[科普中國(guó)]-黏度

黏度也可以成為粘度，是指流體對(duì)流動(dòng)所表現(xiàn)的阻力。當(dāng)流體 (氣體或液體) 流動(dòng)時(shí)， 一部分在另一部分上面流動(dòng)時(shí)， 就受到阻力， 這是流體的內(nèi)摩擦力。要使流體流動(dòng)就需在流體流動(dòng)方向上加一切線(xiàn)力以對(duì)抗阻力作用。

黏度系數(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)黏度)η的物理意義是： 在相距單位距離的兩液層中， 使單位面積液層維持單位速度差所需的切線(xiàn)力。其單位在厘米·克·秒(c·g·s)制中為泊(g·cm-1·s-1)，在SI制中為帕斯卡·秒(Pa·s或kg·m-1·s-1)，1泊=0.1帕·秒。1

基本概念黏度又稱(chēng)黏滯系數(shù)，是量度流體黏滯性大小的物理量。流體中相距dx的兩平行液層，由于內(nèi)摩擦，使垂直于流動(dòng)方向的液層間存在速度梯度dv/dx，當(dāng)速度梯度為1個(gè)單位，相鄰流層接觸面S上所產(chǎn)生的黏滯力F(亦稱(chēng)內(nèi)摩擦力)即黏度，以η表示：η= ，單位：Pa·s。其大小與物質(zhì)的組成有關(guān)，質(zhì)點(diǎn)間相互作用力愈大，黏度愈大。組成不變時(shí)，固體和液體的黏度隨溫度的上升而降低(氣體與此相反)，其關(guān)系可粗略地用式：η=η0Exp(E/KT)表示，式中η0為常數(shù)，E為激活能，K為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。

對(duì)玻璃來(lái)說(shuō)，同一黏度值其化學(xué)組成不同對(duì)應(yīng)的溫度值也不同，但它所處的狀態(tài)及物理性能基本相同，為此通常以黏度數(shù)據(jù)來(lái)表征玻璃的某些特征點(diǎn)，如應(yīng)變點(diǎn)、轉(zhuǎn)變溫度、軟化點(diǎn)、流動(dòng)溫度等，對(duì)應(yīng)的黏度值分別為10，10，4.5×10，10Pa·s，是玻璃工藝中的重要參數(shù)。2

主要參數(shù)在單位液層面積上施加的這種力,稱(chēng)為切應(yīng)力τ(N/m2)，相應(yīng)的切變速率(D) D=dv /dx。切應(yīng)力與切變速率是表征體系流變性質(zhì)的兩個(gè)基本參數(shù)

牛頓以圖1的模式來(lái)定義流體的黏度。兩不同平面但平行的流體，擁有相同的面積”A”，相隔距離”dx”，且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流動(dòng)，牛頓假設(shè)保持此不同流速的力量正比于流體的相對(duì)速度或速度梯度，即：

τ= ηdv/dx =ηD（牛頓公式） 其中η與材料性質(zhì)有關(guān)，我們稱(chēng)為“黏度”。

黏滯力：是流體受到剪應(yīng)力變形或拉伸應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的阻力。在日常生活方面，黏滯像是“黏稠度”或“流體內(nèi)的摩擦力”。因此，水是“稀薄”的，具有較低的黏滯力，而蜂蜜是“濃稠”的，具有較高的黏滯力。簡(jiǎn)單地說(shuō)，黏滯力越低（黏滯系數(shù)低）的流體，流動(dòng)性越佳。黏滯力是黏性液體內(nèi)部的一種流動(dòng)阻力，并可能被認(rèn)為是流體自身的摩擦。黏滯力主要來(lái)自分子間相互的吸引力。例如，高黏度酸性熔巖產(chǎn)生的火山通常為高而陡峭的錐狀火山，因?yàn)槠淙蹘r濃稠，在其冷卻之前無(wú)法流至遠(yuǎn)距離因而不斷向上累加；而黏滯力低的鎂鐵質(zhì)熔巖將建立一個(gè)大規(guī)模、淺傾的斜盾狀火山。所有真正的流體（除超流體）有一定的抗壓力，因此有黏性。

牛頓流體：符合牛頓公式的流體。 黏度只與溫度有關(guān)，與切變速率無(wú)關(guān)， τ與D為正比關(guān)系。

非牛頓流體：不符合牛頓公式 τ/D=f（D），以ηa表示一定（τ/D）下的黏度，稱(chēng)表觀(guān)黏度。

理想流體：沒(méi)有阻力對(duì)抗剪應(yīng)力的流體被稱(chēng)為理想流體或無(wú)黏流體。3

測(cè)定方法通常情況下黏度測(cè)定有：動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度和條件黏度三種測(cè)定方法。

動(dòng)力黏度ηt是二液體層相距1厘米，其面積各為1(平方厘米)相對(duì)移動(dòng)速度為1厘米/秒時(shí)所產(chǎn)生的阻力，單位為克/厘米·秒。1克/厘米·秒=1泊一般：工業(yè)上動(dòng)力黏度單位用泊來(lái)表示。

運(yùn)動(dòng)黏度在溫度t℃時(shí)，運(yùn)動(dòng)黏度用符號(hào)γ表示，在國(guó)際單位制中，運(yùn)動(dòng)黏度單位為斯，即每秒平方米(m2/s)，實(shí)際測(cè)定中常用厘斯，(cst)表示厘斯的單位為每秒平方毫米(即 1cst=1mm2/s)。運(yùn)動(dòng)黏度廣泛用于測(cè)定噴氣燃料油、柴油、潤(rùn)滑油等液體石油產(chǎn)品深色石油產(chǎn)品、使用后的潤(rùn)滑油、原油等的黏度，運(yùn)動(dòng)黏度的測(cè)定采用逆流法

條件黏度指采用不同的特定黏度計(jì)所測(cè)得的以條件單位表示的黏度，各國(guó)通常用的條件黏度有以下三種：

①恩氏黏度又叫思格勒(Engler)黏度。是一定量的試樣，在規(guī)定溫度(如：50℃、80℃、100℃)下，從恩氏黏度計(jì)流出200毫升試樣所需的時(shí)間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時(shí)間(秒)之比。溫度to時(shí)，恩氏黏度用符號(hào)Et表示，恩氏黏度的單位為條件度。

②賽氏黏度，即賽波特(sagbolt)黏度。是一定量的試樣，在規(guī)定溫度(如100oF、F210oF或122oF等)下從賽氏黏度計(jì)流出200毫升所需的秒數(shù)，以“秒”單位。賽氏黏度又分為賽氏通用黏度和賽氏重油黏度(或賽氏弗羅(Furol)黏度)兩種。

③雷氏黏度即雷德烏德(Redwood)黏度。是一定量的試樣，在規(guī)定溫度下，從雷氏度計(jì)流出50毫升所需的秒數(shù)，以“秒”為單位。雷氏黏度又分為雷氏1號(hào)(Rt表示)和雷氏2號(hào)(用RAt表示)兩種。

上述三種條件黏度測(cè)定法，在歐美各國(guó)常用，我國(guó)除采用恩氏黏度計(jì)測(cè)定深色潤(rùn)滑油及殘?jiān)屯?，其余兩種黏度計(jì)很少使用。三種條件黏度表示方法和單位各不相同，但它們之間的關(guān)系可通過(guò)圖表進(jìn)行換算。同時(shí)恩氏黏度與運(yùn)動(dòng)黏度也可換算。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所