| 工業(yè)生產(chǎn)中的許多過程都與流體的流動現(xiàn)象密切相關(guān)，流動現(xiàn)象是個極為復(fù)雜的問題，涉及面廣，本節(jié)只作簡要的介紹。 |
| 一、牛頓粘性定律 |
| 前已述及，流體具有流動性，即沒有固定形狀，在外力作用下其內(nèi)部產(chǎn)生相對運動。另一方面，在運動的狀態(tài)下，流體還有一種抗拒內(nèi)在的向前運動的特性，稱為粘性，粘性是流動性的反面。 |
| 以水在管內(nèi)流動時為例，管內(nèi)任一截面上各點的速度并不相同，中心處的速度最大，愈靠近管壁速度愈小，在管壁處水的質(zhì)點附于管壁上，其速度為零。其他流體在管內(nèi)流動時也有類似的規(guī)律。所以，流體在圓管內(nèi)流動時，實際上是被分割成無數(shù)極薄的圓筒層，一層套著一層，各層以不同的速度向前運動，如圖1-10所示。由于各層速度不同，層與層之間發(fā)生了相對運動，速度快的流體層對與之相鄰的速度較慢的流體層發(fā)生了一個推動其向前運動方向前進(jìn)的力，而同時速度慢的流體層對建度快的流體層也作用著一個大小相等，方向相反的力，從而阻礙較快的流體層向前運動。這種運動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力，是流體粘性的表現(xiàn)，所以又稱為粘滯力或粘性摩擦力。流體在流動時的內(nèi)摩擦，是流動阻力產(chǎn)生的依據(jù)，流體流動時必須克服內(nèi)摩擦力而作功，從而將流體的一部分機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫鴵p失掉。 |
| 流體流動時的內(nèi)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)?可通過下面情況加以說明。 |
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圖1-10 流體在圓管內(nèi)分層流動示意圖
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圖1-11 平板間液體速度變化圖
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| 如圖1-11所示，設(shè)有上下兩塊平行放置且面積很大而相距很近的平板，板間充滿了某種液體。若將下板固定，而對上板施加一個恒定的外力，上板就以恒定的速度u沿x方向運動。此時，兩板間的液體就會分成無數(shù)平行的薄層而運動，粘附在上板底面的一薄層液體也以建度。隨上板而運動，其下各層液體的速度依次降低，粘附在下板表面的液層速度為零。 |
| 實驗證明，對于一定的液體，內(nèi)摩擦力F與兩流體層的速度差Δu成正比，與兩層之間的垂直距離Δy成反比，與兩層間的接觸面積S成正比，即： |
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| 若把上式寫成等式，就需引進(jìn)一個比例系數(shù)μ，即： |
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| 式中的內(nèi)摩擦力F與作用面S平行。單位面積上的內(nèi)摩擦力稱為內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力，以τ表示，于是上式可寫成： |
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 （1-24）
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| 式1-24只適用于u與y成直線關(guān)系的場合。當(dāng)流體在管內(nèi)流動時，徑向速度的變化并不是直線關(guān)系，而是如圖1-12所示的曲線關(guān)系，則式1-24應(yīng)改寫成： |
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 （1-24a）
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圖1-12 一般速度分布示意圖
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| 式1-24或1-24a所顯示的關(guān)系，稱為牛頓粘性定律。 |
【例1-15】 從某手冊中查得水在40℃時的粘度為0.656cP(厘泊)，試換算成Pa·s單位。
