黏度

title: 产生.
content: 流体的黏度是由于相邻层间以不同的速度运动时产生的摩擦造成的。管中心处阻力最小,液层流动速度最大;管壁附近液层同时受到液体黏性阻力和管壁摩擦力作用,速度最小,在管壁上液层的移动速度为零(假定在不产生滑移时)。因此,一些附近的压力(如两头管的压力差)需要克服摩擦层之间阻力,来保持流体流动。同样的速度模式,应力应正比于流体的黏度。
title: 分类.
content: 实际上,有两个量被称为黏度。一种被称为动态粘度、绝对粘度或简单粘度(来区别其他的量),但通常也称为粘度。另外一种量称为运动粘度(用符号ν表示),它是流体的粘度与密度的比值。  加工过程中,聚合物的流变性质主要表现为粘度的变化,根据流动过程中聚合物粘度与应力或应变速率的关系,将聚合物的流动行为分为:牛顿流体——粘度μ为常数;非牛顿流体——表观粘度μ不为常数。
title: 定义.
title: 剪切黏度.
content: 是两个板块之间流体的层流剪切。而流体和移动边界之间的摩擦导致了流体剪切,描述这种行为强度的是流体的黏度。在一般的平行流动中(如可能发生在一个直管中),剪切应力正比于速度梯度。相互平行的相邻层之间的移动速度不同,产生剪切。而流体的剪切黏度是描述对剪切流动的抵抗能力。在理想情况下,它被定义为库爱特流——被困在水平板(一侧固定,一侧以恒定速度水平运动)间的一层流体。(注:通常认为板块非常大,不需要考虑边缘附近的情况。)  如果顶板的速度足够小,流体粒子将平行于它流动,并且它们的速度从底部的0到顶部的ν呈线性变化。流体的每一层流动速度快于它的下一层,它们之间会产生一个抵抗它们相对运动的摩擦力。特别是,流体将在顶板运动的反方向施加一个力,在底板也会产生一个等大反向的力。因此需要一个外力来维持顶板以恒定的速度运动。  力F的大小正比于每块板的运动速度u和面积A,而反比于两板之间的距离,即  在这个公式中,比例系数formula_1是流体的黏度(特别是动态黏度);formula_10的比值称为剪切变形或剪切速度,是垂直于板的速度上流体速度的导数。牛顿用微分方程表达出了剪切应力: 这个公式假设流动是沿着平行线的,并且垂直于流动方向的y轴指向最大剪切速度。这个方程可以用于速度非线性变化的情况,比如在流体流经管道中时的情况。
title: 运动黏度.
content: 运动黏度是剪切黏度μ除以液体的密度ρ,通常用希腊字母ν表示。方便研究雷诺数。
title: 体积黏度.
content: 一个可压缩流体被均匀压缩或扩展时,没有剪切,但它仍然以内部摩擦的形式表现来抵制它的流动。这些力的一个与压缩或膨胀率有关的因素σ,称为体积黏度,或第二黏度。只有当流体被迅速压缩或扩展时,如声音和冲击波,体积黏度显得很重要。体积黏度解释了这些波的能量损失,正如斯托克斯的声衰减规律所描述的。
title: 黏度张量.
content: 在一般情况下,流动中的应力可部分归因于从休息状态的材料的变形(弹性应力),部分归因于变形随时间的变化率(黏性应力)。在流体中,根据定义,弹性应力仅包括静水压力。 在一般的术语中,流体的黏度是应变率和黏性应力之间的关系。在牛顿流体模型,关系是通过定义一个线性映射,由黏度张量描述,乘以应变率张量(这是流动的速度梯度),给出了黏性应力张量。 一般,黏度张量具有九个独立的自由度。各向同性的牛顿流体,这可以减少到两个独立的参数。最常见的是,应力黏度μ和本体黏度σ。
title: 牛顿流体与非牛顿流体.
title: 牛顿流体.
content: 表观黏度与剪切速率无关的流动特性的流体(即服从牛顿粘性定律的流体)称为牛顿流体。黏性定律是一个本构方程,而不是一个自然法则。一种流体的行为符合牛顿定律,黏度μ独立于应力的称为牛顿流体。气体,水和许多常见的液体可以在普通的条件和环境考虑为牛顿流体。  牛顿流体的流动曲线(剪切应力与剪切速率的关系曲线称为流动曲线),是一条通过原点的直线。牛顿流体的黏度是直线的斜率。对于同一流体,在任何剪切速率下,黏度相同,与剪切速率无关。黏度不同的流体,斜率不同。
title: 非牛顿流体.
content: 表观黏度随剪切速率而变化。它不再是物性常数,但它与牛顿黏度同量纲。黏性定律是一个本构方程,而不是一个自然法则。一种流体的行为符合牛顿定律,黏度μ独立于应力的成为牛顿流体。气体,水和许多常见的液体可以在普通的条件和环境考虑为牛顿流体。有许多明显偏离牛顿定律的非牛顿流体,比如:  即使是牛顿流体,黏度通常取决于其组成和温度。气体等可压缩性流体,这取决于温度,而随压力变化很慢。一些流体的黏度可能取决于其他因素。例如磁流变流体,流体在加磁场后变厚,可能会表现得像固体点。
title: 溶液黏度.
content: 对于溶液(尤其是高分子溶液),常用到以下几种黏度。  相对黏度(又称黏度比)是溶液(或分散相)的黏度η与溶剂(或连续相)的黏度η0之比,即: 增比黏度(又称比黏度)是溶液(或分散相)的黏度η与溶剂(或连续相)的黏度η0之差被溶剂(或连续相)黏度的η0除得之商,即:  比浓黏度(又称换算黏度或黏度数)是单位浓度的溶液(或分散相)的增比浓度,即: 比浓对数黏度(又称对数黏度)是相对黏度的自然对数被溶液(或分散相)的浓度除得之商,即:  特性黏度(又称极限黏度)是浓度趋于零时比浓黏度的极限值,即:
title: 固体黏度.
content: 在流体流动中所产生的黏性力不能与在固体中对剪切、压缩或拉伸产生的回复弹性力相混淆。后者的应力是与形变量成比例的,而在流体中与形变随时间的变化率成比例。然而,许多液体(包括水)在受到突然的压力后,反应像弹性固体。相反,甚至在任意应力较小,许多“固体”(即使花岗岩)将像液体一样流动,虽然很慢。这样的材料,具有弹性(反应变形)和黏度(以变形率的反应),即黏弹性。黏弹性固体可能表现出压力黏性和体积黏性。拉伸黏度的剪切和体积黏度,描述了一个固体弹性材料的伸长率的反应的一个线性组合,它广泛用于表征聚合物。在地质学中,具有黏性变形至少三倍于弹性变形的稀土材料有时被称为流变体。
title: 单位.
title: 动力黏度.
content: 黏度的国际单位制是帕斯卡·秒[Pa·s],有时也使用以法国生理学家吉恩·路易斯·泊肃叶命名的泊[P]。十个泊等于一个帕斯卡·秒。  实际上,有两个量被称为黏度。上面所定义的量有时被称为动态黏度、绝对黏度或简单黏度(来区别其他的量),但通常也称为黏度。另外一种量称为运动黏度(用符号ν表示),它是流体的黏度与密度的比值:
title: 运动黏度.
content: 运动黏度是在重力影响下,衡量抵制液体流动的量。它的测量装置通常被称为毛细管黏度计——基本上是底部有一个狭窄管的有刻度的筒。当两种体积相同的液体放置在相同的毛细管中,并且可以在重力的影响下流动,那么在流过管道时,黏性流体花费的时间比少黏性流体花费的时间要长。运动黏度的SI单位是平方米/秒,没有特别的名字。由于这个单位太大,很少使用。一个更常见的运动黏度单位是平方厘米/秒,这是考虑到以爱尔兰的数学家和动物学家乔治·加布里埃尔·斯托克斯(1819～1903)而命名的斯托克斯(St)。这个单位也有点大,所以最常见的单位可能是平方毫米/秒,或厘司。
title: 黏度与温度的关系.
content: 从日常经验中,我们可以知道,粘度随着温度的变化而变化。如,蜂蜜和糖浆在加热时更容易流动;在冬季天气变冷时,发动机润滑油和液压液明显粘结变厚,严重影响汽车及其他机械的性能。一般来说,一种简单液体的粘度随温度的升高而下降(反之亦然),随着温度的升高,液体中分子中运动的平均速度增大,与临近分子的接触时间变短。确切地说,两个变量的变化是非线性的,当有相变发生时,变量发生突变。 加热时,液体更易流动,气体变稠。气体的粘度随温度的升高而增大,且粘度正比于温度的平方根。这是由于在更高的温度下,增大了分子间碰撞的频率。因为气体中的分子大部分时间是在空间自由运动,任何增加一个分子与另一个分子接触时间的因素,都会降低分子作为一个整体参与协调运动的能力。这类分子彼此发生碰撞,运动变得更加的杂乱无章,充分解释了气体粘度对温度的依赖性。  黏度与温度的关系非常密切,在常温常压下,当温度变化1°C时,液体的黏度变化达百分之几至十几,气体约为千分之几,例如在(20±1)°C时有  粘度与温度并不成线性关系,它与温度范围有关,温度越低,粘温关系越密切。又如,在0°C,20°C及100°C下,当ΔT=±1°C时,水的粘度变化,分别约为3.4%,2.5%及1.1%。此外,气体与液体的粘度温度变化的规律完全相反,气体的粘度随温度升高而增大,因为气体的粘性是由于动量传递所致,当温度升高时,分子的热运动加剧,动量增大,流层间的内摩擦加剧,所以黏度增大。而液体的粘性来自分子引力,温度升高,分子间的距离加大,分子引力减小,内摩擦减弱,所以粘度减小。  粘度随温度变化的程度还与许多因素有关,例如物质的化学组成、粘流活化能、黏度大小等,例如通常液体的粘度越大,液体的粘度随温度的变化越大。  因为粘度是如此地依赖于温度,所以在描述粘度时离不开温度。
title: 黏度与压力的关系.
title: 气体黏度与压强的关系.
content: 气体的粘度随压强的增大而增大,粘度与压强的关系可由公式(formula_20)求得。
title: 液体黏度与压力的关系.
content: 液体粘度随压力的增加而增大,但远不如气体的粘度与压力的关系之密切。在500MPa(即5000大气压)下,液体粘度与压力的关系用公式(formula_21)表示。普通液体在0.1MPa附近,每增加0.1MPa压力时,黏度增加约0.1%～0.3%。对于黏度η>1.2mPa·s的液烃,可用库泽尔式来计算高压下的黏度值。
title: 黏度的测量.
content: 测量黏度的有各种黏度计和流变仪。流变仪用于流体的黏度不能用单个黏度值定义的情况,因此要比黏度计需要更多的参数设定和测量。封闭的流体温度控制是准确测量所必备的,特别是像润滑油的黏度,仅变化5°C可翻倍。一些流体,在较宽的剪切速率范围内,黏度是恒定的(牛顿流体)。没有恒定黏度的流体(非黏度流体)不能由单一的数字来描述。非牛顿流体表现出剪切应力和剪切速率之间各种不同的相关性。目前用得最广泛的主要有毛细管黏度计,旋转黏度计,落球黏度计和锥板黏度计等几种,这些仪器可以测量10～10泊的黏度。各种黏度计所适应的剪切速率范围不同。挤出式毛细管黏度计通常可在10～10与实际加工条件非常接近的剪切速率范围使用;转动式黏度计可用于剪切速率在10～10的范围,而球式黏度计只能在很低的剪切速率范围内使用。
title: 某些特定物质的黏度.
title: 空气.
content: 空气的粘度主要取决于温度。在15 °C时,空气的粘度是1.81×10 kg/(m·s), 18.1 μPa.s 或1.81×10 Pa.s。在15 °C时空气的运动粘度是1.48×10 m^2/s或14.8 cSt。在25 °C时,粘度是18.6 μPa.s和运动粘度是15.7 cSt。人们能从气体粘度计算器上得到气体粘度与温度的函数。  其中"A"=2.414 × 10 Pa·s ; "B" = 247.8 K ; and "C" = 140 K。
title: 泥浆.
content: 这一术语悬浮液描述的是保持着流动性的液体和固体颗粒的混合物。浆料的粘度可以被描述为相对的液相粘度:  在以上公式中,"μ"和"μ"分别是泥浆和液体的动力粘度(PA·S),"μ"是相对粘度(无量纲)  根据不同的固体颗粒的大小和浓度,存在几个模型,其描述相对粘度的固体颗粒的并具有体积分数"ɸ"功能。  在极低浓度的细颗粒的情况下,爱因斯坦方程可以使用:  在高浓度的情况下,由Guth and Simha提出修改后的方程,其考虑固体颗粒之间的相互作用,这个方程的进一步改进由托马斯从实证数据的拟合中提出。  其中"A = 0.00273" and "B = 16.6"  在非常高的浓度下,另一个经验方程通过Kitano "等人提出。":  其中对于光滑的球形颗粒"A = 0.68"。
title: 非晶态材料.
content: 在非晶材料的粘性流动(如玻璃和熔体)是一个热激活过程:  其中"Q"是活化能, "T"是温度, "R"为摩尔气体常数和"A"近似为一常。  在非晶材料的粘性流动的特点与阿伦尼乌斯式行为有偏差:在高温下(在液体状态),"Q"变化从一个在较低温度下(在玻璃态)的较高值"Q"到一个较高温度下的较低值"Q"。根据这一变化,来划分非晶材料。  非晶材料的脆性是数值特征的多雷米的脆弱性比:  其中,强硬的材料的"R" < 2而脆性材料的"R" ≥ 2。  非晶材料的粘度由由一个二指数方程相当精确地描述:  其中包括的常量"A", "A", "B", "C"和"D"与非晶材料的结合键的热力学参数相关。  如果温度在玻璃化转变温度附近,"T",这个方程可以通过Vogel-Fulcher-Tammann(VFT)equation近似方程(VFT)表示。  如果温度低于玻璃化转变温度,"T" "T",然后两个指数方程简化为一个阿伦尼乌斯型方程:  并且:  其中"H"是断键的形成焓(称为configuron S)和"H" 是其运动焓。 当温度低于玻璃化转变温度,"T" < "T",其粘度的活化能高因为非晶材料在玻璃态和大部分结合键是完整的。  如果温度是高度以上的玻璃化转变温度,"T" "T",两个指数方程也简化了一个阿伦尼乌斯型方程:  而且:  当温度高于玻璃化转变温度,"T" > "T",粘度的活化能低,因为非晶材料被熔化及其大部分结合键断裂,这有利于流动。
title: 其他物质.
content: 下表列出了一些牛顿流体的运动粘度: !固体!粘度 [温度 [Pa·s] [K]  <nowiki>*</nowiki>这些材料是高浓度非牛顿型的。  <small>注:高浓度意味着更厚的物质。

Summary: 黏度(英语:Viscosity),是黏性的程度,是材料的首要功能,也称动力粘度、粘(滞)性系数、内摩擦系数。不同物质的黏度不同,例如在室温(25°C)及常压(1巴)下,空气的黏度为18.5μPa·s,大约比在相同温度下的水黏度小50倍。在常温(20°C)常压下,汽油的黏度为0.65mPa·s,水为1mPa·s,血液(37°C)为4～15mPa·s,橄榄油为10mPa·s,蓖麻油为10mPa·s,蜂蜜为10mPa·s,焦油为10mPa·s,沥青为10mPa·s,等等。最普通的液体黏度大致在1～1000mPa·s,气体的黏度大致在1～10μPa·s。一些像黄油或人造黄油的脂肪很黏,更像软的固体,而不是流动液体。黏度较高的物质,比较不容易流动;而黏度较低的物质,比较容易流动。例如油的黏度较高,因此不容易流动;而水黏度较低,不但容易流动,倒水时还会出现水花,倒油时就不会出现类似的现象。 黏滞力是流体受到剪应力变形或拉伸应力时所产生的阻力。在日常生活方面,黏滞像是「黏稠度」或「流体内的摩擦力」。因此,水是「稀薄」的,具有较低的黏滞力,而蜂蜜是「浓稠」的,具有较高的黏滞力。简单地说,黏滞力越低(黏滞系数低)的流体,流动性越佳。黏滞力是粘性液体内部的一种流动阻力,并可能被认为是流体自身的摩擦。黏滞力主要来自分子间相互的吸引力。例如,高粘度酸性熔岩产生的火山通常为高而陡峭的锥状火山,因为其熔岩浓稠,在其冷却之前无法流至远距离因而不断向上累加;而黏滞力低的镁铁质熔岩将建立一个大规模、浅倾的盾状火山。所有真正的流体(除超流体)有一定的抗压力,因此有粘性。没有阻力对抗剪切应力的流体被称为理想流体或无粘流体。 黏度formula_1定义为流体承受剪应力时,剪应力与流体单位速度差的比值,数学表述为: 式中:formula_3为剪应力,formula_4为速度场在formula_5方向的分量,formula_6为与formula_5垂直的方向坐标。