流體的黏性是流體的一種物理特性,它表示流體各部分之間動(dòng)量傳遞的難易程度,反映了流體抵抗剪切變形的能力。黏性流體是一切真實(shí)流體的模型,它具有普遍的意義。
牛頓通過實(shí)驗(yàn)首先提出黏性流體的剪切應(yīng)力公式,為黏性流體力學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。1823年L .納維爾和G.G.斯托克斯分別建立了不可壓與可壓黏性流體運(yùn)動(dòng)方程組。此后,邊界層、紊流理論的研究普遍開展起來。
雖然流體的黏性是用動(dòng)力黏度μ 來衡量,但是μ 的流體未必當(dāng)作黏性流體流動(dòng)來處理。依牛頓內(nèi)摩擦定律,剪切應(yīng)力與動(dòng)力黏度μ 及速度梯度有關(guān)。因此,雖然流體的動(dòng)力黏度較大,但如果流場(chǎng)的速度梯度很小,剪切應(yīng)力仍然不大,就可以把它當(dāng)作無黏性流動(dòng)來處理。相反,如果流體的黏性較小,但流場(chǎng)的速度梯度很大,則仍有必要把它當(dāng)作黏性流動(dòng)來處理。
1904年,普朗特提出了邊界層理論,將流動(dòng)劃分為兩個(gè)區(qū)域,在遠(yuǎn)離邊界以外的區(qū)域中(勢(shì)流區(qū)),黏性效應(yīng)可予忽略,用無黏性流體理論求解。而在靠近邊界的一薄層區(qū)域中,黏性效應(yīng)不可忽略,應(yīng)利用黏性流動(dòng)理論求解。這樣,邊界層理論不僅給出了正確的數(shù)學(xué)提法,而且也用黏性流動(dòng)理論解釋了在這種情況下阻力的存在。
紊流是黏性流體流動(dòng)中的一個(gè)重要方面。實(shí)驗(yàn)表明,流體流動(dòng)有兩種流態(tài),層流和紊流。自然界很多層流運(yùn)動(dòng),常常是不穩(wěn)定的,稍有擾動(dòng),層流立即轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?,紊流運(yùn)動(dòng)與層流的重大差別是,在它的不規(guī)則性和輸運(yùn)能力的劇烈増大。但是由于紊流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性,其發(fā)生機(jī)理至今仍不清楚。目前,對(duì)紊流的研究主要通過紊流的平均運(yùn)動(dòng)和漲落運(yùn)動(dòng)求解黏性流體運(yùn)動(dòng)基本方程。
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