[科普中国]-粘稠度

简介

在一般范围内，用粘稠度来形容液体粘稠的程度。具体来说，主要用粘度来表征。粘度的介绍如下：通俗的讲，粘度是通过物体在液体内部运动所受阻力来测定的（旋转粘度计）。如果物体在液体内部以一定的速度运动所受阻力大，则液体粘度就比较大，反之亦然。还有一种方法也比较常用，是通过将液体流过同一个下部有孔的杯子（涂-2杯或涂-4杯）的时间来判断粘度，时间越长，说明粘度越大，反之也亦然。

粘度的定义为一对平行板，面积为A，相距dr，板间充以某液体。今对上板施加一推力F，使其产生一速度变化du。由于液体的粘性将此力层层传递，各层液体也相应运动，形成一速度梯度du/dr，称剪切速率，以r′表示。F/A称为剪切应力，以τ表示。剪切速率与剪切应力间具有如下关系:(F/A)=η(du/dr)

此比例系数η即被定义为液体的剪切粘度(另有拉伸粘度，剪切粘度平时使用较多，一般不加区别简称粘度时多指剪切粘度)，故η=(F/A)/(du/dr)=τ/r′。

影响粘度的因素：1.测定的误差，如用旋转粘度计测定时容器要足够大和深，以免转子和容器距离过近，器壁附近剪切力过大，引起粘度测定数据过大。2.温度的影响。流体的粘度明显受环境温度的影响(压力也有一定影响，但一般可忽略不计)： 这种影响也是通过分子间的相互作用来实施的：通常的概念是温度升高流体体积膨胀，分子间距离拉远，相互作用减弱，粘度下降；温度降低，流体体积缩小，分子间距离缩短，相互作用加强，粘度上升。由于粘度与温度关系密切，因此任何粘度数据都需注明测定时的温度。通常在低温区域温度对粘度的效应尤其显著。 主要是这两方面的影响。在测定粘度时一定要测定当时的温度，这样的数据才有意义。就像测定气体的密度一样，一定要知道当时的温度和压力。1

粘度单位动态粘度μ

动态粘度的物理单位:SI单位为poiseuille（Pl）,cgs单位为泊（P），该单位是以JeanLéonardMariePoiseuille命名的。poiseuille很少被使用，它相当于帕斯卡· 秒（Pa·s）或（N·s）/ m或kg /（m·s）。如果流体被置于距离一的两个板之间，一个板以剪切应力为一个帕斯卡侧向推动，并使其以X每米每秒进行移动，那么它具有的粘度为1/X帕斯卡秒。例如，20℃下的水的粘度为1.002mPa·s，典型的机油可以具有约250mPa·s的粘度。实践中使用的单位是Pa·s或下面提到的cgs单位泊。2

动力粘度的cgs物理单位泊（P）也以Jean Poiseuille命名。在ASTM标准中，由于它等于SI的毫帕秒（mPa·s），所以更为普遍地将其表示为厘泊（cP）。例如，20℃下的水的粘度为1.002mPa·s = 1.002cP。

1 Pl = 1 Pa·s

1 P = 0.1Pa·s = 0.1kg·m·s

1cP = 1mPa·s = 0.001Pa·s = 0.001N·s·m= 0.001kg·m ·s。

运动粘度 v

运动黏度的SI单位为m^2/s，它的cgs单位为斯托克斯（St），以 George Gabriel Stokes的名字命名，在美国常被用作单数形式。

1St = 1cm·s= 10m·s.

1cSt = 1mm·s= 10m·s.

水在20°C的运动粘度大约10−6 m2·s−1或1cSt。运动粘度有时被称为动量的扩散系数，因为它类似于热的扩散系数和质量的扩散系数。因此，在无量纲的数字中使用它来比较扩散系数的比值。

流动性

运动粘度的倒数为流动性，它通常以φ=1/μorF=1/μ的形式来表示。该量很少用在工程领域，单位为1/P, 或者cm·s/g。流动性的概念可以用来确定理想溶液的粘度。

常见的粘度数值空气：空气的粘度主要取决于温度。在15°C,空气的粘度是1.81×10−5kg/(m·s),18.1μPa·s或1.81×10−5 Pa·s。15°C的运动粘度是1.48×10−5m²/s或14.8cSt。在25°C,粘度是18.6μPa·s和运动粘度15.7cSt。

水：在大约25°时，水的动态粘度是8.90×10−4 Pa·s或8.90×10−3dyn·s cm²或0.890 cPC。

作为温度的函数T(开尔文):μ= 10×B / C(T−),A= 2.414×10−5 Pa·s,B = 247.8 K C = 140 K。在不同温度下，液体水的粘度如下图所示。

其他动态黏度如下：3

|| || 水在各种温度下的粘度

|| || 气体在100 kPa时的粘度（μPa·s）

|| || 具有不同成分的流体的粘度

|| || 液体粘度
（25℃时）

|| || 固体粘度

黏度的测定各国通常用的条件粘度有以下三种:

①恩氏粘度又叫恩格勒(Engler)粘度。是一定量的试样，在规定温度(如:50℃、 80℃、100℃)下，从恩氏粘度计流出200毫升试样所需的时间与蒸馏水在20℃流出相同体积所需要的时间(秒)之比。温度tº时，恩氏粘度用符号Et表示，恩氏粘度的单位为条件度。

②赛氏粘度，即赛波特(sagbolt)粘度。是一定量的试样，在规定温度(如 100°F、210°F或122°F等)下从赛氏粘度计流出200毫升所需的秒数，以"秒"单位。赛氏粘度又分为赛氏通用粘度和赛氏重油粘度(或赛氏弗罗(Furol)粘度)两种。

③雷氏粘度即雷德乌德(Redwood)粘度。是一定量的试样，在规定温度下，从雷氏度计流出50毫升所需的秒数，以"秒"为单位。雷氏粘度又分为雷氏1号(Rt表示)和雷氏2号(用RAt表示)两种。

上述三种条件粘度测定法，在欧美各国常用，我国除采用恩氏粘度计测定深色润滑油及残渣油外，其余两种粘度计很少使用。三种条件粘度表示方法和单位各不相同，但它们之间的关系可通过图表进行换算。同时恩氏粘度与运动粘度也可换算，这样就方便灵活得多了。4

粘度的测定有许多方法，如转桶法、落球法、阻尼振动法、杯式粘度计法、毛细管法等等。对于粘度较小的流体，如水、乙醇、四氯化碳等，常用毛细管粘度计测量;而对粘度较大流体，如蓖麻油、变压器油、机油、甘油等透明(或半透明)液体，常用落球法测定;对于粘度为0.1~100Pa?s范围的液体，也可用转筒法进行测定。

分类与计算粘度分为动力粘度，运动粘度和条件粘度。将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层, 各层速度不同,形成速度梯度(dv/dx),这是流动的基本特征.(见图) 由于速度梯度的存在,流动较慢的液层阻滞较快液层的流动,因此.液体产生运动阻力.为使液层维持一定的速度梯度运动,必须对液层施加一个与阻力相反的反向力. 在单位液层面积上施加的这种力,称为切应力或剪切力τ(N/m2). 切变速率(D) D=d v /d x (S-1) 切应力与切变速率是表征体系流变性质的两个基本参数 牛顿以图4-1的模式来定义流体的粘度。两不同平面但平行的流体，拥有相同的面积”A”，相隔距离”dx”，且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流动，牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度，即： τ= ηdv/dx =ηD（牛顿公式） 其中η与材料性质有关，我们称为“粘度”。