流体的流动性：理解与探究

流体的流动性常用黏度来表征，黏度是液体分子间的内摩擦力的宏观量度。如图5-52、图5-53所示，为面积为A，相距R的平行板，板间充以某液体，在上板施加一个推力F，使其产生一个速度V，由于液体的黏性，将此力层层传递，层层液体也相应流动，形成一速度梯度dv/dr，称为剪切速率用γ·表示；而F/A称为剪切应力，用τ表示。剪切应力越大，剪切速率越大。剪切应力与剪切速度关系可用下式表示：

图5-52 黏度的定义

图5-53 圆管中流动液体的速度分布

式中的比例系数称为液体的剪切黏度（简称黏度），在国际单位制中是牛顿·秒/米²，即帕斯卡·秒。对于大多数低分子液体或高分子稀溶液，比例系数η是与无关的常数，这类液体，称为牛顿流体，上式也称为牛顿流体公式。

测定黏度有各种方法和仪器，适用于不同性质的流体和黏度范围。黏度计的结构和几何形状应便于计算剪切应力和剪切速度。现简单介绍以下三种。

1.落球黏度计

落球黏度计是最简单的黏度计，可测量极低剪切速率下的黏度。由落球的尺寸、质量和在液体中下落速度计算黏度。适合于黏度较高的牛顿流体。

2.毛细管黏度计

主要结构为一毛细管，使流体借自重或外加压力下，使流体流过毛细管。由流体的自重或外加压力和流量来计算黏度。属此类黏度计的有奥式黏度计、乌式黏度计及测定塑料熔体熔融指数的熔体流动测定仪，如图5-54、图5-55所示。(www.xing528.com)

3.旋转式黏度计

主要结构为盛液体的部件及放入液体的转动部件，液体充在两部件之间而受到剪切。由转动部件的旋转速度计算剪切速度，而由带动转子的马达功率来计算剪切应力。这种类型黏度计最大特点是可以很方便地通过改变转子速度，改变剪切速率，特别适合非牛顿流体黏度的测定，如图5-56、图5-57所示。

图5-54 奥氏黏度计示意图

图5-55 流动速率测定仪

图5-56 悬垂-杯式黏度计示意图

图5-57 门尼黏度计示意图