黏性流動

具有黏性的實際流體的運動。由於黏性作用，流體質點粘附在物體表面上，形成流體不滑移現象（即相對速度為零），因而產生摩擦阻力和能量耗散。同時，當流體流過鈍體時，物體後部表面附近的流體受到阻滯、減速，並從表面分離，從而形成低壓旋渦區（即尾流）和壓差阻力。此外，粘性流動內部也有內摩擦和能量耗散。在高速粘性流動中，這種機械能損失，導致熱量大量產生，而動量交換的同時必然發生質量交換。因此，粘性流動往往同傳熱傳質現象聯繫在一起。

基本介紹

• 中文名：黏性流動
• 外文名：viscous flow
• 本質：具有粘性的實際流體的運動

簡介

粘性流動是自然界和工程技術中普遍存在的流動過程。例如,近地面和水面的大氣邊界層中的空氣流動,空氣繞過飛機、汽車和地面建築物的流動，水繞橋墩、船舶和近海結構物的流動，流體在管道和渦輪機械中的流動，機器軸承中潤滑液的流動，人體血管中的血液流動等都是粘性流動。

影響因素

所謂黏性流動是指非晶態固體和液體在很小外力作用下，會發生沒有確定形狀的變形，並且在外力去除之後，形變不能回復。

純粘性流動服從牛頓黏性流動定律：σ=η·(dε/dt)。式中，σ為應力；（dε/dt）為應變速率；η為黏度係數，它反映了流體的內摩擦力，即流體流動的難易程度，其單位為Pa·s。在應力的持續作用下，鏈段沿外力方向運動取向，伴隨發生分子鏈間的位移，具有不可逆性，這稱為黏性流動。

影響粘性流動狀態的主要參數是雷諾數Re。式中ρ、μ分別為流體的密度和動力粘性係數；U、L分別為流動的特徵速度和特徵長度。

在幾何形狀相似的管道流動的液體，不論它們的液體的平均流速，液體密度如何，只要Re相同，它們的流動類型就相同。Re<1000時，液體流動為層流；Re>1500時，流體流動為湍流；當1000<Re<1500，不穩定。

當雷諾數很小時，粘性影響遍及整個流場；當雷諾數很大時，明顯的粘性效應只局限於物體表面附近的一層很薄的流體(即邊界層)中。另外,當雷諾數較小時,粘性流動為規則的層流；當雷諾數較大時，粘性流動則為不規則的湍流。

運動方程

描述粘性流動的運動方程是納維－斯托克斯方程。對於圓管和楔形槽中的液體層流,G.H.L.哈根和J.-L.-M.泊肅葉等已從實驗歸納出它們的規律，後來證明與精確解符合（見管流）。關於雷諾數比 1小得多的繞浸沒物體的蠕動流,G.G.斯托克斯等求得一些近似解,包括著名的斯托克斯圓球阻力公式，即阻力同速度成正比（見斯托克斯流動）。對於大雷諾數情形，L.普朗特建立了有效的邊界層近似理論。湍流是粘性流動中比較困難而又具有重要實際意義的問題。解決有關湍流的工程技術問題有混合長和各種模式的半經驗理論(見湍流理論)。理論研究方面則發展了統計理論。在解複雜的粘性流動問題（包括分離流、湍流）中，實驗和用高速電子計算機求數值解起著重要作用。