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黏度

鎖定
黏度也可以稱為粘度,是指流體對流動所表現的阻力。當流體 (氣體或液體) 流動時, 一部分在另一部分上面流動時, 就受到阻力, 這是流體的內摩擦力。要使流體流動就需在流體流動方向上加一切線力以對抗阻力作用。
黏度係數(簡稱黏度)η的物理意義是: 在相距單位距離的兩液層中, 使單位面積液層維持單位速度差所需的切線力。其單位在釐米·克·秒(c·g·s)制中為泊(g·cm-1·s-1),在SI制中為帕斯卡·秒(Pa·s或kg·m-1·s-1),1泊=0.1帕·秒。 [1] 
中文名
黏度
外文名
viscosity
相關概念
流體力學,N-S方程
測定方法
動力黏度、運動黏度和條件黏度
別    名
粘度
應    用
質量傳輸

黏度基本概念

黏度又稱黏滯係數,是量度流體黏滯性大小的物理量。流體中相距dx的兩平行液層,由於內摩擦,使垂直於流動方向的液層間存在速度梯度dv/dx,當速度梯度為1個單位,相鄰流層接觸面S上所產生的黏滯力F(亦稱內摩擦力)即黏度,以η表示:η=
,單位:Pa·s。其大小與物質的組成有關,質點間相互作用力愈大,黏度愈大。組成不變時,固體和液體的黏度隨温度的上升而降低(氣體與此相反),其關係可粗略地用式:η=η0Exp(E/KT)表示,式中η0為常數,E為激活能,K為波爾茲曼常數,T為絕對温度。
對玻璃來説,同一黏度值其化學組成不同對應的温度值也不同,但它所處的狀態及物理性能基本相同,為此通常以黏度數據來表徵玻璃的某些特徵點,如應變點、轉變温度、軟化點、流動温度等,對應的黏度值分別為10,10,4.5×10,10Pa·s,是玻璃工藝中的重要參數。 [2] 

黏度主要參數

在單位液層面積上施加的這種力,稱為切應力τ(N/m²),相應的切變速率(D) D=dv /dx。切應力與切變速率是表徵體系流變性質的兩個基本參數
牛頓以圖1的模式來定義流體的黏度。兩不同平面但平行的流體,擁有相同的面積”A”,相隔距離”dx”,且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流動,牛頓假設保持此不同流速的力量正比於流體的相對速度或速度梯度,即:
τ= ηdv/dx =ηD(牛頓公式) 其中η與材料性質有關,我們稱為“黏度”。
圖1 圖1
黏滯力:是流體受到剪應力變形或拉伸應力時所產生的阻力。在日常生活方面,黏滯像是“黏稠度”或“流體內的摩擦力”。因此,水是“稀薄”的,具有較低的黏滯力,而蜂蜜是“濃稠”的,具有較高的黏滯力。簡單地説,黏滯力越低(黏滯係數低)的流體,流動性越佳。黏滯力是黏性液體內部的一種流動阻力,並可能被認為是流體自身的摩擦。黏滯力主要來自分子間相互的吸引力。例如,高黏度酸性熔岩產生的火山通常為高而陡峭的錐狀火山,因為其熔岩濃稠,在其冷卻之前無法流至遠距離因而不斷向上累加;而黏滯力低的鎂鐵質熔岩將建立一個大規模、淺傾的斜盾狀火山。所有真正的流體(除超流體)有一定的抗壓力,因此有黏性。
牛頓流體:符合牛頓公式的流體。 黏度只與温度有關,與切變速率無關, τ與D為正比關係。
非牛頓流體:不符合牛頓公式 τ/D=f(D),以ηa表示一定(τ/D)下的黏度,稱表觀黏度
理想流體:沒有阻力對抗剪應力的流體被稱為理想流體或無黏流體。 [3] 

黏度測定方法

通常情況下黏度測定有:動力黏度、運動黏度和條件黏度三種測定方法。

黏度動力黏度

ηt是二液體層相距1釐米,其面積各為1(平方釐米)相對移動速度為1釐米/秒時所產生的阻力,單位為克/釐米·秒。1克/釐米·秒=1泊一般:工業上動力黏度單位用泊來表示。

黏度運動黏度

在温度t℃時,運動黏度用符號γ表示,在國際單位制中,運動黏度單位為斯,即每秒平方米(m²/s),實際測定中常用釐斯,(cst)表示釐斯的單位為每秒平方毫米(即 1cst=1mm²/s)。運動黏度廣泛用於測定噴氣燃料油柴油、潤滑油等液體石油產品深色石油產品、使用後的潤滑油、原油等的黏度,運動黏度的測定採用逆流法

黏度條件黏度

指採用不同的特定黏度計所測得的以條件單位表示的黏度,各國通常用的條件黏度有以下三種:
①恩氏黏度又叫思格勒(Engler)黏度。是一定量的試樣,在規定温度(如:50℃、80℃、100℃)下,從恩氏黏度計流出200毫升試樣所需的時間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時間(秒)之比。温度tº時,恩氏黏度用符號Et表示,恩氏黏度的單位為條件度。
②賽氏黏度,即賽波特(sagbolt)黏度。是一定量的試樣,在規定温度(如100ºF、F210ºF或122ºF等)下從賽氏黏度計流出200毫升所需的秒數,以“秒”單位。賽氏黏度又分為賽氏通用黏度和賽氏重油黏度(或賽氏弗羅(Furol)黏度)兩種。
③雷氏黏度即雷德烏德(Redwood)黏度。是一定量的試樣,在規定温度下,從雷氏度計流出50毫升所需的秒數,以“秒”為單位。雷氏黏度又分為雷氏1號(Rt表示)和雷氏2號(用RAt表示)兩種。
上述三種條件黏度測定法,在歐美各國常用,我國除採用恩氏黏度計測定深色潤滑油及殘渣油外,其餘兩種黏度計很少使用。三種條件黏度表示方法和單位各不相同,但它們之間的關係可通過圖表進行換算。同時恩氏黏度與運動黏度也可換算。 [4] 
參考資料
  • 1.    林崇德,姜璐,王德勝;何本方,李春生,李德芳等;王德勝.《中國成人教育百科全書》: 南海出版公司 ,1995
  • 2.    袁潤章;李榮先,徐家保.《中國土木建築百科辭典》: 中國建築工業出版社,1990
  • 3.    李良,周雄主編 .《工程流體力學 》 :冶金工業出版社,2016
  • 4.    章新友.《全國普通高等醫學院校藥學類專業十三五規劃教材 物理學 》:高等教育出版社, 2016