流体流动阻力产生-化工单元过程与操作

1.黏性 流体流动时，流体质点间存在相互吸引力，流通截面上各点的流速并不相等，即其内部存在相对运动，当某质点以一定的速度向前运动时，与之相邻的质点则会对其产生一个约束力阻碍其运动，将这种流体质点间的相互约束力称为内摩擦力。流体流动时为克服这种内摩擦力需消耗能量。流体流动时产生内摩擦的性质称为流体的黏性。黏性大的流体流动性差，黏性小的流体流动性好。

黏性是流体的固有属性，流体无论是静止还是流动，都具有黏性。

多观察

(1) 气体和液体的流动性哪个更好? 同温度下水和油的流动性哪个好?

(2) 观察河水的流动，为什么河中心处水的流速比河岸处水的流速大?

如图1 -21 所示，有上下两块平行放置且面积很大而相距很近的平板，板间充满某种液体。若将下板固定，而对上板施加一个恒定的外力F，上板就以恒定速度u 沿x 方向运动。此时，两板间的液体就会分成无数平行的薄层而运动，黏附在上板底面的一薄层液体也以速度u 随上板运动，其下各层液体的速度依次降低，黏附在下板表面的液层速度为零，流体相邻层间的内摩擦力即为F。实验证明，F 与上下两板间沿y 方向的速度变化率Δu/Δy 成正比，与接触面积A 成正比。流体在圆管内流动时，u 与y 的关系是曲线关系，上述变化率应写成du/dy，称为速度梯度，即:

图1-21　平板间液体速度变化

若单位流层面积上的内摩擦力称为剪应力τ，则:

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上式称为牛顿黏性定律，即流体层间的剪应力与速度梯度成正比。式中比例系数μ，称为动力黏度或绝对黏度，简称黏度。

查一查 涂料及泥浆的流动是否服从牛顿黏性定律? 试了解此类流体的规律。

2.黏度 黏度是表征流体黏性大小的物理量，是流体的重要物理性质之一，流体的黏性越大，μ 值越大。其值由实验测定。

流体的黏度随流体的种类及状态而变化，液体的黏度随温度升高而减小，气体的黏度随温度升高而增大。压力变化时，液体的黏度基本不变，气体的黏度随压力增加而增加得很少，一般工程计算中可以忽略。某些常用流体的黏度，可以从有关手册和本书附录三中查得。

黏度的法定计量单位是Pa·s;但在工程手册中黏度的单位常用物理单位制，泊( P) 或厘泊( cP) 表示。它们之间的关系是:

流体的黏性还可用黏度μ 与密度ρ 的比值来表示，称为运动黏度，以ν 表示:

运动黏度的法定计量单位为m2/s; 在物理单位制中，运动黏度的单位为cm2/s，称为斯( St) 。