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黏性定律

也稱牛頓黏滯定律,是描述流體中黏性現象的宏觀規律。黏性也稱黏滯,是指流體中由于存在定向運動速度的不平均性時,在流體中出現一種使流動較快的流體受到減速力,流動較慢的流體受到加速力的現象(即內摩擦現象)。這種減速力及加速力統稱為黏性力(或黏滯力、內摩擦力)。牛頓黏性定律可表述為:當流體的流動為層流時,則在層與層之間所作用的黏性力f分別與流體中定向運動的速度梯度du/dz及與流動方向切向面積A成正比的關系,其比例系數η稱為黏度或黏性系數,即 η的單位是N·m-2·s,也有用泊(poise)為單位的,1泊(P)=10-1kg·m-1·s-1。

也稱牛頓黏滯定律,是描述流體中黏性現象的宏觀規律。黏性也稱黏滯,是指流體中由于存在定向運動速度的不平均性時,在流體中出現一種使流動較快的流體受到減速力,流動較慢的流體受到加速力的現象(即內摩擦現象)。這種減速力及加速力統稱為黏性力(或黏滯力、內摩擦力)。牛頓黏性定律可表述為:當流體的流動為層流時,則在層與層之間所作用的黏性力f分別與流體中定向運動的速度梯度du/dz及與流動方向切向面積A成正比的關系,其比例系數η稱為黏度或黏性系數,即 η的單位是N·m-2·s,也有用泊(poise)為單位的,1泊(P)=10-1kg·m-1·s-1。

中文名稱:黏性定律

英文名稱:Law of viscosity

定義及摘要:

黏性定律

2100433B

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黏性流是黏性不可忽略的流體。實際流體都是有黏性的,不過有的大(如甘油、油漆、蜂蜜),有的小(如水、空氣)。流層間阻礙流體相對錯動(變形)趨勢的能力稱為流體的黏性。

假設有一股直勻流(速度均一,方向和大小不變),順著流動方向放置一塊無限薄的平板,流體的實際速度分布就變為右圖所示。流體在沒有流到平板以前速度原是均一的,一流到平板上,直接貼著平板的那層流體速度降為零(即滿足物面無滑移條件);沿著法線向外,流體速度逐漸由零變大(即存在速度梯度),直到離平板相當遠的地方流速才和原來沒有顯著差別。

生活中,比如河里的流水,靠岸處的水流就比河中心的水流慢些。

相對錯動流層間的一對摩擦力即為黏性剪切力。

鄰層流體速度有差別(即

)時,二者之間必有摩擦力在作用。單位面積上的摩擦力稱摩擦應力,記為
。這個力對于較快流層而言是一個阻礙流動的阻力,對于較慢流層而言是一個推動流動的拉力。

牛頓提出,流體內部的摩擦應力

和速度梯度的關系為

比例常數記為

,則

上式稱為牛頓粘性定律。

稱為黏度,單位是kg/(m·s)。

設有上下兩塊平行放置的平板,其中下面一塊靜止不動,而上面一塊則沿水平方向向右勻速移動,如右圖所示。如果在該水平兩板之間有流體存在,當流體作整體運動,并且各層流體的運動速度不同時,各層流體之間就存在摩擦作用,通常稱為流體的內摩擦,或者流體的黏滯性。

假設在任意高度處,選擇一平面S-S,將流體分為上下兩層,上層流體運動較快,下層流體運動較慢。由于流體的黏滯性,則在平面S-S上就存在黏性力P。該力對于上層流體來說是一個阻力,方向向左;而對于下層流體來說則相反,為一個動力,方向向右。如果S-S平面上流體的流速為

,速度梯度為
。因此,黏性力的計算式即牛頓定律表達式為

其中,A為S-S平面的面積;

為比例常數,稱為流體的黏性系數。

由此可見,黏性力與面積和速度梯度成正比。

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