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| 粘性 |
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粘性 對物體表面 附近的流體運動產生重要作用，施加於流體的應力和由此產生的變形速率以一定的關係聯繫起來的流體的一種宏觀 屬性。
基本信息
中文名 粘性 [1] 外文名 viscosity
國際單位 帕·秒
分類 動態黏度、絕對黏度
正文
粘性（nián xìng）
施加於流體的應力和由此產生的變形速率以一定的關係聯繫起來的流體的一種宏觀屬性，表現為流體的內摩擦。由於粘性的耗能作用，在無外界能量補充的情況下，運動的流體將逐漸停止下來。粘性對物體表面附近的流體運動產生重要作用使流速逐層減小並在物面上為零，在一定條件下也可使流體脫離物體表面(見邊界層)。
粘性係數：粘性的大小用粘性係數（即粘度）來表示。牛頓粘性定律（見牛頓流體）指出，在純剪切流動中，流體兩層間的剪應力τ可以表示為： ，
式中為沿y方向（與流體速度方向垂直）的速度梯度，又稱剪切變形速率；μ為比例常數, 即粘性係數,它等於速度梯度為一個單位時，流體在單位面積上受到的切向力數值。
在通常採用的厘米·克·秒制中，粘性係數的單位是泊(Poise)，國際單位制用帕·秒（1泊＝1達因·秒/厘米=10帕·秒）,它的量綱為MLT。對於多數流體，常用的單位是厘泊（10帕·秒）。
不同流體有不同的粘性係數。少數液體（如甘油）的粘性係數可以達到15泊;橄欖油的粘性係數接近於1泊。在20℃時，水的粘性係數為1.0087厘泊。氣體的粘性係數從氬的2.1×10泊到氫的0.8×10泊，它們的數量級都是10泊。
粘性係數μ 顯著地依賴於溫度，但很少隨壓力發生變化，它與溫度的關係對於液體和氣體來說是截然不同的。對於液體來說,隨着溫度升高，粘性係數μ下降；對於氣體而言，隨着溫度升高，粘性係數隨之上升。
對於氣體，粘性係數μ和溫度T的關係可表為薩瑟蘭公式：式中B≈110.4開； T0、μ0為參考溫度和參考粘性係數。此式在相當大的範圍內（T<2000開）對空氣是適用的。但由於上式較複雜，在實用上多採用冪次公式
來近似真實的粘性關係。冪次n的變化範圍是1/2≤n≤1，它依賴於氣體的性質和所考慮的溫度範圍。在高溫時，例如3000開以上,n可近似地取為1/2；在低溫時可取為1。對於空氣而言，在90開<T<300開的溫度範圍內，可採用公式： ，
它與薩瑟蘭公式的誤差不超過5％。
對水而言，粘性係數和攝氏溫度的關係可近似地寫成： 。
對於一般的流體運動，假設：①運動流體的應力張量在運動停止後應趨於靜止流體的應力張量；②偏應力張量τij的各分量是局部速度梯度張量各分量的線性齊次函數；③流體是各向同性的，由此可導出廣義牛頓粘性定律（見牛頓流體）： 式中pij、sij分別為應力張量和變形速率張量;P為壓力函數;δij為克羅內克符號；μ為粘性係數；μ┡為第二粘性係數,亦稱膨脹粘性係數。對於不可壓縮流體，由於=0，μ┡自動不出現，廣義牛頓定律中只有一個粘性係數μ。對於可壓縮流體，一般也和胡克彈性體（見胡克定律）一樣有兩個粘性係數μ及μ┡。μ┡是量度由於流體的膨脹或收縮引起的內耗大小的粘性係數。除了高溫和高頻聲波這些極端情形外，對一般情形的氣體運動可近似地認為μ┡=0。這個在分子運動論里得到證明的事實，當年只是斯托克斯提出的一個假設。
粘性的物理解釋以氣體為例，說明粘性形成的原因。氣體分子的速度是由平均速度和熱運動速度兩部分疊加而成。前者是氣體團的宏觀速度，後者決定氣體的溫度。若相鄰兩部分氣體團以不同的宏觀速度運動，由於它們之間有許多分子相互交換，從而帶來動量的交換，使氣體團的速度有平均化的趨勢，這便是氣體粘性的由來。根據這種圖像,利用統計物理中的玻耳茲曼方程,可以求得氣體粘性係數的表達式： 式中k為玻耳茲曼常數;m為分子質量；C為分子作用力的比例常數。以上公式說明,粘性係數與氣體密度無關,與溫度成正比。這兩條結論都得到了實驗證實。液體的分子運動論還未成熟，目前還沒有建立類似於氣體分子運動論的簡單物理圖像，用來說明產生液體粘性的機制。
粘性係數測量利用各種實驗方法可以確定不同溫度下流體的粘性係數。例如，在兩個半徑不同的同軸圓筒之間，充滿待測粘度的流體。當外筒旋轉時，最貼近外筒壁的流體也能以相同的速度運動，由於粘性的作用，裡面的圓筒也隨之運動。由於裡面的圓筒懸掛在上端固定的金屬絲上，所以它在旋轉到一定角度後就停止轉動。若測出金屬絲的扭轉角度，就可以算出扭力矩。因平衡時扭力矩與液體剪切力所形成的力矩相等，所以可求出剪切力和流體粘性係數的大小。另外一種方法是求出一定量體積的流體，在給定壓力作用下從一個細管中流盡所需的時間，從而求出其粘性係數。