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流體的模型,它具有普遍的意義。
牛頓通過實驗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動方程組。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力黏度μ 來衡量,但是μ 的流體未必當(dāng)作黏性流體流動來處理。依牛頓內(nèi)摩擦定律,剪切應(yīng)力與動力黏度μ 及速度梯度有關(guān)。因此,雖然流體的動力黏度較大,但如果流場的速度梯度很小,剪切應(yīng)力仍然不大,就可以把它當(dāng)作無黏性流動來處理。相反,如果流體的黏性較小,但流場的速度梯度很大,則仍有必要把它當(dāng)作黏性流動來處理。
1904年,普朗特提出了邊界層理論,將流動劃分為兩個區(qū)域,在遠(yuǎn)離邊界以外的區(qū)域中(勢流區(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中的一個重要方面。實驗表明,流體流動有兩種流態(tài),層流和紊流。自然界很多層流運動,常常是不穩(wěn)定的,稍有擾動,層流立即轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?,紊流運動與層流的重大差別是,在它的不規(guī)則性和輸運能力的劇烈増大。但是由于紊流運動的復(fù)雜性,其發(fā)生機(jī)理至今仍不清楚。目前,對紊流的研究主要通過紊流的平均運動和漲落運動求解黏性流體運動基本方程。
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