原点，不是直线，向下弯曲，即在很 小的σs就开始流动。曲线的斜率（切粘度）随γ↑而↓， 即。 “切力变稀”有利于成型加工，曲线上每点的粘 度都是变化的，即粘度不为常数。
σs
假塑性流体
σy
绝大多数聚合物的熔 体都属于此类流体。
牛顿流体
0
γ。
为什么出现切力变稀 ？
3、膨胀性流体 σs～γ曲。 线通过原点向上弯曲，曲线的斜率（切粘 度）随γ↑而↑（切力增稠），加工困难
σs
膨胀性流体
高聚物的悬浮液， 胶乳或高聚物-填充
体系的流动常表现
牛顿流体
为膨胀性流动
0
γ。
非牛顿流体的σs～γ不。是直线关系为了描述其非 牛顿性，常用幂律公式表示：
s K n
k为稠度系数。n为非牛顿指数，或流动指数， 表示该流体偏离牛顿流体行为的程度。
n=1，牛顿流体； n<1，假塑性流体； n>1，膨胀性流体。
黏弹性流体运动规律
黏弹性流体运动规律引言黏弹性流体是一类具有黏弹性特性的流体，其运动行为受到黏性和弹性的共同影响。
在工程和科研领域中，对于黏弹性流体的运动规律的研究具有重要的意义。
本文将从宏观和微观两个层面介绍黏弹性流体的运动规律，并对其应用进行探讨。
黏弹性流体的基本特性黏弹性流体是介于弹性体和牛顿流体之间的一种特殊流体。
其既具有牛顿流体的流变性质，又具有弹性体的回弹特性。
黏弹性流体的基本特性主要包括流变特性和弹性特性。
流变特性黏弹性流体的流变特性主要表现为剪切应力与切变速率之间的关系，并可以通过应力-应变关系描述。
不同于牛顿流体，黏弹性流体的应力-应变曲线呈现出非线性的特点，包括屈服应力、流动应力和稳态应力。
•屈服应力：当黏弹性流体受到较大的外力作用时，其初始阻力较大，需要超过一定的应力阈值才能开始流动。
这一阈值即为屈服应力。
•流动应力：在黏弹性流体开始流动之后，剪切应力与切变速率呈现非线性关系。
即切变速率越大，剪切应力越大。
•稳态应力：当黏弹性流体达到稳定流动状态时，其剪切应力保持稳定。
稳态应力与切变速率之间的关系呈线性关系。
弹性特性黏弹性流体的弹性特性主要表现为形变恢复能力和应力-应变之间的关系。
黏弹性流体在受力后，具有一定的形变恢复能力。
其应力-应变关系可以通过应力松驰曲线来描述。
•弹性模量：表示黏弹性流体在受力后发生变形的能力。
弹性模量越大，黏弹性流体的回弹性越强。
•应力松驰曲线：用于描述黏弹性流体在受力后弹性恢复的过程。
应力松驰曲线呈指数衰减趋势。
黏弹性流体的运动规律黏弹性流体的运动规律可以通过牛顿运动定律和黏弹性流体的流变特性来描述。
法则一：牛顿粘度法则牛顿粘度法则是描述黏弹性流体剪切应力与切变速率之间关系的基本法则。
根据牛顿粘度法则，剪切应力与切变速率成正比，比例系数即为黏度。
牛顿粘度法则的数学表达式为：$$\\tau = \\eta \\frac{du}{dy}$$其中，$\\tau$为剪切应力，$\\eta$为黏度，$\\frac{du}{dy}$为切变速率。
1.3流体的流动现象
2. 边界层的分离 流体流过平板或直径相同的管道时，边界层紧贴在 壁面上。如果流体流过曲面，则在一定条件下会产生边 界层与壁面脱离的现象，称为边界层的分离。 如流体流过圆柱体表面：
19
A →C：流道截面积逐渐减小，流速逐渐增加，压力逐渐减小 （顺压梯度）； C → S：流道截面积逐渐增加，流速逐渐减小，压力逐渐增加 （逆压梯度）； S点：物体表面的流体质点在逆压梯度和粘性剪应力的作用下， 速度降为零。 SS’以下：边界层脱离固体壁面，即出现边界层分离，分离面下部 分流体倒流回来，形成旋涡，流体质点因强烈碰撞而消耗能量， 这部分能量损失称为形体阻力。 所以，粘性流体流过固体曲面时的阻力有两部分：摩擦阻力（内 摩擦引起）和形体阻力（固体表面形状引起），两者之和称为局 部阻力。
12
湍流速度分布的经验式：
u r = u max
.
r 1 − R
1 7
(1.1×10 < Re < 3.2 ×10 )
5 6
流体的平均速度
VS ≈ 0.82u max u= A
13
四. 流体流动边界层 1. 边界层的形成与发展 流动边界层：指存在着较大速度梯度的流体层区域，一 般指流速降为主体流速的99％以内的区域。 边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。
3
2. 流体的粘度（viscosity） 流体的粘度（viscosity） (1)粘度的物理意义 流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生 单位速度梯度所需的剪应力。 粘度的物理本质 ： 分子间的引力和分子的运动与 碰撞。
µ = f ( p, T )
液体 : µ = f (T ) 气体 : 一般
T↑→µ↓
µ = f (T ) T ↑ → µ ↑
流体力学中的流体的黏滞流动
流体力学中的流体的黏滞流动在流体力学中，流体的黏滞流动是一个重要的研究课题。
黏滞流动是指当流体通过固体表面时，流体层与固体表面之间存在一种摩擦力，使得流体沿着表面运动。
黏滞流动现象的产生与流体的黏度密切相关。
黏度是指流体抵抗剪切变形的能力。
在流体力学中，黏滞流动可以用牛顿黏度模型来描述。
牛顿黏度模型认为流体的黏度与流速成正比，黏度系数称为黏度。
通常，黏度较大的流体会表现出较大的阻力与摩擦力。
黏滞流动可以分为层流和湍流两种形式。
在层流中，流体沿着固体表面形成的层次运动，运动方向平行，并且速度趋于零。
这种流动形式在细小管道内发生较为常见。
而在湍流中，流体的速度是不规则的，并且会形成涡流。
湍流流动时，流体与固体表面之间会产生混合和扩散。
黏滞流动现象不仅在自然界中普遍存在，也有着广泛的应用。
例如，在工程领域中，黏滞流动的研究对于设计船舶、飞机和汽车等交通工具的外形和动力学性能具有重要意义。
此外，黏滞流动还涉及到石油勘探、化工工艺和环境工程等多个领域。
对于流体黏滞流动的研究，科学家们发展了许多数学模型和实验方法。
其中最重要的模型之一是Navier-Stokes方程，它基于质量守恒、动量守恒和能量守恒原理，揭示了流体的运动规律。
然而，由于Navier-Stokes方程的求解十分困难，目前尚未找到通用的解析解。
因此，科学家们通过数值模拟和实验方法来研究复杂的黏滞流动现象。
实验方法主要包括利用流体动力学实验室进行流体黏滞流动的可视化实验。
通过使用高速摄像机和荧光染料，在实验室中观察和记录流体流动过程。
这些实验可以帮助科学家们研究流体的运动特性，并验证数学模型的准确性。
除了实验方法，数值模拟也成为研究黏滞流动的重要手段。
数值模拟通过使用计算机模拟流体流动，可以模拟各种黏滞流动现象，如层流、湍流、涡流和粘弹性流动等。
通过数值模拟，科学家们可以研究流体黏滞流动的复杂特性，并提供实验不易获得的详细信息。
总的来说，流体的黏滞流动在流体力学中占据着重要地位。
1.4.1流体的粘性和牛顿粘性定律(1)牛顿粘性定律
R
1
r
2
3
2rdr
2.0
0 R
② 壁面剪应力与平均流速间的关系
w
R 2l
(
p1
p2 )
p1 p2 4l
d
uav
p1 p2
8l
R2
故：
w
4uav
R
8uav
d
（3） 湍流时的速度分布和剪应力 ① 湍流描述 主要特征：质点的脉动
瞬时速度= 时均速度+ 脉动速度
u
uA
uA
u
' A
u
' A
墨水流线
D
B
玻璃管
C A
雷诺实验
（2）雷诺实验现象 用红墨水观察管中水的流动状态
层流
(a)
过渡流
(b)
湍流
(c)
两种稳定的流动状态：层流、湍流。
层流： * 流体质点做直线运动； * 流体分层流动，层间不相混合、不碰撞； * 流动阻力来源于层间粘性摩擦力。
湍流： 主体做轴向运动，同时有径向脉动； 特征：流体质点的脉动 。
平板间的流体剪应力与速度梯度
实测发现：
F u
AY
牛顿粘性定律： du
dy
意义：剪应力的大小与速度梯度成正比。 描述了任意两层流体间剪应力大小的关系。
（2） 流体的粘度
① 物理意义
du
dy
—— 动力粘度，简称粘度
② 单位
SI单位制 ：
Pa·s ( N ·s /m2)
物理单位制 ：
P(泊), 达因·秒/厘米2
m
yii M 0.5
yi M 0.5
说明：不同流体的粘度差别很大。例如：
高分子流变学 线性粘性流
Ro
Mo dw(r ) dr 3 2 r l
积分
Ri
dw(r )
Ro
Ri
Mo dr 3 2 r l
2 4 lRi2 R0 M0 2 R0 Ri2
积分并由边界条件r=Ro，ω=Ω得
M0 1 1 w( Ro ) w( Ri ) 2 2 4 l Ri R o
锥板流动发生在一个圆锥体与一个圆盘之间，圆锥与平板之间的夹角α很小， 一般小于40，锥体以角速度Ω旋转，轴与圆盘垂直，顶点与圆盘底面接触 下盘固定 。采用球面坐标（r，θ，φ）分析。 锥面切向剪切速速率
.
.
.
由定义
sin 1 = （ ） + r sin rsin
采用柱面坐标系 （r，θ，z）， 只是绕轴的圆周 运动， τrz= τθz=0
只有τ
rθ=
τθr
周向剪切速率：
对于离轴线r的周向流体层的作用扭矩M（r）为：
径向为r的圆周面剪切速率为（根据牛顿流体方程）
r rdw(r ) M (r ) dr 2 r 2l
对不同位置M(r)=M0，上式变形为
2 p h 2 dqv vx dydz y dydz 2l 2 2 2 w p h h 2 2 2 qv y dydz w ( y dy )dz 2l 2 h 2 2 2 h 2
假定液层对固定壁面无滑移，与壁面 接触的液层的流动速度为零。
力
在间距为dy的两液层面的移动速度分别为v和 （v+dv）。dv/dy(或dv/dr)是垂直液 流方向的速度梯度，称为剪切速率。
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高粘牛顿流体输送的表观滑移流动研究
流体输送是用来将流体从一个地方输送到另一个地方的方法，是机械工程和流体动力学中研究的重要课题。
其中，表观滑移流动(SSF)是一种特殊的流体输送方式，它能够实现高粘度流体输送，且具有有效运行、可靠性高、运费低等优点，因此受到各行业青睐。
本文重点阐述了高粘牛顿流体输送的表观滑移流动的原理以及在工程应用中
的研究进展。
1.表观滑移流动的原理
表观滑移流动(SSF)是一种实用性较强的流体输送方式，可实现
高粘性流体的输送，所谓高粘性流体是指流体内部粘性比较强，运动时速度较慢的流体。
表观滑移流动的输送效率取决于流体粘度和表面张力的值，流体的表面张力是指流体的表面与空气的接触界面上的力，随着表面张力的增大，表观滑移流动的输送效率也会增加。
当表面张力超过一定的阈值时，就可以实现表观滑移流动。
SSF的原理是当表面张力和流体粘度确定时，流体表面上形成的低相对湿度的蒸汽层，在蒸汽层下方形成水分子之间形成的强烈的水分子拉力，从而使流体在它们之间产生滑移，也就是表观滑移流动。
2.高粘牛顿流体输送的表观滑移流动在工程应用中的研究进展
随着工业和技术的发展，高粘牛顿流体输送的表观滑移流动已经成为重要的研究课题。
目前，研究者已经开发出了一系列简化的数学模型，用于描述流体表观滑移流动的实际特性。
同时，在仿真的计算中，已经建立了一种电脑模拟的方法，可以研究各种不同粘度的流体
的输送过程。
此外，在实际的应用中，已经开发出了一系列的实际设备和装置，用于控制高粘牛顿流体的输送，从而提高输送效率。
3.结论
高粘牛顿流体输送的表观滑移流动(SSF)是一种实用性较强的流体输送方式，其原理是根据表面张力及流体粘度值来调节流体的输送效率，并被广泛应用于工程应用中。
此外，已经开发出一系列的简化的数学模型、电脑仿真和实际装置，用于控制高粘牛顿流体的输送过程，从而提高输送效率。
以上是针对高粘牛顿流体输送的表观滑移流动研究的介绍，它拥有高效性、可靠性和经济性的特性，因此在各行业得到了广泛应用。