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五花八门的黏度

 思阔 2022-09-21 发布于黑龙江

阅读不同专业书籍或者身处不同的行业我们常常会遭遇到各种各样的黏度,是不是经常会被搞得晕头转向呢?我们今天就来聊一聊这些五花八门的黏度。

在开聊之前先来纠正一下黏度的写法和读音,正确的写法是“黏度”(其中“黏”读nian),而不是“粘度”(“粘”现在常读作“zhan”);“黏”描述的是物质的流动性,而“粘”描述的是界面间的接着。

有人常会拿古文来反驳这一说法,似乎老祖宗永远都是正确的,其实不然;想想看,我们学习的文言文中的通假字不就是古人的错别字吗?古人分不太清楚“黏”与“粘”的区别,认为很“黏”的东西就一定很“粘”,实际并非总是如此。水银的黏度的是水的1.5倍,二者哪个可以粘附在我们的皮肤上呢?粘有两个必要条件:其一是可润湿,其二是有一定的铺展性(黏度太大或太小都不行)。

黏度描述的是物质的流动性,是物质内摩擦的度量。我们平时所说的黏度(Viscosity)是动态黏度(又称动力黏度,英文为Dynamic viscosity)的简称,由牛顿定律定义为剪切应力对剪切速率的比值(单位“帕斯卡·秒”,英文为Pa·s)。

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牛顿定律定义的黏度在一定温度下为常数,不依赖于剪切速率或剪切应力,满足牛顿定律的流体为牛顿流体。可是现实中的很多物质都不是牛顿流体,这种情况下,仍将剪切应力对剪切速率的比值定义为黏度,但由于其依赖于剪切速率或应力,因此将其称为表观黏度,并将这种剪切应力对剪切速率不再为常数的流体称为非牛顿流体。

非牛顿流体是如此之多,一说起流动性时总需要说表观黏度太费事,就索性省掉了“表观”二字与牛顿流体统一称“黏度”了。现在表观黏度又被赋予了新的指向,专门指非均匀场中表观应力对表观剪切速率的比值,比如旋转流变仪上的平行板测量系统测量得到的黏度。

测量黏度时,一般要求流动达到稳态,即应力对剪切速率的比值不再随时间变化,此时应力对剪切速率的比值为稳态黏度,就是我们平时测定的黏度;在流动达到稳态之前的应力对剪切速率的比值随时间变化,这种情况下的应力对剪切速率的比值则为瞬态黏度。

流动曲线若在低剪切速率区出现黏度平台,使用流动模型拟合可以得到剪切速率外推到0的零切黏度(见前文);流动若在高剪切速率出现黏度平台,使用流动模型拟合可以得到剪切速率外推到无穷大的无穷大剪切黏度。

在剪切场中定义、测量的黏度为剪切黏度,即我们平时最常说的黏度;若在拉伸流场中定义、测量则为拉伸黏度,此时其为拉伸应力对拉伸速率的比值。

若测试不是在上述单向、匀速场中进行而是在按正弦变化的小振幅振荡场中进行,则应力和剪切速率使用复数表达更为方便,这种情况下,复数应力对复数剪切速率的比值为复数黏度(其为复数),该复数的实部又称动态黏度,而动态应力振幅对动态剪切速率振幅的比值则为“复数黏度”(实际为上述复数的模,是实数)。

在黏度在管式黏度计中测量,定义流体的动态黏度对其密度的比值为运动黏度(英文为Kinematic viscosity,其单位为平方米/秒)。

对于溶液或多相分散体系,体系黏度与溶剂或连续相黏度的比值为相对黏度(相对值,无量纲);溶液黏度增加的分数为增比黏度,其值等于相对黏度减去1(无量纲)。增比黏度除以容易浓度再外推到浓度为0得到特性黏度又称本征黏度。

除此之外,还有一些专用测量设备得到的专有黏度,比如Moony黏度、Engler黏度、Sagbolt黏度和Redwood黏度等等……

有兴趣的读者,不妨数一数本文中共提到了多少种黏度!

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