流体力学基础｜什么是粘性、粘性力、粘性系数？解释水和油的区别

跟随流体空间，探寻流体的奥秘与趣闻。

基于机械设计工程师haku的博客翻译整理。

一、粘性的定义

粘性是指流体在受到外力作用时，其内部抵抗变形和流动的特性。例如，油的粘性较强，因此在相同条件下，其流动速度会慢于水。

二、粘性力的解释

当流体在管道中流动时，管壁与流体分子间会产生相互作用，导致流体分子速度降低并减少其动量。这些动量减少的分子会与远离管壁的分子碰撞，进行动量交换，从而导致整个流体动量减小，流动受阻。

粘性力就是描述这种由分子间相互作用引起的动量损失现象，表现为管壁对流体分子的摩擦力。

三、粘性系数的概念

粘性系数[Pa・s]是用来量化流体粘性程度的数值。粘性系数越大，流体的粘性力（摩擦力）也就越大，通常称之为“高粘性”。例如，水的粘性系数较小，而油的粘性系数较大。

以下是几种典型流体的粘性系数值。

值得注意的是，粘性系数不随压力变化，而是与温度有关。液体在低温下更粘稠，而气体在高温下更粘稠。此外，液体和气体在粘性方面表现出相反的特性。

水和空气在不同压力下的粘性系数比较

四、粘性与运动粘性的区别

粘性系数反映了流体粘性力（摩擦力）的大小，类似于固体间的摩擦系数。而运动粘性系数ν[m2/s]则是通过静粘性系数μ[Pa・s]和流体密度ρ[kg/m3]计算得出的。

公式：ν = μ / ρ

流体的密度越大，其运动粘性越小。这意味着密度大的流体更容易流动，而密度小的流体则更容易停止。例如，重型卡车在刹车后需要更长时间才能停下来，而轻型汽车则能更快地停下来。类似地，重流体往往更易流动，而轻质流体则更容易停止。

在气体中，密度会随压力发生显著变化，因此在将粘性系数转换为运动粘性系数时需要特别注意。