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1、宇航推进系-流体力学2.2流体的粘性viscosity宇航推进系-流体力学2.2流体的粘性v2.2.1粘性,理想流体v2.2.2牛顿内摩擦定律v2.2.3牛顿流体和非牛顿流体宇航推进系-流体力学牛顿实验v两无限大平行平板之间充满了静止的液体 。将下板固定，对上板施加一恒定外力， 使上板以速度v0沿x方向作匀速运动。X宇航推进系-流体力学牛顿实验v发现：紧靠上板的液体粘附在其表面上而 与之以相同的速度v0向前运动；紧靠下板 的液体，也因粘附作用而与下板一起保持 不动，而两板之间的液体，则由于粘滞作 用，从上到下速度逐渐由大变小，直至为 零。宇航推进系-流体力学2.2.1粘性,理想流体v粘性:流体
2、所具有这种抵抗两层流体相对滑动速度, 或普遍讲抵抗变形的性质叫做粘性。v粘性应力:流体在运动时,对相邻两层流体间的相对运动, 即相对滑动速度有抵抗作用,这种抵抗力称为 粘性应力。宇航推进系-流体力学粘性产生的原因v两板间的流体可以看作分成了无数个平行 于平板的流体层，层与层之间存在着速度 差。v由于流体分子间存在吸引力，速度较快的 流体层会拖着慢层向前运动。v速度较快的流体层中的流体，其在x方向 的动量也大，该层流体分子中的一部分由 于无规则热运动进入速度较慢的流体层， 通过碰撞将动量传递给后者，使其产生一 个加速力；宇航推进系-流体力学粘性产生的原因v同时，运动较慢的流体层亦有同样数量分 子
3、进入运动较快的流体层，而对后者产生 一个大小相等、方向相反的减速力。v这种传递一层一层进行，直至壁面。流体 向壁面传递动量的结果是产生了壁面处的 摩擦力。 宇航推进系-流体力学归纳如下：v产生粘性的物理原因:流体的粘性是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起 的分子间吸引力：分子间相互拖动(或称为内聚力)。分子不规则运动：分子迁移(引起分子动量交换)。v对于气体：分子活动空间大，主要是不规则运动引起分子团间相互掺混 ；v对于液体：分子间吸引力起主要作用，阻碍分子离开瞬时形成的平衡位 置。 宇航推进系-流体力学2.2.1. 理想流体v理想流体:当流体的粘性很小时,或运动的相对速度不大 时,所产
4、的粘性力与其他类型的力相比可忽略 不计,可以把流体看成是无粘的,叫做理想流体 。宇航推进系-流体力学完全气体和理想气体v完全气体(perfect gas)是就气体是否满 足完全气体状态方程来讲的。实际气体不 能严格满足气体状态方程。v理想气体(ideal gas)相对于粘性而言。宇航推进系-流体力学2.2.2牛顿内摩擦定律v牛顿摩擦力定律：v流体相对运动时所引起的摩擦力：与两层流体的速度梯度成正比；与两层流体的接触面积成正比；与流体物性有关：粘性系数宇航推进系-流体力学2.2.2牛顿内摩擦定律v写成剪应力形式：v：剪应力，Pa，v，粘性系数（粘度）:其物理意义表示速度梯度为1时，单位受力面 积
5、上流体层之间内摩擦力的大小。显然，流体 粘度是衡量流体粘性大小的一个物理量。宇航推进系-流体力学2.2.2粘性系数v粘度：又称动力粘度、绝对粘度、动力粘性系 数，是反映流体粘滞性大小的系数，单 位：Ns/m2（ Pa.s ）。 v 运动粘度： =/又称相对粘度、运动粘性系数。单位： m2/s宇航推进系-流体力学2.2.2粘性系数v粘度的影响因素： v流体粘度的数值随流体种类不同而不同 ，并随压强、温度变化而变化。 1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的 粘度大于气体的粘度。比如，常温、常压下水的粘性系数为1.01E- 3Pa.s，空气为1.8E-5Pa.s 。2）压强。对常见的流体，如水、气
6、体等， 值随压强的变化不大，一般可忽略不计。宇航推进系-流体力学2.2.2粘性系数v3）温度是影响粘度的主要因素。v当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增 加。 va.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度 升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪 切变形速度所产生的切应力减小，所以粘性系数 值减小。 vb.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以 粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引 起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁 ，所以粘性系数值增加。宇航推进系-流体力学2.2.3非牛顿流体v牛顿流体。v凡是剪应力与速度梯度不符合牛顿粘性定律( 或讲不符合正比关系)的流体均称为非
7、牛顿型 流体。v一般地，浓稠的悬浮液、乳浊液、泥浆、长 链聚合物溶液、生物流体、液体食品、涂料 以及混凝土混合物等，均为非牛顿型流体。 非牛顿型流体的剪应力与速度梯度成曲线关 系，或者成不过原点的直线关系.宇航推进系-流体力学剪切力和速度梯度的关系宇航推进系-流体力学2.2.3非牛顿流体v按照粘性系数与时间的关系,非牛顿型流体 可以分为三大类：v第一类是流体的剪应力与速度梯度间的关 系不随时间而变，但不满足正比关系。宇航推进系-流体力学2.2.3非牛顿流体v第二类是流体的剪应力与速度梯度间的关 系与时间有关，但为非弹性的，这类流体 的现时性质与它最近的过去受过什么样的 作用有关。例如番茄酱放着不动，会倒不 出来，然而，一瓶刚刚摇过的番茄酱就容 易倒出来。宇航推进系-流体力学2.2.3非牛顿流体v第三类是粘弹性非牛顿流体，这类流体兼 有固体的弹性与流体的流动特性，应力除 去后其变形能够部分地恢复。例如，面团 受挤压通过小孔而成条状后，每条的截面 积略大于孔面积。固体推进剂是典型的粘弹性体。宇航推进系-流体力学思考题v粘性流体在静止时有没有切应力?v理想流体在运动时有没有切应力?
