從宏觀的角度說,粘性是流體阻礙隨時間較快地變形並引起動能轉化成熱能的一種性質,它的重要表現之一是出現切應力。另外一層意思是流體具有粘附於同它接觸並有相對運動的固體的表面的性質。各種流體(如空氣、水、油等)都有粘性,隻不過數值大小不同。飛行器、車輛等在空氣中運動;船、魚類等在水中運動都會受到空氣或水的阻力。而阻力同粘性密切相關(見邊界層)。

  研究流體粘性的重要性 220世紀初飛機問世,科學傢們為使飛機飛得快、節省燃料並增加飛行距離,開始努力研究阻力和粘性。1940年同20世紀初相比,同樣航速和載重量的飛機在飛行時所受到的阻力,已下降到原來的1/8。這一成就在很大程度上是由於對粘性作用和阻力機理的定性和定量的認識。用風洞和其他實驗設備(如運載工具、葉輪機械、水工設施等)做大量試驗,其目的之一是定量地瞭解流體運動時粘性的作用,作為工程設計的依據。環繞地球運動的大氣極大地影響地球各處的氣候和農業生產;要弄清大氣的運動,經常要考慮空氣的粘性作用。總之,對粘性的研究是近代科學技術許多領域的重要課題。

  流體的切應力 研究力學問題時通常在流體或固體內分離出隔離體,隔離體表面切平面方向的力稱為切應力。固體的切應力隨應變而變;而水和空氣等流體的切應力同變形隻有間接的關系,它隻同變形率(見流體力學)成比例,或者說是同變形的快慢成比例,這是流體同固體的顯著差別。例如,一大塊鐵、石頭、木頭,把下層固定,如果不用很大的力推動它的上面一層,就不能和它的下層錯移,因為固體的切應力很大,起瞭阻礙作用。流體則不然,使流體慢慢變形不費多大力。這種特性叫流體的易流動性。

  附著 是指緊貼著固體表面上的流體與固體表面速度相同的現象。當雷諾數超過 105時,流體在固體切線方向的分速度,在固體表面法線方向增長很快。飛機的外表面有瞭灰塵,盡管在飛行時空氣流同飛機表面有很大的相對流速,但附著在飛機表面上的細灰塵仍不能全吹掉,必須用佈才能擦凈。這說明瞭緊貼飛機表面的流體相對於飛機表面並不流動,這是說明附著的很好的實例。在雷諾數較高的情況下,常常是粘性隻在和流線型物體鄰近的邊界層中起作用,如果忽略瞭流體的粘性,實質就是不考慮很薄的邊界層,而隻考慮薄邊界層以外的流動。

  粘度 又稱粘性系數(或粘滯系數)。考慮圖中所示的兩塊相距不遠的平板,上面的板被拉向右運動時,下面的板固定不動。兩板之間充滿流體,同上下板表面接觸的流體,因粘性作用附著在兩板的內表面上。粘性使兩板之間的流體也向右流動,它的流動速度從上而下地逐漸變小(見圖),即u=u(y)。在這個典型特例中

定量地表示瞭流體的變形率。I.牛頓根據實驗觀察最先提出:在流體中取一小塊矩形隔離體,它上面單位面積上的切應力 τ 成正比

 

式中η為粘度。η是正數,隨流體的種類、溫度而變,也多少隨壓力而變。η的單位是牛·秒/米2或帕·秒,它的量綱是 L-1MT-1。將η除以流體的密度ρ,得v=η/ρ,這就是運動粘度,或稱運動粘性系數。它的量綱隻有運動學量,而無力的量綱。在常溫下水和空氣等氣體的η相差百倍,而v隻差十幾倍(見表)。

幾種流體的粘度、密度和運動粘度(20℃,1atm)

  從

中可見,如果流體沒有變形率,η再大也不會出現切應力。這時,在流體內部隔離體表面上的相互作用就隻有壓力,而沒有粘性所引起的應力。變形率和η 都小,則切應力也小。無粘流體理論正是反映這種情形下的流體運動規律。當流體密度隨時間的變化劇烈時,還會出現另一個與η 不同的第二粘度,它使動能轉化為熱能,例如可使聲波衰減消失。這一現象還待進一步定量地進行研究。近年來的研究表明,某些高分子的粘性有不同於水或空氣粘性的特點,就是說粘性應力不和變形率成正比。

  從微觀上看,氣體的粘性是分子動量的輸運理象,可以用分子運動論對由簡單分子構成的氣體的粘性作出統計解釋(見氣體的輸運現象)。