粘性粘性的物理解釋

以氣體為例，說明粘性形成的原因。氣體分子的速度是由平均速度和熱運動速度兩部分疊加而成，前者是氣體團(tuán)的宏觀速度，后者決定氣體的溫度。若相鄰兩部分氣體團(tuán)以不同的宏觀速度運動，由于它們之間有許多分子相互交換，從而帶來動量的交換，使氣體團(tuán)的速度有平均化的趨勢，這便是氣體粘性的由來。根據(jù)這種圖象，利用統(tǒng)計物理中的玻耳茲曼方可以求得氣體粘性系數(shù)的表達(dá)式：

粘性A. 粘性系數(shù)(粘度)的定義

粘性的大小用粘性系數(shù)（即粘度） 來表示。牛頓粘性定律（見牛頓流體）指出，在純剪切流動中，流體兩層間的剪應(yīng)力

式中

在通常采用的厘米·克·秒制中，粘性系數(shù)的單位是泊（Poise）。

國際單位制用帕·秒（1泊=1達(dá)因·秒/厘米²=10^-1帕·秒），它的量綱為ML^-1T^-1。對于多數(shù)流體，常用的單位是厘泊（10^-3帕·秒）。

粘性B. 常見流體的粘性系數(shù)

不同流體有不同的粘性系數(shù)。少數(shù)液體（如甘油）的粘性系數(shù)可以達(dá)到15泊；橄欖油的粘性系數(shù)接近于1泊。在20℃時，水的粘性系數(shù)為1.0087厘泊。氣體的粘性系數(shù)從氬的2.1×10^-4泊到氫的0.8×10^-4泊，它們的數(shù)量級都是10^-4泊。

粘性C. 粘性系數(shù)的計算

粘性系數(shù)

對于氣體，粘性系數(shù)M和溫度T的關(guān)系可表為薩瑟蘭公式：

式中B≈110.4開；

來近似真實的粘性關(guān)系。冪次n的變化范圍是1/2≤n≤1，它依賴于氣體的性質(zhì)和所考慮的溫度范圍。在高溫時，例如3000開以上，n可近似地取為1/2;在低溫時可取為1。對于空氣而言，在90開

它與薩瑟蘭公式的誤差不過5%。

對水而言，粘性系數(shù)和溫度的關(guān)系可近似地寫成：

對于一般的流體運動，假設(shè)：①運動流體的應(yīng)力張量在運動停止后應(yīng)趨于靜止流體的應(yīng)力張量；②偏應(yīng)力張量

式中，

由于粘性的耗能作用，在無外界能量補充的情況下，運動的流體將逐漸停止下來。粘性對物體表面附近的流體運動產(chǎn)生重要作用使流速逐層減小并在物面上為零，在一定條件下也可使流體脫離物體表面（見邊界層）。

利用各種實驗方法可以確定不同溫度下流體的粘性系數(shù)。例如，在兩個半徑不同的同軸圓筒之間，充滿待測粘度的流體。當(dāng)外筒旋轉(zhuǎn)時，最貼近外筒壁的流體也能以相同的速度運動，由于粘性的作用，里面的圓筒也隨之運動。由于里面的圓筒懸掛在上端固定的金屬絲上，所以它在旋轉(zhuǎn)到一定角度后就停止轉(zhuǎn)動。若測出金屬絲的扭轉(zhuǎn)角度，就可以算出扭力矩。因平衡時扭力矩與液體剪切力所形成的力矩相等，所以可求出剪切力和流體粘性系數(shù)的大小。另外一種方法是求出一定量體積的流體，在給定壓力作用下從一個細(xì)管中流盡所需的時間，從而求出其粘性系數(shù)。

粘性力有兩類：

①分子粘性力，它體現(xiàn)了分子運動時的動量輸送作用；

②湍流粘性力，它體現(xiàn)了湍流運動對動量輸送的作用。

在通常的大氣運動中，前者比后者小得多，可以忽略不計。除靠近地面的大氣邊界層以外，特別是在離地面1～1.5公里以上的自由大氣中，一般不考慮粘性力對氣塊運動的作用。

這類土廣泛分布在低山、丘陵及二級階地的垅崗地形上；以殘積、沖積成因為主，洪積坡積次之。在老粘性土中出現(xiàn)最多的是粘土（其塑性指數(shù)Ip>17，其次是亞粘土(10

在許多情況下，流體流動的相似僅考慮重力或粘性力相似，即以重力為主要作用力時的重力相似(佛汝德數(shù)準(zhǔn)則)和以粘性力為主要作用力的阻力相似(雷諾數(shù)準(zhǔn)則)。但是，也有一些情況，重力和粘性力都是重要作用力，都必須考慮。

粘性力的持續(xù)作用減慢了靠近壁面的流體層的流動速度，這些流動緩慢的流體層又減慢了它們上方的流體層的速度。這就是速度邊界層的厚度隨流動流向事下游逐漸變厚的原因。 2100433B