粘性流體流動viscous fluid flow
流動類型 粘性流體的運動可按各種不同方法來分類。按流動與時間的關(guān)系來分,流動速度及有關(guān)物理量都不隨時間變化的流動稱為定態(tài)流動,反之稱為非定態(tài)流動。按流動與空間的關(guān)系來分,如流動速度及有關(guān)物理量只是一維空間的變量,這種流動稱為一維流動;如是兩維或三維空間的變量,則流動分別稱為二維流動或三維流動。當(dāng)流體沿固體壁面流動時,按流體和壁面的相對關(guān)系,常將流動分為外部問題和內(nèi)部問題。所謂外部問題,系指流體繞過置于無限流體中的物體,或者物體在無界流體中的運動,稱為繞流,如空氣繞過換熱管的流動或顆粒在氣流中的沉降;而內(nèi)部問題,則指流體處于有限固體壁面所限制的空間內(nèi)的流動,稱為管流,如各種管道內(nèi)的流體流動。不受壁面限制的流動為自由流動。常指流體自小孔流出的射流,流體繞過物體后形成的尾流等。按流動的內(nèi)在結(jié)構(gòu),流動分為層流和湍流。在這兩種狀態(tài)下,動量傳遞機理是互不相同的。湍流中的動量傳遞雖然包括分子動量傳遞,但主要為由流體微團的脈動運動所引起的渦流動量傳遞,層流中的動量傳遞則由分子運動所引起。這兩種狀態(tài)下的流動特性是有顯著差異的。按流動流體的相數(shù),流動分為單相流和兩相流(或多相流)?;?/font>中最常見的兩相流是分散在連續(xù)相液體中的液滴或氣泡,以及液膜與相鄰氣相所組成的兩相系統(tǒng)。
剪切應(yīng)力與應(yīng)變率的關(guān)系 粘性流體在流動過程中,如果所呈現(xiàn)的剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間的關(guān)系,服從牛頓粘性定律,則稱為牛頓流體,如常見的空氣、水、大最低分子液體和氣體;否則,稱為非牛頓流體,如高分子溶液、熔融體、油漆和一些懸浮液等。(見聚合物流變學(xué))
對于一維流動來說,1687年英國I.牛頓提出的牛頓粘性定律認為,剪切應(yīng)力(即動量通量τyx與剪切應(yīng)變率(即速度梯度)


對于三維剪切流動,牛頓粘性定律常表示為:


粘性流體流動中的剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變率的關(guān)系圖,稱為流動曲線(見圖)。牛頓流體的流動曲線是一條通過原點的直線;非牛頓粘性流體的流動曲線偏離這一直線。不同方式的偏離,反映出不同類型流體的特點(見表)。仿照牛頓粘性定律的形式,對非牛頓流體可以寫出:



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