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2023-06-22
黏性流的基本特性简介
【摘要】：黏性流与非黏性流的定义以及非黏性流的使用条件是什么？而非黏性流则是假设流体黏性造成影响非常小，可以将其忽略不计，也就是将流体的黏度μ视为0。
10.1.1 流体黏性的概念
任何流动的流体实际上都具有黏性，它使流体在流动或者物体在流体中运动时产生一个阻滞流体流动或物体在流体中运动的力量，此特有属性称为流体的黏性，而其对流体或物体在运动时产生的阻滞效应则称为流体的黏滞效应。流体流动问题研究中，流体的黏性的主要用流体的动力黏滞系数μ或者运动黏性系数ν表示，两者之间的关系为ν=/μρ，式中，密度ρ为流体的密度。
10.1.2 无滑流现象
因为流体具有黏性，在其流经物体表面时，流体分子与物体接触表面会因为彼此之间的相互作用，使流体分子和所接触的物体表面达到动量的平衡，因此和物体表面接触的流体速度会和接触物体表面的速度相同，此现象称为无滑流现象，它通常当成流体在流场中运动的边界条件之一。
10.1.3 非黏性流体与实际流动之间的差异
在研究低速流体流动的问题时往往假设流体的运动为不可压缩及非黏性，也就是假定理想流体的运动来简化问题研究过程的难度，这里以低速流体流经平板的速度分布情形为例说明非黏性流体与实际流体流动两者之间的差异，其速度分布如图10-1所示。
图10-1 非黏性流体流动与实际流体流动之间的速度差异
从图中可以看出，非黏性流体低速流经平板，流体流动的速度为均匀分布，但是在实际流动时，流体会形成边界层而且边界层随着空气流经平板的距离而逐渐增厚，只有在边界层厚度外的流体速度才呈现均匀分布的情况，由此可见非黏性流体与实际流动之间实质上的差异。虽然对于有些问题，使用非黏性流体的假设大大简化研究过程，也不会影响问题的基本结论，但是在许多实际应用中，这一假设计算与分析的结果往往影响问题的精确度，甚至所得的结果发生与实际现象不同的情况，例如管流问题的研究中，理想流体的假设最常见的是影响问题计算的精确度。而在外部流场的研究中，最有名的例子如达朗贝尔悖论，也就是流体流过圆柱体造成的阻力为0。由此可知，对于工程精度要求较高的管流计算问题以及航空器飞行与物体运动时的阻力问题，流体黏性产生的影响必须纳入考虑，而且是不可以忽略的因素之一。
【例10-1】
黏性流与非黏性流的定义以及非黏性流的使用条件是什么？
【解答】
（1）所谓黏性流是指计算和分析流体力学问题时，流体黏性不可以忽略不计，必须考虑流体黏性μ造成的影响。而非黏性流则是假设流体黏性造成影响非常小，可以将其忽略不计，也就是将流体的黏度μ视为0。
（2）非黏性流的假设通常应用在流体静力学（流体流速为0）、流体速度梯度非常小、流体黏性产生的黏滞力远小于其他的作用力以及工程计算精度要求较低且不影响计算和分析的结果等时候。
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