流体的粘性与理想流体模型恩氏粘度E
(完整word版)流体粘度测定
流体粘度的测定一、实验目的液体的粘度表示它的流动性的大小，粘度大则流动性小，反之亦然。
液体的粘度随着温度的升高而降低，通过实验，要求了解液体恩格拉(Engler)粘度的工业测定方法和温度对粘度的影响。
二、实验原理粘度是表示流体质点之间摩擦力大小的一个物理指标，粘度大即摩擦力大，流动性小。
根据牛顿粘度定律：dnduA F μ=式中：F ——内摩擦力，N ；μ——粘性系数(粘度)，Pa.s ； A ——面积，m ； du/dn —速度梯度,s -1。
当各值均采用C 、G 、S 制时，μ的单位为泊（poise ）。
测定粘度的方法很多。
在工业上，多采用泄流法来测定流体的粘度。
泄流法的内容是：在一定条件下，一定容量的液体经由锐孔流出所需要的时间,就表示该液体的粘度。
工业上用的粘度计也很多，如恩格拉(Engler)粘度计,赛波尔(Saybolt)粘度计,雷德乌德(Redwood)粘度计等。
恩氏粘度计测粘度的方法是：在实验的温度下测定200ml 试样油从小孔流出所需要的时间，该时间与20℃时200ml 蒸馏水流出所需要的时间相除，所得的商就是该试样油在实验温度下的粘度，即：E t =）蒸馏水流出的时间（秒时）试样油流出的时间（秒时ml C ml C t 20020200οο其单位为条件度，用ºE 来表示。
一般地20℃的蒸馏水流出的时间为51±1秒，本实验不进行这项测定，对每台仪器，都已测量好（标准水值）并标明在粘度计外表面上。
三、实验设备实验装置如下图所示1.棒式温度计2.温控仪探头3.手动搅拌器4.恩氏温度计5.加热器6.内锅盖7.内锅8.外锅9.油面高度标志10.木栓11.流出管（锐孔）12.支架13.粘度计接收瓶14.调整螺丝15温度控制仪图1、恩氏粘度计四、实验步骤1、用木栓堵住内锅底部之小孔，注意必须严堵，但不能用力过度。
2、将试样油沿着玻璃棒缓慢注入到内锅中，注意不能产生气泡。
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。
《液压传动》课后思考题和习题解答
第1章思考题和习题解1.1 液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？答：用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被称之为液体传动。
按照其工作原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动，其中液压传动是利用在密封容器内液体的压力能来传递动力的；而液力传动则的利用液体的动能来传递动力的。
1.2 什么叫液压传动？液压传动所用的工作介质是什么？答：利用液体的压力能来传递动力的的传动方式被称之为液压传动。
液压传动所用的工作介质是液体。
1.3 液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？答：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是液压系统的动力源。
（2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作机构的工作要求。
（3）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出力和速度（或转矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。
（4）辅助装置：除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、管件、管接头以及各种信号转换器等。
它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。
（5）工作介质：工作介质指传动液体，在液压系统中通常使用液压油液作为工作介质。
1.4 液压传动的主要优缺点是什么？答：优点：（1）与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力。
（2）液压传动容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行。
（3）液压传动工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。
（4）液压传动易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。
（5）液压传动易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作。
化 工 原 理 学 习 指 南
2
p2 h f [J/m3]
上式为扩展了的柏努利方程。习称柏努利方程。 2、机械能恒算式的应用 机械能恒算式的应用是本章的重点，应多作各类习题，以熟练掌握其概念 和解题方法，应用机械能恒算式解题步骤见教材第 36 页。根据机械能恒算式可 得出柏努利方程和流体静力学方程。 六、实际流体的流动现象 （一）流体的流动类型 雷诺实验表明，在流体流动中存在着截然不同的两种流动形态，即层流和湍流。
1 V ( )P ， V T
1 T
4
① 绝压---表示流体的实际压强 ② 相对压强---实际压强与大气压相比，高出大气压的值称为表压。低 出大气压的值称为真空度。 3.表压、绝压、真空度的关系： 表压=绝压-大气压，真空度=大气压-绝压 三、流体的静力学基本方程 1. 流体静压力：静止流体内部任一点的压力，称为该处的流体静压力。 2. 流体静压力的特点 ①若通过该点指定一作用平面，则压力的方向垂直于此面。 ②从各个方向作用于某一点上的流体静压力相等。 ③在重力场中，同一水平面上各点的流体静压力相等，但随位置高低而 变。 3. 流体静力学方程的推导： 根据静止流体的受力平衡， 可得静止流体内部某一水平面上的压力与其 位置及流体的密度关系式： P2=P1+ gh 注意：h 表示同一种流体的垂直高度。 4. 等压面的选取：静止的、连通的、处在同一水平面上的同一种流体的各 点静压力相等。 5. 流体静力学基本方程的应用 ① 表压强和压强差的测定------液柱压差计 A、普通的 U 型管压差计：适用于一般压差或压强的测定。 B、起放大作用的压差计：倾斜的 U 型管、倒 U 型、双液体微差计。 适用于压差较小时的测定。 C、复式压差计：相当于两个或多个普通 U 型管压差计的串联，适用 于压差较大时的测定。 注意：在测定管子某两截面压强差时，管子必须水平放置，否则压差 计上的读数不等于压差。 ② 液位的测定：
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。
流体力学公式总结
工程流体力学公式总结第二章流体得主要物理性质❖流体得可压缩性计算、牛顿内摩擦定律得计算、粘度得三种表示方法。
１.密度ρ= m／V2.重度γ= G /V3．流体得密度与重度有以下得关系:γ= ρg或ρ= γ/ g４.密度得倒数称为比体积,以υ表示υ= １/ ρ= V/m5.流体得相对密度:d = γ流/γ水= ρ流/ρ水6．热膨胀性７.压缩性、体积压缩率κ8．体积模量９.流体层接触面上得内摩擦力10．单位面积上得内摩擦力(切应力)(牛顿内摩擦定律)1１.、动力粘度μ：12.运动粘度ν:ν=μ/ρ1３．恩氏粘度°E:°E = t 1 /t 2第三章流体静力学❖重点：流体静压强特性、欧拉平衡微分方程式、等压面方程及其、流体静力学基本方程意义及其计算、压强关系换算、相对静止状态流体得压强计算、流体静压力得计算（压力体)。
1.常见得质量力:重力ΔW = Δmg、直线运动惯性力ΔFI ＝Δm·ａ离心惯性力ΔＦR ＝Δm·rω２、２.质量力为F。
:F= ｍ·aｍ= m(ｆｘi+f yj＋ｆzk)am ＝F/m = f xi＋f yj＋fｚk为单位质量力,在数值上就等于加速度实例:重力场中得流体只受到地球引力得作用，取z轴铅垂向上,xoy为水平面，则单位质量力在x、y、z轴上得分量为fｘ= ０,ｆy＝0 , fz=-mg/ｍ= －ｇ式中负号表示重力加速度g与坐标轴z方向相反３流体静压强不就是矢量,而就是标量,仅就是坐标得连续函数。
即:p=p(x,y,z),由此得静压强得全微分为：4.欧拉平衡微分方程式单位质量流体得力平衡方程为:５.压强差公式(欧拉平衡微分方程式综合形式)6．质量力得势函数7.重力场中平衡流体得质量力势函数积分得：U ＝-gz + c*注：旋势判断:有旋无势流函数就是否满足拉普拉斯方程：8.等压面微分方程式、fx dｘ＋fy d y + fz d z ＝09.流体静力学基本方程对于不可压缩流体,ρ=常数。
5-6黏性流体
p1 + ρ gh1 = p2 + ρ gh2 + w
或
( p1 p2 ) + ρ g(h1 h2 ) = w
可见,由于黏力的存在 可见,由于黏力的存在, 要流体在管道中作定 常流动, 常流动 须保证管道两端的压强差 (p1p2) 或保证 或者两者兼而有之. 管道两端的高度差 (h1h2) 或者两者兼而有之.
Rec η vc = ρr
如果流速从低于v 增大到高于v 如果流速从低于 c增大到高于 c,那么流动将 会从层流转变为湍流. 会从层流转变为湍流.
9
*五,斯托克斯黏性公式 五 (Stokes' viscosity resistance formula ) 当固体物在黏性流体中作相对运动时, 当固体物在黏性流体中作相对运动时,将受到流 体的阻力作用. 体的阻力作用. 斯托克斯黏性公式 固体小球以不大的速率在流 体中运动时, 体中运动时,所受黏性阻力大小为
y
一般情况下, 速率梯度的大小不是常量, 一般情况下 速率梯度的大小不是常量 z0 处速 率梯度的大小为 dv ( ) z0 dz 实验表明, 实验表明 流体内部相邻两流体层间黏力的大小 正比于接触面积, 正比于该处速率梯度的大小, 正比于接触面积 正比于该处速率梯度的大小,即
dv f = ±η( )z0 S dz
温 度/℃ 20 20 20 15 23 23
水的黏度随温度的变化 20 40 60 80 100
η / (10-3 Pas) 1.792 1.0050 0.6560 0.4688 0.3565 0.2838
表 3 气 体 温 度 /℃ ℃
几种气体的黏度随温度的变化 空 气 0 20 671 18 18.1 42 二氧化碳 0 20 302 14 14.8 27 氢 气 -1 20 251 8.3 8.8 13
2.2流体粘性
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
宇 航 推 进 系 ------流 体 力 学
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。
剪切力和速度梯度的关系
宇 航 推 进 系 ------流 体 力 学
2.2.3非牛顿流体
宇 航 推 进 系 ------流 体 力 学
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
宇 航 推 进 系 ------流 体 力 学
2.2.2粘性系数
宇 航 推 进 系 ------流 体 力 学
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。
固体推进剂是典型的粘弹性体。
思考题
宇 航 推 进 系 ------流 体 力 学
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?
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
流体的黏性和黏度
流体的黏性和黏度流体是一种特殊的物质状态，其具有的流动性是其他物质所不具备的。
在涉及流体流动的物理过程中，黏性和黏度是重要的性质。
本文将探讨流体的黏性和黏度的概念、特点以及其在实际应用中的重要性。
一、黏性和黏度的概念黏性指的是流体流动时表现出的阻碍力，即流体内各质点之间的摩擦力。
黏度是衡量流体黏性的物理量，与流体内部分子间的相互作用有关。
黏度越大，表示流体流动阻力越大，流动速度越慢；黏度越小，表示流体流动阻力越小，流动速度越快。
二、黏性和黏度的特点1. 流体的黏性是一个宏观特性，与流体的内部结构有关。
不同种类的流体具有不同的黏性，黏度大小取决于流体的分子结构和分子间相互作用力的大小。
2. 黏性与温度密切相关。
温度升高会导致黏度的降低，因为温度的增加会使得流体分子的热运动变剧烈，分子间的相互作用力减弱，从而降低黏度。
3. 黏度对流体流动的影响主要表现在流速和流动形态上。
黏度较大的流体流动速度较慢，一般呈现层状流动；黏度较小的流体流动速度较快，一般呈现湍流或旋转流动。
三、黏性和黏度的应用黏性和黏度的理论与实际应用广泛存在于各个领域，包括化学、物理、生物、工程等。
1. 在化学领域，黏度是评价溶液浓度、溶解度、化学反应速率等重要参数之一。
黏度的测量可以提供有关溶液中分子间相互作用的相关信息。
2. 在物理领域，黏性和黏度是研究流体力学、湍流、涡流等问题的基础。
通过测量黏度可以进一步研究流体的运动特性和粘附行为。
3. 在生物领域，黏度是血液、细胞等生物体内物质流动的重要参数。
黏度的改变可能与疾病的发生与发展相关，因此通过黏度的测量可以对疾病进行诊断与监测。
4. 在工程领域，黏度的研究和应用广泛用于润滑油、涂料、胶水、塑料等工业产品的开发和生产过程中。
准确评估黏度可以提高产品质量、改善生产工艺。
总结：黏性和黏度是流体的重要性质，涉及到流体流动的各个方面。
黏度的大小与流体分子的相互作用力及温度有关。
理解和应用黏性和黏度对于物理、化学、生物以及工程领域的研究和实际应用都具有重要意义。
327-1.流体的黏性及黏性力
1.4 流体的黏性及牛顿黏性定律
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
牛顿流体：满足牛顿粘性定律的流体。
5．牛顿流体及非牛顿流体 5. 牛顿流体与非牛顿流体
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： 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： 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）。
dvx d(ρ vx ) µ d(ρ vx ) τ yx = −µ =− = −ν dy ρ dy dy
dvx 线 关 τ y x与 dy 呈 性 系 dvx = 0 τ = 0 ， yx dy
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。 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
τyx高速流层向低速流层传递； dvx dy
Pa
低速向高速为正；
d(ρ vx ) dy 动量梯度（单位距离上的动量变化量)。
1.4流体的黏性及牛顿黏性定律
运动黏度ν
µ kg m⋅ s 2 = =m s ⑴ 单位：ν = 3 ρ kg m
⑵ 物理意义： d( ρ 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
6第二章第六节(粘性)解析
流体与固体特性的最大区别 粘性的定义 牛顿内摩擦定律 粘度 (粘性的测量) 粘温特性 牛顿流体 理想流体
§2.6 流体的粘性 一、粘性的定义 现象：
# 手粘油或水，感觉不同；
# 油加温，变稀，易流
把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中 将圆板绕中心转过一角度后放开 靠金属丝的扭转作用,圆板开始往返摆动 由于液体的粘性作用圆板摆动幅度逐渐衰减,直至静止
分别测量 普通板 涂腊板 细沙板
三种圆板的 衰减时间
观察结果: 三种圆板的衰减时间均相等
库仑得出结论: 衰减的原因 不是因圆板 与液体之间的相互摩擦 而是因液体内部的摩擦
Байду номын сангаас
牛顿内摩擦定律 公式分析： 1. ：速度梯度，
速度在 ⊥速度方向上的变化率， 物理意义：剪切变形角速度。
流体切应力与固体切应力的比较：
固体： 应力∝ 应变， 有静摩擦力，作用在表面
流体： 应力∝ 变形角速度， 无静摩擦力，作用在内部
2. 的方向：
3. 动力粘度：
§1.3 流体的主要物理性质 二、粘性
三、粘度
粘性大小的度量
1. ：动力粘度(动力粘性系数),流体的重要特性参数。
物理意义：单位速度梯度下的切应力。
可见
的量纲与单位: 国际单位制: 物理单位制:
工程单位制:
(帕.秒)
2.运动粘度 量纲和单位： 国际单位制: 物理单位制: 工程单位制:
例: 机械油的牌号 20#: 液压油 N32:
3.相对粘度 恩氏粘度计 恩氏粘度
§2.6 流体的粘性 五、 牛顿流体和非牛顿流体 牛顿流体:
流体力学-总复习-名词解释
流体力学概念总结1.连续介质模型：在流体力学的研究中，将实际由分子组成的结构用流体微元代替。
流体微元有足够数量的分子，连续充满它所占据的空间，这就是连续介质模型。
2.质量力：处于某种力场中的流体，所有质点均受有与质量成正比的力，这个力称为质量力。
3.表面力：相邻流体作用于此流体微团各表面的力，包括：压力、剪力和表面张力。
4.粘性：当流体在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，随之产生阻碍流体层间相对运动的内摩擦力，流体产生内摩擦力的这种性质称为粘性。
5.动力粘度：单位速度梯度时内摩擦力的大小μ=τ∕(dv∕dh)6.运动粘度：动力粘度和流体密度的比值。
υ=μ／ρ7.恩氏粘度：被测液体与水粘度的比较值。
8.理想流体：一种假想的没有粘性的流体。
9.牛顿流体：在流体力学的研究中，凡切应力与速度梯度成线性关系，即服从牛顿内摩擦定律的流体，称为牛顿流体。
10.'11.表面张力：引起液体自由表面欲成球形的收缩趋势的力称为表面张力。
12.湿润现象：液体分子与固体分子之间的相互吸引力（附着力）大于液体分子之间的相互吸引力（内聚力）时产生的湿润固体的现象。
13.毛细现象:液体和固体接触时，液体沿壁面上升或下降的现象。
毛细管越细，液面差越大。
14.静压强：当流体处于绝对静止或相对静止状态时，流体中的压强称为流体静压强。
15.有势质量力：质量力所做的功只与起点和终点的位置有关，这样的质量力称为有势质量力。
16.力的势函数：某函数对相应坐标的偏导数，等于单位质量力在相应坐标轴上的投影，该函数称为力的势函数。
17.等压面：在充满平衡流体的空间，连接压强相等的各点所组成的面称等压面。
18.压力体：由所研究的曲面，通过曲面周界所作的垂直柱面和流体的自由表面（或其延伸面）所围成的封闭体积叫做压力体。
19.实压力体：当所讨论的流体作用面为压力体的内表面时，称该压力体为实压力体。
20.虚压力体：当所讨论的流体作用面为压力体的外表面时，称该压力体为虚压力体。
流体概念及性质
水与玻璃的 = 80—90
水银的 = 1380
1.3.4表面张力和毛细现象
3.毛细现象：液固接触 液固间附着力大于液体的内聚力 液固间附着力小于液体的内聚力
内聚力: 液体分子间吸引力 附着力: 液体与固体分子间吸引力
毛细现象
h
d cos( ) 1 d 2hg
4
h 4 cos( ) gd
• 理想流体 不考虑粘性的流体
• 不可压缩性 ρ=c
作用在流体上的力
1.质量力：作用在所研究的流体质量中心，与质量成正比
重力 惯性力
单位质量力
f
lim
F
Xi Yj Zk
m0 m
重力
Z mg g m
2.表面力：外界对所研究流体表面的作用力，作用在外
表面，与表面积大小成正比
应力
lim
解： du r1 0
dy
r2 r1
2n
60
n
r1
h
r2
M Ar1 2r1h r1 0.0045
得 0.952Pa s
注意：1.面积A的取法； 2.单位统一
1.3.4表面张力和毛细现象
1.表面张力σ：由分子的内聚力引起 单位：N/m
发生在液气接触的周界、液固接触的周界、不同液体 接触的周界。
1.1流体的定义和特征
二、流体的特征
易流动性； 力学上只能承受压力，一般不能承受拉力，
静止时不能承受切力； 流体也是物质的一种基本形态，遵循自然界
一切物质运动的普遍规律。
1.2 流体的连续介质假设
问题的引出：
微观：流体是由大量做无规则热运动的分子所组成， 分子间存有空隙，在空间是不连续的。
宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子 距离大得多。
流体粘性与黏度
流体粘性与黏度一、引言流体是指能够流动的物质。
在物理学中，流体分为两类：液体和气体。
而流体的黏性与黏度是衡量流体内部分子间相互作用力的重要指标。
本文将介绍流体粘性与黏度的概念、影响因素以及其在科学研究和工程应用中的重要性。
二、流体的黏性与黏度概述1. 流体的黏性流体的黏性是指流体分子间相互作用所表现出来的阻力。
黏性高的流体具有较大的内摩擦力，流动起来较为困难，而黏性低的流体则具有较小的内摩擦力，流动相对容易。
黏性使得流体在受力作用下产生阻力，这种阻力影响着流体的流动特性。
2. 流体的黏度黏度是一个衡量流体黏性的物理量。
它描述了流体单位时间内由于相对位移而受到的剪切力。
黏度的单位通常为帕斯卡秒（Pa·s）或毫帕秒（mPa·s）。
黏度越大，则流体的黏性越高，流动越困难；黏度越小，则流体的黏性越低，流动越容易。
三、流体黏度的影响因素1. 温度温度是影响流体黏度的重要因素。
一般来说，流体在较高温度下黏度较低，分子间相互作用减弱，流动性增强；而在较低温度下，黏度较高，分子间相互作用加强，流动性变差。
2. 压力压力对流体的黏度也有影响。
在一些情况下，流体在高压下流动时黏度会显著增加，原因是压力增大时，分子受到更大的压缩力，分子间碰撞频率增加，导致黏度升高。
3. 流体组成流体的组成对黏度也产生显著影响。
不同种类的流体由于分子间力的差异，其黏度也会有所不同。
例如，水的黏度较低，而蜂蜜的黏度较高。
这是因为分子间的相互作用力不同所致。
四、流体粘性与黏度在科学研究中的应用1. 物理学研究在物理学研究中，流体的黏性和黏度是重要的研究对象之一。
通过测量流体的黏度，可以了解流体分子间相互作用力的强弱，研究流体的流动规律和性质，并推导出诸如斯托克斯定律等重要定理，为理解流体力学提供基础。
2. 生物学研究生物学中的众多生命体液，如血液、淋巴液等，具有一定的黏度。
黏度对于生物体内部输送物质及维持生命活动至关重要。
流体力学中的黏性与粘度
流体力学中的黏性与粘度引言：流体力学是研究流体运动规律的科学，黏性和粘度是流体力学中重要的概念。
黏性指的是流体内部分子间的相互作用力，而粘度则是流体流动阻力的度量。
本文将探讨流体力学中的黏性与粘度的概念、性质以及在物理学和工程学领域中的应用。
一、黏性的概念与特性黏性是流体内分子间相互作用力的表现，它与流体内分子或原子之间的相互吸引力有关。
黏性的存在使得流体不易流动，使得流体具有一定的内聚力。
黏性一般分为动态黏性和静态黏性两种形式。
动态黏性是指流体在流动过程中分子间相互作用力的体现，静态黏性则是指流体处于静止状态时分子间作用力的表现。
黏性的特性使流体具有一些独特的行为，比如黏滞效应。
黏滞效应是指流体流动时，在摩擦面附近流体分子层与之相互摩擦，导致局部速度梯度的现象。
此外，黏性还会导致流体的能量损失和热量产生，同时黏性还使得流体容易形成涡流和湍流等非稳定流动状态。
二、粘度的定义与测量方法粘度是流体流动阻力的度量，它反映了流体分子内部间的黏着力量。
粘度的测量单位可以采用斯托克斯（Stokes）或帕斯卡秒（Pa·s）。
测量粘度的方法有多种，常见的有塞戈密特（Scheimitt）管法、粘度计法以及流体力学方法。
塞戈密特管法通过测量流体从精细玻璃管中流出所需的时间来计算粘度；粘度计则是使用设备测量流体在单位面积上流动的阻力；流体力学方法通过测量流体流动的速度分布来计算粘度。
不同的流体类型和实验条件会适用不同的测量方法。
三、黏性和粘度在物理学中的应用黏性和粘度的概念和性质在物理学的研究中有着广泛的应用。
在流体动力学中，黏性和粘度是研究流体运动和流体力学性质的重要参数。
通过研究黏性和粘度，可以深入理解流体的运动规律、涡流的形成以及流体流动的稳定性等问题。
此外，在材料科学领域中，黏性和粘度也是研究材料的性质和特性的重要指标。
黏性影响涂料的涂层性能，粘度则影响材料的流动性和可变性。
对于某些高聚物材料，可以通过调节黏性和粘度来控制材料的性能和用途。
粘温公式的e代表
粘温公式的e代表在温度和粘温之间，有一种公式，叫做粘温变。
在温度与粘温之间的关系下，存在一个粘温公式: H= R× e (粘温变率),其中 R是绝对粘度, E是相对粘度。
该公式能够反映材料物理特性及粘度关系，因此常被用于物理计算和材料力学计算。
一、粘温变公式H= R× e是用来表示流体粘温之间关系的粘温公式。
它是粘温变公式中最基本的一种形式，反映了液体在温度和粘温之间（温度、粘温）所作取值关系。
根据不同温度下(0℃、280℃),对液态液体不同流体粘度变化规律和程度作不同的取值，得到了一些不同用途和应用场合下的粘温公式背后所蕴含的基本原理和计算方法。
常见于固体力学计算时需要考虑粘温变系数，通常采用H= R× e表示其中公式中: H、 R为液体相乘液体总粘度乘以温度(r)而得; e为液体相乘液体总粘度乘以温度(r)而得; h为固体相乘液体总粘度除以温度求得。
二、粘温变计算公式H= R× e (粘温变率),其中 R是绝对粘度, E是相对粘度，在上述两个函数中可以进行加权平均。
R× e公式是使用热力学第一定律直接求解，虽然在力学上具有很强的普适性，但因 R 是绝对粘度, E是相对粘度，在求解中不能直接用数值直接进行加权平均。
当温度在 T (0)时，热力学第一定律不适用；当温度大于 T时，热力学第二定律也不适用；但如果温度与粘温均大于 T时，热力学第三定律也同样适用；当温度大于 T时，热力学第四定律也适用；但是要特别说明热力学第一定律不适用于粘温公式。
当温度在 T (0)时: R× e=((0- T)+(0- T+ E))/(0- T+ E)这个关系式适用于温度大于 T (0- T+ E)/(0- T+ E+ E)这个关系式；当温度大于 T (0- T+ E+ E+ E+ E·)/(0- T+ C)这个关系式适用于温度大于 T (0- T+ E+ C·)/(0- T? E- C)这个关系式；所以该关系式适合温度在T-T (-2? T/2-6)之间时: R× e公式。
流体的粘性与理想流体模型恩氏粘度E
1.1 流体的分散性与连续介质模型 1.2 流体的压缩性与不可压缩模型 1.3 流体的粘性与理想流体模型 1.4 牛顿流体与非牛顿流体 1.5 流体的静压 1.6 流体静压平衡方程 1.7 气体的位压头与静压头
1.1 流体的分散性与连续介质模型
一、流体的分散性
固体： 原子（分子）排列结构短程有序，长程也有序，能保 持自身体积与形状
渐显著
混合流体
lg m (xi lg i )
m
(
xi
M
0.5 i
)
(
xi
M 0.5 i
)
三、理想流体模型
1.4 牛顿流体与非牛顿流体
如图1-2所示
1. 牛顿型流体 (曲线1) －大多数气体、水、油、低碳氢化合物
du
dy
2. 塑性流体 (曲线4) －泥浆、污水、有机胶体
气体力学中位压头
空气浮力为决定性因素
图1-6 气体位能概念
气体所受体积力(质量力)为重力与浮力的合力，即
(位能)=(体积力合力)×(流体重心至基准面的高差)
气体所受体积力以指向基准面为正，反之为负
单位体积气体具有的位能
V 位能(h 位 )=
气 空 V
H
1.6 流体静压平衡方程
二、重力场中的流体平衡方程 （不可压缩流体静力学基本方程）
图1-4示：当流体在重力场中， 即质量力仅有重力时，单位质 量流体所受质量力的三个分量 应为
X=0，Y=0，Z=-g （Z轴以向上为正）
将其代入公式(1-18)，则得
图1-4 流体静压平衡
dp gdz
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
d u d u dy dy
其中：
运动粘度，单位 [米2/秒]
值越大，随分子扩散而发生的动量传递越强烈，故流体的流 动性越差(下表为水与空气的粘度比较)
通过单位面积的动量。或说是靠近平板的流体从固体表面获得 x方向的动量，然后由于粘性的作用沿-y方向传递 动量从高速区传向低速区，速度梯度可以看作是动量传递的 “推动力”
1.3 流体的粘性与理想流体模型
二、流体的粘度
动力粘度
速度梯度为一个单位时所产生的切应力
du dy
或 帕· 秒
流体内部两流层的接触面上产生内摩擦力，又称流动切应力
或粘性力 粘性力方向
流速大的流体层
粘性力方向与流速相反 阻碍流动
流速小的流体层
粘性力方向与流速相同 促进流体层加速 可以理解为初始条件， 即使处于静止状态的流体流动起来
图1－1 流体粘性力
1.3 流体的粘性与理想流体模型
不同物种具有 不同的粘度
升高温度使分子运 动加剧，扩散作用 及动量交换增加， 粘度增加
液体
升高温度分子间的 吸引减弱，动量交 换能力减弱，粘度 下降
Hale Waihona Puke m(x M ) (x M )
i i 0 .5 i 0 .5 i
三、理想流体模型
1.4 牛顿流体与非牛顿流体
如图1-2所示
第一章 流体基本性质与 静压平街方程
1.1 流体的分散性与连续介质模型 1.2 流体的压缩性与不可压缩模型
1.3 流体的粘性与理想流体模型
1.4 牛顿流体与非牛顿流体 1.5 流体的静压 1.6 流体静压平衡方程 1.7 气体的位压头与静压头
1.1 流体的分散性与连续介质模型
一、流体的分散性
固体： 原子（分子）排列结构短程有序，长程也有序，能保 持自身体积与形状
1.3 流体的粘性与理想流体模型
表1-3 水与空气的粘度（标准大气压） 温度 [℃]
0 20 40 60 80 100
动力粘度 [Pa· s] 106· μ 空 气
17.25 18.20 19.12 19.97 20.88 21.75
运动粘度 [m2/s] 106· ν 空 气
13.33 15.12 16.98 18.80 20.90 23.00
1.2 流体的压缩性与不可压缩模型
一
流体的密度
单位体积流体的质量称为密度 均质流体，密度可表示为 M 公斤 / 米3 V 密度的倒数即为比容
流体的密度、重度和比容
流体的比容
v
流体的重度
V 1 M
米3 / 公斤
工程单位制中，重度概念使用较多 重量 G 重度( ) 公斤力 / 米3 体积 V 重度与密度的关系式
1.2 流体的压缩性与不可压缩模型
二 流体的压缩性与热胀性
气体的压缩性与热胀性
气体分子间距较大，引力很小，压力或温度发生变化，其密度或
重度都相应地发生变化，具有较强的压缩性和热胀性 气体定温条件下 P
P const 或
恒压下
const
Vt Vo
V const 或 T const T
水
1792 1007 656 469 357 284
水
1.792 1.007 0.661 0.477 0.367 0.296
1.3 流体的粘性与理想流体模型
恩氏粘度（E）
用200[厘米3]液体流出某小孔所需时间与同体积293K的蒸馏水
粘度值获取
流出同一小孔所需时间的比值 易于测定 恩氏粘度与运动粘度间的换算公式 0.0631 0.0732 E 厘米 2 /秒 E
液体： 原子（分子）排列结构短程有序，长程无序，能保持 自身体积，形状随容器变化而变化 气体： 原子（分子）结构短程无序，长程无序，自身体积与 形状随压力、温度和容器形状而变化 流体（液体和气体）与固体不同，分子间的联系比较松散， 引力较小，自由运动较强烈。微观上来看，是分散的
1.1 流体的分散性与连续介质模型
g
1.2 流体的压缩性与不可压缩模型
二 流体的压缩性与热胀性
液体的压缩性与热胀性
温、压条件：1～500大气压，0 ～20℃ 增加1个大气压 体积压缩 一个大气压下 温度升高1K 体积膨胀 1/1000～1.5/10000 1/20000
结论：一般工程条件下，可以忽略液体的压缩性和热胀性