研究电磁场对液体黏滞系数的影响

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1、研究电磁场对液体黏滞系数的影响重庆交通大学第四届物理综合设计与科技创新竞赛论文重庆交通大学第四届大学物理综合设计与科技创新竞赛活动论文学院：航海学院专业班级：船舶1002姓名：余旺盛学号：10970233学号：学号：联系电话：日期：2011年12月10日重庆交通大学第四届物理综合设计与科技创新竞赛论文摘要:液体粘滞系数是表征液体粘滞性强弱的重要参数，在工业生产和科学研究中（如流体的运输、液压传动、机器润滑、船舶制造、化学原料及医学等方面）常常需要知道液体的粘滞系数，准确测量这个量在化学、医学、水利工程、材料科学、机械工业和国防建设中有着重

2、要意义。例如在用管道输送液体的流量，压力差，输送距离及液体粘度，设计输送管道的口径。粘度是液体的重要物性参数，在各种类型的化工生产装置的工业设计计算中都需要加以考虑。粘度反映液体分子间的内摩擦力，这种内摩擦力有分子的结构，位置和分子间的相互作用力等参数决定。由于液体分子结构及分子间相互作用的复杂性，目前还没有一个能够精确计算液体粘度的方法。对液体粘度的研究主要集中在物理测和通过实验数据建立一些经验或半经验公式上，这些经验表达式大都是从实验数据出发拟合出来，并含有一些可调参数。虽然实验测量比较准确，但由于实验测量的复杂性以及受操作工艺条件的

3、限制，很难精确地获得任意温度下液体的粘度值。因此如何从理论上计算液体的粘度值，弥补实验经验的不足，历来成为人们关心的问题。此外，理论计算还可以帮助人们认识粘度的产生的机理和影响液体粘度的各种因素，对有关实验操作和工艺设计具有一定的指导作用。液体的粘度在外场作用下会发生一定的变化。基于液体准晶格模型，利用修正后的Eyring粘度公式，指出液体粘度取决于液体活化能。在静电场和静磁场作用下，液体分子会受到外场力的作用，外场力对分子做功，液体活化能发生改变，从而导致液体粘度发生变化。当场方向平行于液体流动方向时，粘度的变化与外场强度的梯度有关；当

4、场方向垂直于液体流动方向时，液体不再做有序流动，而会发生湍流现象，导致流动阻力增大，粘度变大；在电磁场作用下，液体会产生一定的损耗，导致液体内能增加，活化能降低，粘度减小。利用该理论能够初步给出电磁场作用下液体粘度的变化机理，为人们的生产实践提供一定理论指导[12]。关键字:Eyring粘度公式；活化能；液体准晶格模型；电磁场；液体粘滞系数；液压传动；机器润滑；船舶制造；毛细管法；转筒法；斯托克斯法一、引言重庆交通大学第四届物理综合设计与科技创新竞赛论文液体的粘滞系数又称为内摩擦系数或粘度，是描述液体内摩擦力性质的一个重要物理量。葡萄糖浆

5、的粘滞系数h?6.6?1011泊，较大，水的粘滞系数h?8.01?10?3泊，较小。实际上所有流体都有不同程度的粘滞性。而且对于大多数液体，h随温度上升而下降。什么流体的粘滞系数最小？1957年12月1日，美国加利福利亚技术学院宣布：在液氦Ⅱ里，粘性系数小的测量不到。它是没有粘滞系数的理想流体。它表征液体反抗形变的能力，只有在液体内存在相对运动时才表现出来。粘滞系数除了因材料而异之外还比较敏感的依赖温度，液体的粘滞系数随着温度升高而减少，气体则反之，大体上按正比于的规律增长．在国际单位制中粘滞系数的单位为帕秒（Pa.s），在CGS单位制中

6、为泊（poise）符号为P,1P?1Pa.s?1kg.m?1.s?1。粘度反映液体分子在受到外力作用而发生流动时，分子间所呈现的内摩擦力，这种内摩擦力由液体分子的结构、位置、分子间相互作用力及运动状态等参数决定。另外，除了液体本身结构的因素外，温度和压强也是影响液体粘度大小的重要因素。1.温度对液体粘度的影响根据Eyring粘度理论，液体粘度取决于温度和活化能。在活化能一定的情况下，温度升高，粘度减小；温度降低，粘度变大。另外活化能也与液体的温度有关，活化能定义为分子从原位置跃迁进入邻近空位过程中克服分子能垒所需要的能量。根据能量均分定理

7、[1]，温度越高，分子的内能越大，周围分子对它的束缚减弱，从而活化能降低，导致液体的粘度减小；相反，如果温度降低，分子的内能降低，周围分子对它的束缚增强，活化能增加，导致液体粘度变大。2.压强对液体粘度的影响液体的粘度与活化能息息相关，分子要想从原位置跃迁进入邻近空位，不仅要克服其它分子对它的束缚作用，而且还需要克服周围压强对它所做的功PVh，其中Vh是一个空位的体积，大小近似看成液体分子的体积大小，P指液体的压强[2]。在标准大气压下，液体的压强对粘度影响较小，几乎不必考虑。然而，当压强升高时，分子要从原位置跳出时克服压强做的功明显增大

8、，活化能增加，液体的粘度迅速升高[3-4]。例如在温度为298.15K和0.1MPa情况下[5]，苯的粘度为0.604mPa.，s而当压强增大至100MPa时，苯的粘度增大至1.3mPa.s，