利用降膜流动测量液体黏滞系数

周苏羽 文小青 王槿 李文华 邓志超 张思遥

摘 要 利用降膜流动设计并搭建了测量液体黏滞系数的实验装置，根据不可压缩液体N-S方程，结合边界条件建模。采取测量液膜表面速度的方法计算液膜厚度。测量了蓖麻油不同流量下的黏滞系数，倾斜板在不同倾角下，黏滞系数测量相对准确的流量区间基本相同，相对误差在8%以下。分析了装置的适用条件和误差来源。并用全内反射法进行了液膜厚度对比验证。该研究丰富了测量液体黏滞系数的教学内容和方法，有助于学生掌握流体力学相关知识，提高综合设计能力。

关键词 降膜流动;黏滞系数;液膜厚度;表面速度;全内反射

自然界中常见的流体（气体、液体）都具有黏性，流体的黏性是流体分子微觀作用的宏观表现。

对于液体，由于分子引力作用，流动快的分子力图拉着流动慢的分子前进，流动慢的分子则将流动快的分子向后拽，分子间的这种力图减小速度差的作用力称为内摩擦力或黏性力，宏观上使流体呈现出黏性[1]。衡量流体黏性大小的物理量是黏滞系数，目前各高校的大学物理实验教学主要采用落球法、毛细管法、旋转法等测量液体黏滞系数[2]。

液体在自身重力作用下，液体沿壁面流下，在壁面上形成一层很薄的液膜，这样的流动叫做降膜流动[3]。早在上世纪初，对重力作用主导下的液体薄膜流动的研究便已成果颇丰。最早的降膜理论一般认为是 Nusselt于1916年提出的经典理论[4]，该理论通过假设液膜气液界面无剪切力且平整、流体密度不变、不存在热传递这几个条件建立了层流下液膜降膜模型。降膜流动可应用于传热实验研究，本文利用降膜流动测量液体的黏滞系数。