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黏度的计算公式

时间:2023-12-30来源:产品与服务浏览次数:1

  度量流体粘性大小的物理量。又称粘性系数、动力粘度,记为μ。牛顿粘性定律指出,在纯剪切流动中相邻两流体层之间的剪应力(或粘性摩擦应力)为式中dv/dy为垂直流动方向的法向速度梯度。粘度数值上等于单位速度梯度下流体所受的剪应力。速度梯度也表示流体运动中的角变形率,故粘度也表示剪应力与角变形率之间比值关系。按国际单位制,粘度的单位为帕·秒。有时也用泊或厘泊(1泊=10-1帕·秒,1厘泊= 10-2泊)。粘度是流体的一种属性,不同流体的粘度数值不同。同种流体的粘度显著地与温度有关,而与压强几乎无关。气体的粘度随温度上升而增大,液体则减小。在温度T<2000开时,气体粘度可用萨特兰公式计算:μ/μ0=(T/T0)3/2(T0+B)/(T+B),式中T0、μ0为参考温度及相应粘度,B为与气体种类有关的常数,空气的B=110.4开;或用幂次公式 :μ/μ0=(T/T0)n,指数n随气体种类和温度而变,对空气,在90开<T<300开范围可取为 8/ρ。水的粘度可按下式计算:μ=0.01779/(1+0.03368t+0.0002210t2),式中t为摄氏温度。粘度也可通过实验求得,如用粘度计测量。在流体力学的许多公式中,粘度常与密度ρ以μ/ρ的组合形式出现,故定义v=μ/ρ,由于v的单位米2/秒中只有运动学单位,故称运动粘度。

  运动粘度表示液体在重力作用下流动时内磨擦力的量度,其值为相同温度下的动力粘度与其密度之比,在国际单位制中以米2/秒表示。习惯用厘斯(cSt)为单位。1厘斯=10-6米2/秒=1毫米2/秒。

  流体内部抵抗流动的阻力,用对流体的剪切应力与剪切速率之比表示。单位为泊[帕。秒]

  注:对于牛顿流体,剪切应力与剪切速率之比为常数,称为牛顿粘度,对于非牛顿流体,剪切应力与剪切速率之比随剪切应力而变化,所得的粘度称在相应剪切应力下的“表观粘度”。塑料属于后一种情况。

  不同流体的粘度差别很大。在压强为101.325kPa、温度为20℃的条件下,空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度为:

  如果是粗略估算, 用干空气的R代替, 误差也不太大全部评论发布日期:2013-09-25黏度是测量流体内在摩擦力的所获得的数值。当某一层流体的移动会受到另一层流体移动的影响时,此摩擦力显得很重要。摩擦力愈大,我们就必须施予更大的力量以造成流体的移动,此力量即称为 ”剪切(shear)”。剪切发生的条件为当流体发生物理性地移动或分散,如倾倒、散布、喷雾、混合等等。高黏度的流体比低黏度的材料需要更大的力量才能造成流体的流动。

  牛顿以图4-1的模式来定义流体的黏度。两不同平面但平行的流体,拥有相同的面积”A”,相隔距离”dx”,且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流动,牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度,即:

  速度梯度,dv/dx,为测量中间层的相对速度,其描述出液体所受到的剪切,我们将它称为”剪速(shear rate)”,以S表示;其单位为时间倒数(sec-1)。

  F/A项代表了单位面积下,剪切所造成的合力,称为”剪力(shear stress)”,以F代表;其单位为”达因每平方公分(dyne/cm2)”。

  黏度的基本单位为 ”poise”。我们定义一材料在剪力为1达因每平方公分、剪速为1 sec-1下的黏度为100 poise。测量黏度时,你可能会遭遇到黏度的单位为 “Pa˙s” 或 “mPa˙s” 的情况,此为国际标准系统,且有时较被公制命名所接受。1 Pa˙s等于10 poise;1 mPa˙s等于1 cp。

  牛顿假设所有的材料在固定温度下,黏度与剪速是没有相关的,亦即两倍的力量能够在一定程度上帮助流体移动两倍的速度。

  牛顿称具有此形式流动行为的所有流体,皆称为”牛顿(Newtonian)”,然而这只是你可能遭遇到的流体中的其中一种而已。牛顿流体的特性可参考图4-2;图A显示剪力(F)和剪速(S)之间为线性关系;图B显示在不同剪速下,黏度皆保持一定。典型的牛顿流体为水与稀薄的机油。

  上述代表的意义即为在固定温度下,不论你所使用的黏度计型号、转子、转速为何,牛顿流体的黏度皆保持一定。标准Brookfield黏度值为以Brookfield仪器在某一剪速范围内所测之值,这就是为什么牛顿流体可以在所有我们的黏度计型号下操作。牛顿流体明显地为Z容易测量的流体-只要拿出你的黏度计并操作它即可。不幸的是,更常见且更复杂的流体-非牛顿流体,我们将在下一节中介绍。

  非牛顿流体概略的定义为F/S的关系不为常数,亦即当施予不同的剪速,剪力并不随着相同比例变化(或甚至同一方向)。这些流体的黏度会受到不同剪速的影响,同时,不相同的型号黏度计的设定参数、转子、转速都会影响到非牛顿流体的黏度值。此测量的黏度值称为流体的”表观黏度(apparent viscosity)”,其值为正确的只有当实验的参数值被正确的设定且jing准的测得。

  非牛顿流体流动能想象成流体为不一样的形状和大小的分子所组成,当它们流经彼此,亦即流动发生时,要多少力量才能移动它们将取决于它们的大小、形状及黏着性。在不同的剪速下,排列的方式将会不同,而且需要更多或更少的合力才能保持运动。

  辨别不同非牛顿流体的行为,可由剪速的差异得到流体黏度的变化,常见非牛顿流体的形式包括:

  拟塑性的(pseudoplastic):此形式流体的特性为当剪速增加时,会伴随着流速的减少,其可能为Z常见的非牛顿流体。拟塑性流体包括油漆、乳液和各种不同形式的流体。此类流体的行为有时候可称为”shear thinning”。

  膨胀性的(diltant):膨胀性的流体其特性为流速随着剪速的增加而增加。虽然膨胀性流体不如拟塑性流体常见,然而膨胀性流体常可由存在有不会聚集固体的流体中看到,如泥浆、糖果合成物、玉米淀粉类与水的混合物以及沙/水混合物。此类流体的行为也可称为”shear thickening”。

  塑性的(plastic):此类流体的行为就如同固体处在静电的环境中。在流体流动前,我们就必须先施予流体某一力量,此力量称为“屈服力(yield value)”。此类流体典型的例子为蕃茄酱,其产值造成蕃茄酱无法直接从罐子中倒出,除非我们先摇动或敲击。当产值超过上限值时,流体开始流动。塑性流体包含有牛顿流体、拟塑性流体、膨胀性流体的特性。

  到目前为止我们只有讨论非牛顿流体剪速的效应,当我们同时考虑时间效应时,有会有什么样的问题发生?此问题使得我们一定要讨论其它两类非牛顿流体:”摇变性的(thixotropic)” 和 “流变性的(rheopectic

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