1、2.2流体的粘性,viscosity,2.2流体的粘性,2.2.1粘性,理想流体2.2.2牛顿内摩擦定律2.2.3牛顿流体和非牛顿流体,牛顿实验,两无限大平行平板之间充满了静止的液体。将下板固定，对上板施加一恒定外力，使上板以速度v0沿x方向作匀速运动。,X,牛顿实验,发现：紧靠上板的液体粘附在其表面上而与之以相同的速度v0向前运动；紧靠下板的液体，也因粘附作用而与下板一起保持不动，而两板之间的液体，则由于粘滞作用，从上到下速度逐渐由大变小，直至为零。,2.2.1粘性,理想流体,粘性:流体所具有这种抵抗两层流体相对滑动速度,或普遍讲抵抗变形的性质叫做粘性。粘性应力:流体在运动时,对相邻两层流体
2、间的相对运动,即相对滑动速度有抵抗作用,这种抵抗力称为粘性应力。,粘性产生的原因,两板间的流体可以看作分成了无数个平行于平板的流体层，层与层之间存在着速度差。由于流体分子间存在吸引力，速度较快的流体层会拖着慢层向前运动。速度较快的流体层中的流体，其在x方向的动量也大，该层流体分子中的一部分由于无规则热运动进入速度较慢的流体层，通过碰撞将动量传递给后者，使其产生一个加速力；,粘性产生的原因,同时，运动较慢的流体层亦有同样数量分子进入运动较快的流体层，而对后者产生一个大小相等、方向相反的减速力。这种传递一层一层进行，直至壁面。流体向壁面传递动量的结果是产生了壁面处的摩擦力。,归纳如下：,产生粘性的
3、物理原因:流体的粘性是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的分子间吸引力：分子间相互拖动(或称为内聚力)。分子不规则运动：分子迁移(引起分子动量交换)。对于气体：分子活动空间大，主要是不规则运动引起分子团间相互掺混；对于液体：分子间吸引力起主要作用，阻碍分子离开瞬时形成的平衡位置。,2.2.1. 理想流体,理想流体:当流体的粘性很小时,或运动的相对速度不大时,所产的粘性力与其他类型的力相比可忽略不计,可以把流体看成是无粘的,叫做理想流体。,完全气体和理想气体,完全气体(perfect gas)是就气体是否满足完全气体状态方程来讲的。实际气体不能严格满足气体状态方程。理想气体(ideal g
4、as)相对于粘性而言。,2.2.2牛顿内摩擦定律,牛顿摩擦力定律：流体相对运动时所引起的摩擦力：与两层流体的速度梯度成正比；与两层流体的接触面积成正比；与流体物性有关：粘性系数,2.2.2牛顿内摩擦定律,写成剪应力形式：,：剪应力，Pa，粘性系数（粘度）:其物理意义表示速度梯度为1时，单位受力面积上流体层之间内摩擦力的大小。显然，流体粘度是衡量流体粘性大小的一个物理量。,2.2.2粘性系数,粘度：又称动力粘度、绝对粘度、动力粘性系数，是反映流体粘滞性大小的系数，单位：Ns/m2（ Pa.s ）。 运动粘度： =/又称相对粘度、运动粘性系数。单位： m2/s,2.2.2粘性系数,粘度的影响因素：
5、流体粘度的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。 比如，常温、常压下水的粘性系数为1.01E-3Pa.s，空气为1.8E-5Pa.s。2）压强。对常见的流体，如水、气体等，值随压强的变化不大，一般可忽略不计。,2.2.2粘性系数,3）温度是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。 a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以粘性系数值减小。 b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结
6、果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以粘性系数值增加。,2.2.3非牛顿流体,牛顿流体。凡是剪应力与速度梯度不符合牛顿粘性定律(或讲不符合正比关系)的流体均称为非牛顿型流体。一般地，浓稠的悬浮液、乳浊液、泥浆、长链聚合物溶液、生物流体、液体食品、涂料以及混凝土混合物等，均为非牛顿型流体。非牛顿型流体的剪应力与速度梯度成曲线关系，或者成不过原点的直线关系.,剪切力和速度梯度的关系,2.2.3非牛顿流体,按照粘性系数与时间的关系,非牛顿型流体可以分为三大类：第一类是流体的剪应力与速度梯度间的关系不随时间而变，但不满足正比关系。,2.2.3非牛顿流体,第二类是流体的剪应力与速度梯度间的关系与时间有关，但为非弹性的，这类流体的现时性质与它最近的过去受过什么样的作用有关。例如番茄酱放着不动，会倒不出来，然而，一瓶刚刚摇过的番茄酱就容易倒出来。,2.2.3非牛顿流体,第三类是粘弹性非牛顿流体，这类流体兼有固体的弹性与流体的流动特性，应力除去后其变形能够部分地恢复。例如，面团受挤压通过小孔而成条状后，每条的截面积略大于孔面积。固体推进剂是典型的粘弹性体。,思考题,粘性流体在静止时有没有切应力?理想流体在运动时有没有切应力?,
