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在有一篇《剪切率、剪切應(yīng)力、黏度的關(guān)系》的短文，介紹了剪切率的基本概念，剪切力是施加在流體上的作用力，剪切率是流體流動的速度梯度，在實(shí)際生活和生產(chǎn)等工藝過程中，只要涉及流體的流動（形變）過程，攪拌、分散、噴、涂、刷、抹、靜置、傾倒、泵送、滲透等等，都會涉及這兩個(gè)基本參數(shù)，而由于流體的流變特性會隨著這兩個(gè)參數(shù)的變化，呈現(xiàn)出不同的流動（形變）行為，黏度會隨著剪切率的變化而變化。

       這些在流變學(xué)里有詳細(xì)的論述和研究，而在工程領(lǐng)域、流體力學(xué)里，一般用雷諾數(shù)表征流動的情況。

一、雷諾數(shù)

       雷諾數(shù)一種可用來表征流體流動情況的無量綱數(shù)。Re=ρvd/μ，其中v、ρ、μ分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù)，d為一特征長度。例如流體流過圓形管道，則d為管道的當(dāng)量直徑。利用雷諾數(shù)可區(qū)分流體的流動是層流或湍流，也可用來確定物體在流體中流動所受到的阻力。

二、層流：

       對于粘性流體的層狀運(yùn)動，流體微團(tuán)的軌跡沒有明顯的不規(guī)則脈動。相鄰流體層間只有分子熱運(yùn)動造成的動量交換。層流只出現(xiàn)在雷諾數(shù)Re（Re=ρUL/μ)較小的情況中，即流體密度ρ、特征速度U和物體特征長度L都很小，或流體粘度μ很大的情況中。當(dāng)Re超過某一臨界雷諾數(shù)Recr時(shí)，層流因受擾動開始向不規(guī)則的湍流過渡，同時(shí)運(yùn)動阻力急劇增大。臨界雷諾數(shù)主要取決于流動形式。對于圓管，Recr≈2000，這時(shí)特征速度是圓管橫截面上的平均速度，特征長度是圓管內(nèi)徑。層流一般比湍流的摩擦阻力小，因而在飛行器或船舶設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量使邊界層流動保持層流狀態(tài)。

三、紊流：

       紊流一般相對“層流”而言。一般用雷諾數(shù)判定。雷諾數(shù)小，意味著流體流動時(shí)各質(zhì)點(diǎn)間的粘性力占主要地位，流體各質(zhì)點(diǎn)平行于管路內(nèi)壁有規(guī)則地流動，呈層流流動狀態(tài)。雷諾數(shù)大，意味著慣性力占主要地位，流體呈紊流流動狀態(tài)，一般管道雷諾數(shù)Re<2100為層流狀態(tài)，Re>4000為紊流狀態(tài)，Re=2100～4000為過渡狀態(tài)。在不同的流動狀態(tài)下，流體的運(yùn)動規(guī)律。流速的分布等都是不同的，因而管道內(nèi)流體的平均流速與最大流速的比值也是不同的。因此雷諾數(shù)的大小決定了粘性流體的流動特性。速度、壓強(qiáng)等物理量在時(shí)間和空間中發(fā)生脈動的流體運(yùn)動，又稱湍流。

四、層流和紊流的區(qū)分：

       層流液體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的運(yùn)動，呈現(xiàn)彼此不相混摻的形態(tài)；紊流液體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則運(yùn)動，呈現(xiàn)互相混摻、軌跡曲折混亂的形態(tài)。

       實(shí)際液體由于存在粘滯性而具有的兩種流動形態(tài)。液體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的運(yùn)動，彼此不相混摻的形態(tài)稱為層流。液體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則運(yùn)動、互相混摻、軌跡曲折混亂的形態(tài)叫做紊流。它們傳遞動量、熱量和質(zhì)量的方式不同：層流通過分子間相互作用，紊流主要通過質(zhì)點(diǎn)間的混摻。紊流的傳遞速率遠(yuǎn)大于層流。層流（laminar flow）是流體的一種流動狀態(tài)，它作層狀的流動。流體在管內(nèi)低速流動時(shí)呈現(xiàn)為層流，其質(zhì)點(diǎn)沿著與管軸平行的方向作平滑直線運(yùn)動。流體的流速在管中心處最大，其近壁處最小。

四、層流和紊流的判定依據(jù)：

       在工程領(lǐng)域，一般認(rèn)為雷諾數(shù)小于2000的流體為層流，雷諾數(shù)大于4000的流體為紊流。于中間的流體認(rèn)定為從層流到紊流的轉(zhuǎn)換階段。際應(yīng)用中，層流的雷諾數(shù)上限設(shè)定為2300。

五、剪切率和雷諾數(shù)的關(guān)系：

       通過以上的基本概念介紹可以看到，剪切率和雷諾數(shù)都和流體流動速度有直接關(guān)系，和流動速度都是呈正比關(guān)系；同時(shí)，一般和流體的黏度呈反比關(guān)系。但是，由于流變學(xué)和流體力學(xué)側(cè)重面不同，流變學(xué)更注重研究流體在流動過程中的黏度的變化，而流體力學(xué)一般不十分關(guān)注此種變化，往往會造成在工程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)余量大大超過實(shí)際情況，設(shè)備選型、管道選型過大的情況，這也是很多流體相關(guān)公司開始注重流變學(xué)，改進(jìn)工程設(shè)計(jì)的合理性。

       以DN管徑的管道為例，如果是黏度為1 mPas的水，以100 L/min的流量流動，雷諾數(shù)是14.15，剪切率是36.23 1/s；如果是黏度為10 mPas的流體，以100 L/min的流量流動，雷諾數(shù)是1.415，剪切率是36.23 1/s；如果是黏度為100 mPas的流體，以100 L/min的流量流動，雷諾數(shù)是0.1415，剪切率是36.23 1/s。從以上計(jì)算可以看出，同樣流量情況下，剪切率是不變的，但不同黏度的物料，計(jì)算得到的雷諾數(shù)是呈反比的。

       流體的靜態(tài)黏度越大，非牛頓特性也越明顯，一般剪切變稀的傾向也越大，所以流體在流動狀態(tài)下的實(shí)際黏度比靜態(tài)黏度會低，實(shí)際的雷諾數(shù)也會比用靜態(tài)黏度計(jì)算得到的低，對這種情況如果不加注意的話，對于需要高雷諾數(shù)的設(shè)備，會產(chǎn)生實(shí)際雷諾數(shù)不夠的情況。所以在實(shí)際進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，建議對流體的流變特性做一些詳細(xì)的了解，計(jì)算設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際剪切率，從流變曲線得知流體在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的黏度，這樣設(shè)計(jì)出來的設(shè)備才是真正符合設(shè)計(jì)需要的設(shè)備。

五、剪切率計(jì)算：

       有關(guān)各類設(shè)備或過程的剪切率計(jì)算，經(jīng)過前人的研究和計(jì)算，得到了一些常見過程的計(jì)算模型和大致范圍。

       不同設(shè)備或過程的計(jì)算，需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行，不能按照剪切率的定義直接套用，目前比較明確的計(jì)算模型有：刷涂、靜止沉降、管道流動、涂布、滾涂、活塞、泵送、絲網(wǎng)印刷、涂抹、血管流動、皮下注射等，有些復(fù)雜過程和設(shè)備的計(jì)算模型需要根據(jù)實(shí)際情況或流場不同計(jì)算點(diǎn)的位置分別計(jì)算。