流体的黏性和粘度
液体的粘度
（液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的粘性，粘性的大小用粘度表示，粘度又分为动力黏度与运动黏度度。
）粘度基础知识：粘度分为动力粘度，运动粘度和条件粘度。
1.粘度简介将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层, 各层速度不同,形成速度梯度(dv/dx),这是流动的基本特征.(见图) 由于速度梯度的存在,流动较慢的液层阻滞较快液层的流动,因此.液体产生运动阻力.为使液层维持一定的速度梯度运动,必须对液层施加一个与阻力相反的反向力. 在单位液层面积上施加的这种力,称为切应力τ(N/m2). 切变速率(D) D=d v /d x (S-1) 切应力与切变速率是表征体系流变性质的两个基本参数牛顿以图4-1的模式来定义流体的粘度。
两不同平面但平行的流体，拥有相同的面积”A”，相隔距离”dx”，且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流动，牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度，即：τ= ηdv/dx =ηD（牛顿公式）其中η与材料性质有关，我们称为“粘度”。
2.粘度定义将两块面积为1m2的板浸于液体中,两板距离为1米,若加1N的切应力,使两板之间的相对速率为1m/s,则此液体的粘度为1Pa.s（帕斯卡 .秒）。
牛顿流体：符合牛顿公式的流体。
粘度只与温度有关，与切变速率无关，τ与D为正比关系。
非牛顿流体：不符合牛顿公式τ/D=f（D），以ηa表示一定（τ/D）下的粘度，称表观粘度。
又称粘性系数、剪切粘度或动力粘度。
流体的一种物理属性，用以衡量流体的粘性，对于牛顿流体，可用牛顿粘性定律定义之：式中μ为流体的黏度；τyx为剪切应力；ux为速度分量；x、y为坐标轴；dux/dy为剪切应变率。
流体的粘度μ与其密度ρ的比值称为运动粘度，以v表示。
粘度随温度的不同而有显著变化，但通常随压力的不同发生的变化较小。
液体粘度随着温度升高而减小，气体粘度则随温度升高而增大。
对于溶液，常用相对粘度μr表示溶液粘度μ和溶剂粘度μ之比，即：相对粘度与浓度C的关系可表示为：μr＝1＋【μ】C＋K′【μ】C＋…式中【μ】为溶液的特性粘度，K′为系数。
流体的粘度
流体的粘性流体的粘性： 流体本身阻滞其质点相对滑动的性质。
粘度：度量流体粘性的大小。
同一流体的粘度随流体的温度和压力而变化。
通常温度上升，液体的粘度下降，而气体的粘度上升。
流体的粘度只有在很高压力下才需要进行压力校正，而气体粘度与压力，温度关系密切。
1 动力粘度dh duτη=(公式1.0)其中η—流体的动力粘度， Pa. S:τ—单位面积上的内摩擦力， Pa.dh du---速度梯度 l/su----流体的流速 m/sh---两流体层间距离 m动力粘度的单位是Pa. S ( 帕斯卡. 秒)， 是国际单位制（S. I ）的导出单位，是法定单位。
以前常用的单位是P （泊），cP (厘泊), μP (微泊)为CGS 单位制。
1Pa.s =10 P 1 cp =1 mP. S.公式1.0为牛顿内摩擦定律的表达式，凡粘性服从该公式的流体为牛顿流体。
否则为非牛顿流体。
全部的气体、气体均匀混合物、大多数液体及含有少量球形微粒的液体都为牛顿流体。
非牛顿流体种类繁多，如高分子的溶液、钻井用泥浆、油漆、纸浆液、有机胶体、血浆、低温下的原油、汽油中的高聚合物等。
2 运动粘度流体的动力粘度与其密度的比值称为运动粘度。
ρηυ=υ—运动粘度 m 2/s单位 m 2/s 为国际单位制度（SI ），以前常用的单位为斯托克斯(St)、厘斯(cSt) 等单位。
1m 2/s ==104St3 恩氏粘度用200ml 的液体流过恩格勒粘度计所需要的时间t 与温度为293K 的同体积的蒸馏水流过同一仪器所需的时间t0的比值为恩氏粘度。
0t t E =E=135*103υ4 雷诺数 雷诺数是一个表征流体惯性力与粘性之比的无量量纲。
如果雷诺数小，粘性力占主要地位，反之，雷诺数大，惯性力是主要的，粘性对流动的影响只有在附面层内或速度梯度比较大的区域的才是主要的。
5 气穴在流动的液体中形成一些充满蒸汽和气体的气穴的原因是因为：在液体中因流动使压力P下降到低于该温度下的蒸汽压力Pv，蒸汽突然形成，由于从液态到气态的转化工程中体积突然增大，压力又重新上升，蒸汽凝结并把气穴填满，以后气穴崩溃，瓦解发出猛烈的噪声，并使流体流动失常，流量计出现错误指示，有时还损坏检测件，产生气蚀。
流体各种单位换算
流体各种单位换算粘度及换算公式液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。
由于液体具有粘性，当流体发生剪切变形时，流体内就产生阻滞变形的内摩擦力，由此可见，粘性表征了流体抵抗剪切变形的能力。
处于相对静止状态的流体中不存在剪切变形，因而也不存在变形的抵抗，只有当运动流体流层间发生相对运动时，流体对剪切变形的抵抗，也就是粘性才表现出来。
粘性所起的作用为阻滞流体内部的相互滑动，在任何情况下它都只能延缓滑动的过程而不能消除这种滑动。
粘性的大小可用粘度来衡量，粘度是选择液压用流体的主要指标，是影响流动流体的重要物理性质。
当液体流动时，由于液体与固体壁面的附着力及流体本身的粘性使流体内各处的速度大小不等，以流体沿如图1-4所示的平行平板间的流动情况为例，设上平板以速度u向右运动，下平板固定不动。
紧贴于上平板上的流体粘附于上平板上，其速度与上平板相同。
紧贴于下平板上的流体粘附于下平板图1-4液体的粘性示意图上，其速度为零。
中间流体的速度按线性分布。
我们把这种流动看成是许多无限薄的流体层在运动，当运动较快的流体层在运动较慢的流体层上滑过时，两层间由于粘性就产生内摩擦力的作用。
根据实际测定的数据所知，流体层间的内摩擦力F与流体层的接触面积A及流体层的相对流速du成正比，而与此二流体层间的距离dz成反比，即：F=μAdu/dz以τ=F/A表示切应力，则有：τ＝μdu/dz (1-1)式中：μ为衡量流体粘性的比例系数，称为绝对粘度或动力粘度；du/dz表示流体层间速度差异的程度，称为速度梯度。
上式是液体内摩擦定律的数学表达式。
当速度梯度变化时，μ为不变常数的流体称为牛顿流体，μ为变数的流体称为非牛顿流体。
除高粘性或含有大量特种添加剂的液体外，一般的液压用流体均可看作是牛顿流体。
流体的粘度通常有三种不同的测试单位。
(1)绝对粘度μ。
流体力学中的流体的黏性尺度
流体力学中的流体的黏性尺度在流体力学领域中，黏性是描述流体内部分子之间相互作用的一种特性，而黏性尺度则可以用来量化流体的黏性程度。
黏性尺度是流体力学中的一个重要概念，它对于理解流体流动的行为以及预测流体力学现象具有重要意义。
黏性是指流体内部分子间的相互作用力。
在流体运动中，粘性会阻碍流体分子的相对运动，使得流体粒子产生内摩擦。
黏性的大小与流体分子间的相互作用力强弱有关，一般来说，分子间相互作用力越强，流体的黏性就越大。
在流体力学中，黏性尺度是用来描述黏性的程度或者衡量流体黏性大小的一个量。
黏性尺度的定义不是唯一的，常见的有动力学黏度和运动黏度等。
动力学黏度是描述流体粘滞性质的重要参数，通常用希金斯粘度公式来计算。
希金斯粘度公式表示为：μ = ηρ其中，μ是动力学黏度，η是流体的运动粘度，ρ是流体的密度。
运动黏度是指单位面积上流体沿着垂直于流动方向的速度梯度产生的切应力与速度梯度之比。
运动黏度是流体黏性的度量，其大小取决于流体分子间的相互作用力以及分子的尺度。
在流体力学中，可以通过弹性散射或者粘性流动等实验方法来测量流体的运动黏度。
流体的黏性尺度与流体的运动黏度密切相关，一般来说，流体的运动黏度越大，其黏性尺度也会相应增大。
黏性尺度的增大会导致粘性流体的流动变得更加缓慢，流速与摩擦力的关系也会发生变化。
黏性尺度在流体力学中具有重要的应用价值。
例如，在微尺度下，流体的黏性尺度会增大，此时流体的黏性效应会显著影响流动行为。
微尺度下的流体流动行为可以通过纳米流体力学来进行研究。
此外，黏性尺度也与流体的层流和湍流转换有关。
在一定的黏性尺度范围内，流体通常呈现层流状态；而当黏性尺度超过一定阈值时，流体往往会出现湍流现象。
研究流体的黏性尺度可以帮助我们理解和预测流体流动的转变过程。
总之，流体力学中的流体黏性尺度是一个重要的概念，用于描述流体黏性的大小。
黏性尺度与流体的运动黏度相关，研究黏性尺度可以帮助我们更好地理解流体的流动行为和预测流体力学现象。
流体粘滞力
流体粘滞力1. 什么是流体粘滞力？流体粘滞力是指流体内部分子间相互摩擦的力量。
当流体流动时，分子之间会相互碰撞，并能够相互传递动量和能量，产生摩擦力。
流体粘滞力的大小取决于流体的黏性以及流体与固体边界之间的相互作用。
2. 流体粘滞力的表达式在流体力学中，流体粘滞力可以用牛顿的粘滞定律来描述。
根据牛顿的粘滞定律，流体粘滞力与流体的粘性系数（也称为黏度）以及流体的切变速率成正比。
其表达式可以表示为：F = η * A * du/dy其中： - F 表示粘滞力 - η 表示流体的粘性系数或黏度 - A 表示流体流动的交叉面积 - du/dy 表示单位长度内的切变速率3. 流体粘滞力的影响因素流体粘滞力的大小会受到多个因素的影响，包括： - 流体的粘性（黏度）：流体的粘度越高，流体粘滞力越大。
- 流体的切变速率：流体的切变速率越大，流体粘滞力越大。
- 流体的温度：温度升高会降低流体的粘度，从而减小流体粘滞力。
- 流体的流动性质：不同类型的流体具有不同的流动性质，如层流、湍流等，在不同的流动模式下，粘滞力的大小也会有所不同。
4. 流体粘滞力的应用流体粘滞力在许多领域有着重要的应用，以下是一些常见的应用示例：4.1 汽车工程在汽车工程中，流体粘滞力对于车辆的空气动力学性能至关重要。
通过减小车辆表面的粗糙度和优化车辆外形，可以降低空气流动时产生的粘滞力，从而减小车辆的空气阻力，提升车辆的燃油效率。
4.2 管道输送在石油、天然气等管道输送过程中，流体粘滞力会对输送效率产生重要影响。
通过控制输送流体的温度和黏度，可以降低流体在管道内的摩擦阻力，提高输送效率。
4.3 医学领域在医学领域，流体粘滞力的研究对于了解血液流动和呼吸系统的功能至关重要。
通过研究流体粘滞力，可以帮助诊断血液疾病和改善呼吸系统的治疗方法。
4.4 电子芯片制造在电子芯片制造过程中，粘滞力被用于控制涂覆和喷涂工艺中的流体粘附和流动情况。
通过精确控制粘滞力，可以提高电子芯片制造的精度和质量。
化工原理管内流体流动现象讲义
一、 牛顿粘性定律
流体流动时的内摩擦力大小与哪些因素有关？
平板间
u与y成直线关系
4
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（F与S平行）成正比。
F u S y
F u S
y
单位面积上的内摩擦力称为内摩擦应力或剪应力，以τ表示，
进口段长度： 层流：x0 d 0.05 Re 湍流：x0 d 40 ~ 50
31
湍流流动时：
32
湍流主体：速度脉动较大，以湍流粘度为主，径向 传递因速度的脉动而大大强化；
过渡层：分子粘度与湍流粘度相当； 层流内层：速度脉动较小，以分子粘度为主，径向 传递只能依赖分子运动。
——层流内层为传递过程的主要阻力
dy
e为涡流粘度，与流体的流动状况、速度分布有关。
湍流速度分布 的经验式：
.
u
um
ax
1
r R
n
25
n与Re有关，取值如下：
4 104 Re 1.1105 , 1.1105 Re 3.2 106 ,
Re 3.2 106
n1 6
n1 7
n 1 10
当 n 1 时，流体的平均速度 :
7
u VS A
0.82umax
26
1/7次方定律
1.3.4 流体流动边界层 一、边界层的形成与发展
边界层区（边界层内）：沿板面法向的速度梯度 很大，需考虑粘度的影响，剪应力不可忽略。
主流区（边界层外）：速度梯度很小，剪应力可 以忽略，可视为理想流体 。
流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区域， 即流速降为主体流速的99％以内的区域。
流体的粘性与理想流体模型恩氏粘度E
常见流体的粘度及与温度的关系只能用实验方法测定，从可相应 手册上查得 混合流体的粘度，可由经验公式估算
1.3 流体的粘性与理想流体模型
影响粘度的因素 物种
温度
气体
压力
常压下，液体 粘度与压力 关系不明显 但压力超过 200[大气压] 时，影响逐 渐显著
混合流体
lg m ( xi lg i )
一、牛顿内摩擦定律
du F [牛] 牛顿内摩擦定律 dy 表示成切应力为 T du [牛] F dy T
粘性系数，称动力 粘度，简称粘度
负号的意义 速度梯度 负号表示切应力的方向，表示切应力的符号与速度梯度相反 从物理上我们可以给τ另一种解释——动量通量，即单位时间
二、连续介质模型
宏观流体模型（连续介质模型） 一般情况下，可以忽视微观结构的分散性，而将流体看作 内部并不存在空隙的连续介质
模型的合理性 每立方厘米空气中的分子在标准状态下每秒互相碰撞约 5×1019[次/秒]，撞一面器壁约2.2×1028[次/秒] ，由于分子碰撞 频率很大，宏观上可将其看成内部不存在空隙的连续体 （注意：模型只适用于压力不太低的条件下，在超低压下不可 用）
T To 即
Vt Vo (1 t）
(1-4a)
T0 0 t 0 即 t T （ 1 t） （ 1 t T T0） T
o
(1-4b)
注意：（1-4a，4b）式中，t是相对温度。
1.3 流体的粘性与理想流体模型
一、牛顿内摩擦定律
分子的不规则运动 粘性力产生的物理原因 分子间的吸引力
单位：牛· 秒/米2
运动粘度
为便于“三传”的类比，牛顿内摩擦定律可写为
化工原理课件 第一章第三节
如图所示，设有上、下两块面积很大且相距 很近的平行平板，板间充满某种静止液体。 若将下板固定，而对上板施加一个恒定的外 力，上板就以恒定速度u沿x方向运动。 若u较小，则两板间的液体就会分成无数平行 的薄层而运动，粘附在上板底面下的一薄层流体 以速度u随上板运动， 其下各层液体的速度 依次降低，紧贴在下 板表面的一层液体， 因粘附在静止的下板 上, 其速度为零，两平 板间流速呈线性变化。
随着流体的向前流动，流速受影响的区域逐 渐扩大，即在垂直于流体流动方向上产生了速度 梯度。 流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区 域，即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。
流体在平板上流动时的边界层： 如图1-26所示， 由于边界层的形成，把沿壁面 的流动分为两个区域：边界层区和主流区。
二、流体的粘度 （动力粘度）
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。 粘度总是与速度梯度相联系，流体只有在运 动时才显现出来。分析静止流体的规律时就不用 考虑粘度这个因素。 粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与 碰撞。
讨论 :
μ=f(p，T) T位时间通过单位截面积流体的质量；
μu/d 与流体内的黏滞力成正比。
u /( u / d )
2
du
Re
Re 数实际上反映了流体流动中惯性力与
黏滞力的比。标志着流体流动的湍动程度。 当惯性力较大时， Re 数较大；
当黏滞力较大时， Re 数较小；
一、层流时的速度分布 实验和理论分析都已证明，层流时的速度分 布为抛物线形状，如图1- 23所示。以下进行理论 推导。
物理单位制：
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流体的黏性和粘度
流体的黏性和粘度是物理学中重要的概念，在液体和气体动力学中
起着关键的作用。
黏性是指流体内部分子间存在的相互作用力，而粘
度是黏性的定量度量。
本文将详细解释流体黏性和粘度的概念，并探
讨它们的应用和测量方法。
一、黏性与粘度的定义
流体的黏性是指流体内部分子间相互作用力的一种性质。
黏性越大，分子间的牵引力越强，流体越难流动。
黏性的存在使得流体在受力作
用下产生内摩擦，从而产生粘滞阻力。
黏性主要是由两种相互作用力
引起的：分子之间的吸引力和分子之间的排斥力。
粘度是量化黏性的物理量，是指单位面积的流体在单位时间内流动
的量。
粘度越大，流体越难流动，反之亦然。
粘度的单位通常用帕斯
卡秒（Pa·s）或毫帕秒（mPa·s）来表示。
二、黏性和粘度的应用
1. 流体力学
黏性和粘度在流体力学中起着至关重要的作用。
当流体通过管道或
空间中的任何限制或不均匀性时，黏度的存在导致了流动的阻力。
这
种阻力会影响气体流动、液体流动以及物体在流体中的运动。
2. 工程应用
黏性和粘度对于各种工程应用也非常重要。
例如，在工程设计中，
需要考虑黏性和粘度因素，以确保润滑剂在机械部件之间的摩擦最小，减少能量损耗。
此外，汽油、润滑油和液态材料的黏度也是决定其使
用性能和适用范围的重要因素。
三、黏性和粘度的测量
黏性和粘度的测量方法有很多种，下面介绍几种常用的方法：
1. 粘度计法
粘度计是一种用于测量液体黏度的工具，基于流体通过测量装置时
的运动阻力来确定粘度。
常见的粘度计有旋转式粘度计、杯式粘度计
和奇异式粘度计。
2. 流速测量法
流速测量法是通过测量在流体通过管道或通道时的时间和距离，计
算出流体的平均速度和黏度。
这种方法适用于较稀薄的流体，如淡的
溶液和染料。
3. 激励响应法
激励响应法是通过在流体中施加一个激励（如震动或旋转），然后
测量流体对激励的响应来计算粘度。
这种方法通常用于高粘度的流体
或浆状物。
四、流体黏性和粘度的重要性
流体的黏性和粘度对于理解流体力学、工程应用和科学研究都是至关重要的。
了解黏性和粘度的概念并能准确测量它们，对于设计优化各种工程系统和提高生产效率具有重要的意义。
在工程应用中，粘度的正确预测和测量有助于加工和运输过程的进行。
此外，黏性和粘度研究在生物医学领域和地质学领域也有广泛的应用，有助于理解血液流动、石油勘探以及地下水和土壤中的污染物运移等问题。
总结起来，流体的黏性和粘度是流体力学中的重要概念，并在工程应用和科学研究中发挥着关键作用。
正确理解和测量黏性和粘度对于优化设计和增加效率至关重要。
通过使用精确的测量方法和工具，我们能更好地理解黏性和粘度对流体行为的影响，为相关领域的进一步发展提供基础支持。