滲碳

[拼音]：nianxing liuti liudong

[英文]：viscous fluid flow

實際流體巨集觀運動的一種簡化模型，是動量傳遞的主要研究物件。這種模型把流體看成由流體微團組成的連續介質，可使用連續函式的數學工具予以描述。實際流體流動中通常都呈現粘性，粘性是分子熱運動和分子間力造成的動量傳遞的巨集觀表現。因此，所謂粘性流體亦即實際流體，其粘性用粘度或表觀粘度來表徵。實際流體的這種粘性作用一般僅限於壁面附近的流體層，稱為邊界層。邊界層理論是粘性流體流動的基本理論。作為一種假設，將無粘性的流體稱為理想流體。當粘性流體繞過物體表面流動時，通常把距離該物體表面相當遠處，無速度梯度的流體視為理想流體。

流動型別

粘性流體的運動可按各種不同方法來分類。按流動與時間的關係來分，流動速度及有關物理量都不隨時間變化的流動稱為定態流動，反之稱為非定態流動。按流動與空間的關係來分，如流動速度及有關物理量只是一維空間的變數，這種流動稱為一維流動；如是兩維或三維空間的變數，則流動分別稱為二維流動或三維流動。當流體沿固體壁面流動時，按流體和壁面的相對關係，常將流動分為外部問題和內部問題。所謂外部問題，係指流體繞過置於無限流體中的物體，或者物體在無界流體中的運動，稱為繞流，如空氣繞過換熱管的流動或顆粒在氣流中的沉降；而內部問題，則指流體處於有限固體壁面所限制的空間內的流動，稱為管流，如各種管道內的流體流動。不受壁面限制的流動為自由流動。常指流體自小孔流出的射流，流體繞過物體後形成的尾流等。按流動的內在結構，流動分為層流和湍流。在這兩種狀態下，動量傳遞機理是互不相同的。湍流中的動量傳遞雖然包括分子動量傳遞，但主要為由流體微團的脈動運動所引起的渦流動量傳遞，層流中的動量傳遞則由分子運動所引起。這兩種狀態下的流動特性是有顯著差異的。按流動流體的相數，流動分為單相流和兩相流（或多相流）。化工中最常見的兩相流是分散在連續相液體中的液滴或氣泡，以及液膜與相鄰氣相所組成的兩相系統。

剪下應力與應變率的關係

粘性流體在流動過程中，如果所呈現的剪下應力與剪下應變率之間的關係，服從牛頓粘性定律，則稱為牛頓流體，如常見的空氣、水、大最低分子液體和氣體；否則，稱為非牛頓流體，如高分子溶液、熔融體、油漆和一些懸浮液等。（見聚合物流變學）

對於一維流動來說，1687年英國I.牛頓提出的牛頓粘性定律認為，剪下應力（即動量通量τyx與剪下應變率(即速度梯度)

呈線性關係，表示為：

(1)

式中μ為粘度；ux為x方向的速度分量；x、y為座標軸。牛頓粘性定律是描述流體剪下應力與剪下應變率關係的本構方程的最簡單的形式。

對於三維剪下流動，牛頓粘性定律常表示為：

(2)

(3)

式中σxx為法嚮應力;p為壓力;媉ux/媉x為拉伸應變率。關於τyz和τzx也可以寫出類似於式(2)的關係式，對σyy和σzz也有類似於式(3)的關係式。式(2)、(3)又稱為廣義牛頓粘性定律。

粘性流體流動中的剪下應力與剪下應變率的關係圖，稱為流動曲線（見圖）。牛頓流體的流動曲線是一條通過原點的直線；非牛頓粘性流體的流動曲線偏離這一直線。不同方式的偏離，反映出不同型別流體的特點(見表)。仿照牛頓粘性定律的形式，對非牛頓流體可以寫出：

式中η為非牛頓流體粘度，也稱作表觀粘度。它不是粘度那樣的物理性質，不僅與流體種類有關，且隨剪下應變率而變化，變化的範圍可能是幾倍、十倍、百倍乃至千倍。

有些非牛頓流體，不僅具有粘性，而且具有彈性，這種流體稱為粘彈性流體，它包括從粘性固體到彈性流體的許多物質。前者如橡膠，後者如高聚物溶液和熔體。粘彈性流體的剪下應力不僅是瞬時變形(應變、應變率)的函式，還與變形歷史有關，因此這種流體又稱記憶流體。