建筑设备工程中的粘滞性及其原因

在外力作用下，流体内部质点间或流层间因相对运动，随之产生阻抗相对运动的内摩擦力，这种内摩擦力（内力）具有反抗相对运动的性质，称为粘滞性;内摩擦力称为粘滞力。

（一）牛顿内摩擦定律

如图1-1所示，流速分布图反映了流体在流动过程中，各流层流速不同，进而在各流层间形成内摩擦力。作用在两个流体层接触面上的内摩擦力总是成对出现的，即大小相等而方向相反，分别作用在相对运动的流层上。速度较大的流体层作用在速度较小的流体层上的内摩擦力F，其方向与流体流动方向相同，带动下层流体向前运动，而速度较小的流体层作用在速度较大的流体层上的内摩擦力F′，其方向与流体流动方向相反，阻碍上层流体运动。

图1-1　管道中断面流速分布

图1-1中假设某一流层流速大小为u。其上一流层由于靠近管轴，流速大小为u+d u。根据牛顿（Newton）实验研究的结果得知

式中　F——流层接触面上的内摩擦力，N;

A——流层间的接触面积，m2;

du/dy——垂直于流动方向上的速度梯度，1/s;

μ——动力粘度，Pa·s。

式（1-4）为牛顿内摩擦定律。流层间单位面积上的内摩擦力称为切向应力，即

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式中　τ——切向应力，Pa。

在流体力学中还常使用动力粘度与密度的比值，称为运动粘度或运动粘滞系数。用符号υ表示，即

式中　υ——运动粘度，m2/s，因次为L2T-1。

流体粘性随压强和温度的变化而变化。在通常的压强下，压强对流体的粘性影响很小，可忽略不计。在高压下，流体（包括气体和液体）的粘性随压强升高而增大。为了讨论影响流体粘性的因素，表1-1给出了水和空气不同温度时的粘度。表中列举的数据指压强为98kPa（一个标准大气压）时的状况。

表1-1　水和空气的粘度趋势对比

续表

从表1-1中可看出:流体的粘性受温度的影响很大，而且液体和气体的粘性随温度的变化是不同的。水的粘性随温度升高而减小，空气的粘性随温度升高而增大。造成液体和气体的粘性随温度不同变化的原因是由于构成它们粘性的主要因素不同。

（二）牛顿体与非牛顿体

牛顿内摩擦定律仅适用于一般性的流体（如水、空气等）。流体的内摩擦力符合牛顿内摩擦定律，称为牛顿体。不遵循牛顿内摩擦定律的流体称为非牛顿体。