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2023-08-10
粘滞性：理解其内涵
【摘要】：它们之间的关系为1P＝1g·cm－1·s－1＝0.1Pa·s动力粘度除以液体密度ρ，即得运动粘度，以ν表示运动粘度的单位为斯，用St表示，1St＝10－4m2／s。表1-1 各种物质的动力粘度和运动粘度2）铸铁的动力粘度与运动粘度都小于钢，即铸铁的流动性比钢好。3）金属液的动力粘度大于水，但运动粘度小于水，故金属液达到湍流之前的临界速度比水要小。
金属及合金液是一种高温的流体。流体在流动时，流层与流层之间相对滑动。由于流体分子之间有凝聚力，便使相邻两流层起着带动流动或阻止流动的相互作用。这种在流体流动时使两相邻流层的流速趋向均一、大小相等、方向相反的剪切力称为流体的内摩擦力（或粘性力）。由于这种内摩擦力的存在，流体表现出的流动不通畅的性状叫做流体的粘滞性（粘性）。它是液态金属原子迁移能力的一种表现，它反映了原子间结合力的大小，是重要的熔体敏感物理性状之一，是金属熔体微观结构改变的宏观表现。这种具有内摩擦力的流体称为粘性流体。因为任何摩擦都会产生能量损失，所以粘性流体流动时也不可避免地要损失一部分流体中所含的能量。按物理学的观点，金属液的流动性即粘性的倒数。由于粘性，各流层的流速v不一样，分布如图1-1所示。
从图1-1可知，管中心层流速最大，而靠管壁的那层的流速最小。
按照牛顿粘性定律，粘性力F与相邻两流层间的接触面积A及垂直于粘性力方向的速度梯度dv／dh的关系如图1-2所示。可写成等式
式中 η——动力粘度。
图1-1 粘性流体各流层流速分布状态图
图1-2 流体流过平板前后的流速变化
a）流过平板前流体的速度分布
b）流过平板后流体的速度分布
当A及dv／dh为定值时，流体的η值越大，其粘性力也越大。当流体停止流动时，速度梯度dv／dh为零，所以静止的流体没有内摩擦力，因而也没有切应力。
由式（1-1）可知粘度η的意义，当相邻两流层相距1cm，接触面积为1cm2，相对滑动速度为1cm／s时，此时的阻力即代表粘性。它的单位在物理学中以P（泊，Poise）表示，即dyn·s／cm2。它们之间的关系为
1P＝1g·cm－1·s－1＝0.1Pa·s
动力粘度除以液体密度ρ，即得运动粘度，以ν表示
运动粘度的单位为斯（Stokes），用St表示，1St＝10－4m2／s。
实际上，我们通常采用的是运动粘度ν。各种金属的动力粘度和运动粘度见表1-1。
从表1-1可知：
1）金属液的粘度与过热温度有很大的关系，过热温度越高，其粘度越小。
表1-1 各种物质的动力粘度和运动粘度
2）铸铁的动力粘度与运动粘度都小于钢，即铸铁的流动性比钢好。
3）金属液的动力粘度大于水，但运动粘度小于水，故金属液达到湍流之前的临界速度比水要小。
4）铝硅系合金（硅铝明）的动力粘度与水很相近，因此铝硅系合金液的流动性（即充满铸型的能力）很好。
5）熔渣的动力粘度远大于金属液，故金属液中含有熔渣时，会使金属液的粘度增大，从而降低其流动性。
6）金属液的运动粘度越大，则由层流变为湍流的临界速度也越高。假如金属液在铸型中保持层流流动（实际很难），则流动阻力就很小。
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