1686年英國科學家牛頓給出了表征內摩擦力的定律,又稱黏性定律。他指出:
1、內摩擦力正比于流層移動的相對速度;
2、內摩擦力正比于流層間的接觸面積;
3、內摩擦力隨流體的物理性質而改變;
4、內摩擦力與正壓力無關。
一切真實流體中,由于分子的擴散或分子間相互吸引的影響,使不同流速的流體之間有動量交換發(fā)生,因此,在流體內部兩流層的接觸面上產生內摩擦力。這種力與作用面平行,故又稱流動切應力,或粘性力。
粘性力的方向,對流速大的流體層而言,它與流速方問相反,是阻礙流動的力;相應地,對流速小的流體層而言則是促使其加速的力。粘性力的大小可由牛頓內摩擦定律確定。
1845年,英國數學家斯托克斯提出了3個假設,將牛頓內摩擦定律推廣到黏性流體的任意流動狀態(tài)中。
1、流體是連續(xù)的,它的應力張量是應變率張量的線性函數,與流體的平動和轉動無關。
2、流體是各向同性的,流體中的應力與應變率的線性關系與坐標系的選擇和位置無關
3、當流體靜止時,應變率為零,流體中的應力只有正應力,切應力為零。
實驗證明上述假設對大多數常見流體是正確的。根據斯托克斯假設,可將應力張量與應變率張量的線性關系表示為:
在直角坐標系下,廣義牛頓內摩擦定律的分量形式可寫為:
如果流體的應力與應變率之間不能用廣義牛頓內摩擦定律來描述,則這種流體就稱為非牛頓流體。例如,油漆、泥漿、血液等均屬于非牛頓流體。
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