流体粘度

众所周知，流体的粘性是指在流体运动时，流体内部各微团或流层之间由于具有相对运动而产生内摩擦力以阻止流体做相对运动的性质。显然，任何实际流体都是具有粘性的。其粘性的大小可以不同流体抵抗相对的能力的不同体现出来。由此可见，粘性是实际流体的固有属性，它将直接影响到流体抵抗相对运动的能力的不同而体现出来。由此可见，粘性是实际流体的固有属性，它将直接影响到流体的流动和传热性能。

对于牛顿型流体，若从流体中取一面积为A，厚度为的流体层，假定其下层速度为、上层速度为，则由于上、下层流速不同将使流体发生剪切变形，从而产生切应力。的大小可按牛顿内摩擦定律求得:

(1-1)

式中-----实验系数，即流体的粘度，。

根据(1--1)式，若把切应力作纵横，速度梯度

作横轴，则可得到一条通过原点的直线，如图1-1所示。该

直线与横轴夹角的正切就是牛顿型流体的粘度:

(1--2)

旋转式粘度计就是根据这一原理设计的。如图1-2所

示，在两个不同直径的同心圆间的环形间隙中充满待测

流体。其内筒固定不动，外筒以角速度旋转，由于流体

的粘性，从而使外筒的运动将带动环形间隙中的流体流动。图1-1牛顿型流体的τ-du/dy关系

当和都很小时(R),流体在两同轴环形间隙中的

运动可以近似看作在两无限大平行平板间的层流运动。此时，与旋转筒相接触的流体层的运动速度为:

(1--3)

式中R---旋转圆筒的半径;

n---旋转圆筒的转速.

当两圆筒底面间的间距较大时，可以忽略内筒底面以下流体的扭矩，此时可得到流体因粘性而对筒壁产生的切向应力为:

(1-4)

由此切应力对圆筒轴心产生的摩擦阻力矩为:

(1-5)

式中H-内筒的高度

由(1-4)式及(1-5)式可得:

(1-6)

实验时，当外筒旋转时，由于流体粘性产生的内摩擦

作用，使内筒也发生旋转，此时的粘度可有下式计算:

(1--7)

式中D-外圆筒内直径;

图1-2旋转式粘度计--内圆筒外直径。

1-静止护圈;2-悬索，3-反射镜;

4-悬挂着的圆筒

外筒旋转式的旋转粘度计测量装置系统。其外圆筒与低速可调速电机相联。实验中根据需要以某个固

定的转速旋转，内圆筒则用扭丝悬挂并与扭矩测试机构相联接，通过表盘指针作用于内筒的扭矩。

将两块面积为1m2的板浸于液体中,两板距离为1米,若加1N的切应力,使两板之间的相对速率为1m/s,则此液体的粘度为1Pa.s。

牛顿流体:符合牛顿公式的流体。粘度只与温度有关，与切变速率无关，τ与D为正比关系。

一、实验目的

1.了解流体产生粘滞性的本质及其对流体的传动和传热性能的影响，加深对流体粘滞性的了解。

2.了解牛顿型流体与非牛顿型流体的区别，进一步认识牛顿内摩擦定律在实际中的运用。

3.掌握根据牛顿内摩擦定律而设计的旋转式粘度计的测量理论及使用方法。

4.根据测定数据绘制曲线。

1.用卡尺精确测定旋转粘度计外圆筒内径D、内

圆筒外径Do和内筒高度H。

2.按图1-3所示正确安装实验装置，并向两圆筒

间充满被测的牛顿型流体。

3.接通电流，启动电机并调整至要求的转速n，保

持恒定不变，记录该转速。

4.观测扭矩表指针不再波动时，记录该扭矩值

M。

5.改变转速n，重复步骤3~5，测若干套数据。

6.切断电源，更换被测流体种类，重复步骤2~5，

做1~2个样品。

7.切断电源，仪器归位，结束实验。图1.3粘度测量装置

三、实验报告1-旋转式粘度计，2-低速可调速电机;

1.原始数据记录3-扭矩测量机构(表盘指针)

外圆筒内径D=㎜内圆筒外径Do=㎜内圆筒高度H=mm

2.数据处理

⑴计算速度梯度

因为

所以

⑵计算切应力

⑶按(1-7)式计算粘度

测定数据处理表表1-2

(4)根据表1-2数据绘制曲线，并求。

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