流体黏性及黏性力

ii
i Mi i iMi
1.4 流体的黏性及牛顿黏性定律
4．黏性动量传输及黏性动量通量
流体黏性作用
流体体流层间产生动量交换
流层间产生切应力（黏性力）
1.4 流体的黏性及牛顿黏性定律
动量交换 过程由流 体的黏性 所构成
黏性动量 传输(物性 动量传输)
1.4 流体的黏性及牛顿黏性定律
动量通量：单位时间通过单位面积所传递的动量，相当于单位 面积上的作用力。
黏性动量通量：单位时间通过单位面积所传递的黏性动量，亦 即单位面积上的黏性力（切应力）。
yx
dvx dy
d( vx ) dy
d( vx )
dy
Pa
yx高速流层向低速流层传递； dvx dy 低速向高速为正；
d( vx ) dy 动量梯度（单位距离上的动量变化量)。
思考
黏性动量与黏性力的不同之处？
传递方向
黏性动量：高速流层向低速流层(y)。 黏性力：流体流向(x) 。快速流层与流向相反；慢速流 层，与流向相同。
1.4流体的黏性及牛顿黏性定律
55. ．牛牛顿顿流流体体与及非非牛牛顿顿流流体体
牛顿流体：满足牛顿粘性定律的流体。
y
x
与
dvx dy
呈线性关系
dv x dy
F A
dvx dy
N/m2
思考 柱坐标系下的F表达式？
F dvx dL N
dr
1.4流体的黏性及牛顿黏性定律
3．黏性系数
动力黏性系数，动力黏度。
⑴ 单位:
yx N m2 N s m2 Pa s (kg m s)
dvx dy (m / s) m
⑵ 物理意义：dvx dy 1 时，单位面积上的黏性力，流体阻滞 流动的能力，μ ，阻滞作用。
体积力 作用在流体内部质点上，且与流
体质量成比例的力。
1.5 流体上的作用力、能量、动量
表面力
压力(压强)：运 动和静止流体均 存在，称静压力。 作用方向与作用 面垂直，且指向 作用面。
切应力(粘性力)： 作用方向与表面 平行，运动流体 与固体的界面和 有速度差的流层 间存在。
体积力（质量力）：重力、惯性力等。
运动黏度 m2/s
⑶ 影响因素：
流体种类 温度
1.4 流体的黏性及牛顿黏性定律
液体：分子间内聚力为主。温度，间隙，内聚力，。
气体：分子热运动。温度，热运动加剧，。
单一气体
0
273 C T C
T
3
273
2
Pas
混合气体 烟气（CO2、H2O、N2、O2 ）
iM1i 2i iM1i 2
1.5 流体上的作用力、能量、动量
能量
位能： mgh
动能：
1 mv2 2
静压能： PV
Nm V
N m m3 Pa
重力：mg
作用力 惯性力：ma N A N m2 Pa
总压力：PA
动量 mv N s A N s m2 s Pa
1.5 流体上的作用力、能量、动量
结论
（1）动量/A = 作用力/A = 能量/V
1.4流体的黏性及牛顿黏性定律
运动黏度ν
⑴ 单位：
kg kg
ms m3
m2
s
⑵ 物理意义： d( vx ) dy 1 时，单位面积上的黏性力，阻滞
流动的能力；亦即黏性动量传输量，ν亦称为黏性动量 传输系数。牛顿黏性定律也就是流体黏性动量传输基本 定律。
⑶ 影响因素： 流体种类 温度
1.4 流体的黏性及牛顿黏性定律
1.4 流体的黏性及牛顿黏性定律
2．牛顿黏性定律
表述：流体的黏性力F与速度v0成正比，与两平板间距 离H成反比，与接触面积A成正比。
稳定状态：
F v0 A H
任意两流层: F dvx A F dvx A
dy
dy
N
1.4 流体的黏性及牛顿黏性定律
单位面积上的黏性力（切应力） y x
yx
0， y x
0
例如 所有气体、水及油类等。
非牛顿流体：不满足牛顿黏性定律的流体。
例如 乳液、沙浆、矿浆、水煤浆、石灰等。
1.4 流体的黏性及牛顿黏性定律
6. 理想流体( = 0）及黏性流体( 0)
[例1-3] P8
1.5 流体上的作用力、能量、动量
作用力
表面力
作用在流体表面上，且与表面
积成比例的力。
本章小结
主要内容：流体的概念，流体的密度、重度及比体积， 流体的压缩性及膨胀性，流体的黏性及牛顿黏性定律，流 体上的作用力、能量及动量。 重点：流体的压缩性及膨胀性，流体的黏性及牛顿黏性定 律。 难点：流体黏性的理解与掌握。 基本要求：掌握流体的特性、流体的压缩性及膨胀性，理 解流体的黏性，掌握黏性动量传输与对流动量传输，掌握 牛顿黏性定律及应用，理解流体上的作用力、能量及动量 关系。
（2）作用力、能量、动量是同类 物理量的不同表现形式。相互平衡、 传递及转换，流体的动量传输也就 是力、能的平衡与转换过程。
小结
一、本课的基本要求 1．了解流体的黏性及黏性力。 2．掌握牛顿黏性定律及应用；黏性系数的单位、物 理意义、影响因素。 3．掌握黏性动量传输、黏性动量通量及其表达式。 4．理解流体上的作用力、能量、动量之间的关系。 二、本课的重点、难点 重点：牛顿黏性定律及应用。 难点：概念的理解和掌握。 三、作业 习题P11 1-21 1-23