黏性流

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）。

基本介紹

• 中文名：黏性流
• 外文名：Viscous Fluid
• 學科種類：流體動力學，空氣動力學
• 套用實例：飛機設計

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圖1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。

圖1：黏性流體流過物面時的速度分布

生活中，比如河裡的流水，靠岸處的水流就比河中心的水流慢些。

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。

黏性剪下應力

相對錯動流層間的一對摩擦力即為黏性剪下力。

黏性力示意圖

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 。這個力對於較快流層而言是一個阻礙流動的阻力，對於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 和速度梯度的關係為

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)。

黏性流體運動的基本性質

粘性流體運動的基本性質包括：運動的有旋性、漩渦的擴散性和能量的耗散性。

黏性的本質

流體分子在不停地進行著不規則的熱運動，不論流體是靜止狀態還是流動狀態。這種不規則的熱運動會使不同流層中的氣體質量進行交換，而流體各層速度不同的話，鄰層的兩個流體分子的動量也不同。鄰層之間既有質量交換，必有動量交換。快層流體分子由於熱運動跑到慢層流體分子中，便從快層流動帶走一份動量到慢層流動里，從而加快了慢層流體流動；反之，慢層流體分子由於熱運動跑到快層流體分子中，便從慢層流動帶走一份動量到快層流動里，從而減慢了快層流體流動。於是就產生了上文中的速度梯度。

所以，黏度 只決定於分子的熱運動速度，而流體的溫度正是分子熱運動的動能的一個直接標誌，因此同一流體的黏度只決定於流體的溫度，而與壓強無關。

液體和氣體的動力黏性係數隨溫度變化的趨勢相反，因為它們產生黏性的物理原因不同，前者主要來自於液體分子間的內聚力，黏度與溫度成正比；後者主要來自於氣體分子的熱運動，黏度與溫度成反比。

流體的分類

理想流體

理想流體是黏性可忽略的流體，又叫無黏流體。即 ， 。

當流體粘度很小而相對滑動速度又不大時，黏性應力是很小的，即可近似看成理想流體。理想流體一般也不存在熱傳導和擴散效應。實際上，理想流體在自然界中是不存在的，它只是真實流體的一種近似模型。但是，在分析和研究許多流體流動時，採用理想流體模型能使流動問題簡化，又不會失去流動的主要特性並能相當準確地反映客觀實際流動，所以這種模型具有重要的使用價值。

黏性流體

是黏性不可忽略的流體。即 ， 。

自然界中真實流體都是黏性流體。

按流體切應力與速度梯度的一般關係式 分為以下幾類：

1. bingham流體， ，如泥漿、血漿、牙膏等；

2. 偽塑性流體， ，如尼龍、橡膠、油漆等；

3. 牛頓流體， ，如水、空氣、汽油、酒精等；

4. 脹塑性流體， ，如生麵團、濃澱粉糊等。

黏性流的套用

粘性流體在運動狀態下，流體質點之間可以存在相對運動，流體具有抵抗剪下變形的能力，因此，作用於流體內部任意面上既有正向力，也有切向力。在飛機的設計中，由於粘性的存在，機翼後緣處來自上下表面的流體產生了強烈的剪下，飛機獲得升力來源從而上升。