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注册结构工程师辅导:黏性

|0·2010-07-16 09:16:07浏览0 收藏0

  三、黏性

  流体在静止时不能抵抗剪切变形。但当两层流体之间有相对运动时,在它们的接触面上就会产生内摩擦力:运动快的流层对运动慢的流层产生拉力;运动慢的流层对运动快的流层产生阻力。这种内摩擦力起阻止流体内部相对运动的作用。流体具有内摩擦力的特性就是流体的黏性。或者说黏性就是流体具有抵抗剪切变形的能力。由于流体的黏性,流体在运动过程中必须为克服内摩擦力而做功,由此导致能量损失,从而使流体的运动变得更为复杂。

  根据牛顿内摩擦定律,任意两薄层间流体的切应力可表示为:

  式中 μ—黏性系数或黏度,以帕·秒(P,s)为单位。

  du—两薄层间的速度差;(见图6-1—1)。

  dy—两薄层间的距离;du/dy为速度在垂直于速度的方向上的变化率,也称为速度梯度。可以证明,流速梯度代表了角变形速度。因此牛顿内摩擦定律说明了流体的切应力与角变形速度成正比。固体的切应力是和角变形的大小成正比的,而流体的切应力则和角变形速度成正比,即只要有一定大小的切应力存在,角变形将以一定的速度变化,只有切应力等于零,角变形才会停止。

  黏性系数μ反映了流体黏性的大小,不同种类的流体μ值不同,同种流体的μ值也随温度而变化:液体的μ值随温度升高而减小;气体的μ值随温度升高而增大。在实用范围内μ值可以认为与压强的变化无关。在流体力学中还常常出现μ/ρ的形式,我们将它称为运动黏性系数(运动黏度),用ν表示:

  ν的单位为┫/s或C┫/s。表6-1-2和表6-1-3中列出了水和空气的黏性系数μ和运

  动黏性系数ν随温度变化的情况。

  并不是所有流体都符合牛顿内摩擦定律的。有些流体不满足切应力与角变形速度成正比的关系,或者说它们的μ值并非与τ有关;这些流体如泥浆、油漆、接近凝固的石油等等被称为非牛顿流体,而符合牛顿内摩擦定律的流体如水、空气等则称为牛顿流体。本教材中只讨论牛顿流体。

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