流體粘度

將兩塊面積為1m²的板浸於液體中，兩板距離為1米，若加1N的切應力，使兩板之間的相對速率為1m/s,則此液體的粘度為1Pa·s。

牛頓流體：符合牛頓公式的流體。粘度只與溫度有關，與切變速率無關，τ與D為正比關係。

一、實驗目的

1.了解流體產生粘滯性的本質及其對流體的傳動和傳熱性能的影響，加深對流體粘滯性的了解。

2.了解牛頓型流體與非牛頓型流體的區別，進一步認識牛頓內摩擦定律在實際中的運用。

3.掌握根據牛頓內摩擦定律而設計的旋轉式粘度計的測量理論及使用方法。

4.根據測定數據繪製曲線。

眾所周知，流體的粘性是指在流體運動時，流體內部各微團或流層之間由於具有相對運動而產生內摩擦力以阻止流體做相對運動的性質。顯然，任何實際流體都是具有粘性的。其粘性的大小可以不同流體抵抗相對的能力的不同體現出來。由此可見，粘性是實際流體的固有屬性，它將直接影響到流體抵抗相對運動的能力的不同而體現出來。由此可見，粘性是實際流體的固有屬性，它將直接影響到流體的流動和傳熱性能。

對於牛頓型流體，若從流體中取一面積為A，厚度為的流體層，假定其下層速度為、上層速度為，則由於上、下層流速不同將使流體發生剪切變形，從而產生切應力。的大小可按牛頓內摩擦定律求得：

（1—1）

式中-----實驗係數，即流體的粘度。

根據（1--1）式，若把切應力作縱橫，速度梯度

作橫軸，則可得到一條通過原點的直線，如圖1—1所示。該

直線與橫軸夾角的正切就是牛頓型流體的粘度：

（1--2）

旋轉式粘度計就是根據這一原理設計的。如圖1—2所

示，在兩個不同直徑的同心圓間的環形間隙中充滿待測

流體。其內筒固定不動，外筒以角速度旋轉，由於流體

的粘性，從而使外筒的運動將帶動環形間隙中的流體流動。圖1-1牛頓型流體的τ－du/dy關係

當和都很小時（R）,流體在兩同軸環形間隙中的

運動可以近似看作在兩無限大平行平板間的層流運動。此時，與旋轉筒相接觸的流體層的運動速度為：

（1--3）

式中R---旋轉圓筒的半徑;

n---旋轉圓筒的轉速.

當兩圓筒底面間的間距較大時，可以忽略內筒底面以下流體的扭矩，此時可得到流體因粘性而對筒壁產生的切嚮應力為：

（1—4）

由此切應力對圓筒軸心產生的摩擦阻力矩為：

（1—5）

式中H—內筒的高度

由（1—4）式及（1—5）式可得：

（1—6）

實驗時，當外筒旋轉時，由於流體粘性產生的內摩擦

作用，使內筒也發生旋轉，此時的粘度可有下式計算：

（1--7）

式中D—外圓筒內直徑；

圖1－2旋轉式粘度計--內圓筒外直徑。

1－靜止護圈；2－懸索，3－反射鏡；

4－懸掛著的圓筒

外筒旋轉式的旋轉粘度計測量裝置系統。其外圓筒與低速可調速電機相聯。實驗中根據需要以某個固

定的轉速旋轉，內圓筒則用扭絲懸掛並與扭矩測試機構相聯接，通過錶盤指針作用於內筒的扭矩。

1.用卡尺精確測定旋轉粘度計外圓筒內徑D、內

圓筒外徑Do和內筒高度H。

2.徠按圖1-3所示正確安裝實驗裝置，並向兩圓筒

間充滿被測的牛頓型流體。

3.接通電流，啟動電機並調整至要求的轉速n，保

持恆定不變，記錄該轉速。

4.觀測扭矩表指針不再波動時，記錄該扭矩值

M。

5.改變轉速n，重複步驟3~5，測若干套數據。

6.切斷電源，更換被測流體種類，重複步驟2~5，

做1~2個樣品。

7.切斷電源，儀器歸位，結束實驗。圖1.3粘度測量裝置

三、實驗報告1-旋轉式粘度計，2-低速可調速電機；

1.原始數據記錄3-扭矩測量機構(錶盤指針)

外圓筒內徑D=㎜內圓筒外徑Do=㎜內圓筒高度H=mm

2.數據處理

⑴計算速度梯度

因為

所以

⑵計算切應力

⑶按（1-7）式計算粘度

測定數據處理表表1－2

（4）根據表1-2數據繪製曲線，並求。

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