可压缩流体体积粘性的理论与评估

摘要

表征流体微团膨胀或压缩效应的体积粘性同表征剪切效应的动力粘性一样,它们都是可压缩流体固有的物理属性,分子动理论和实验已表明在高频和较高温度下体积粘性是不能被忽略的,也即Navier-Stokes方程组中的"stokes假设"一般是不成立的.本文从连续介质的角度出发,导出了不同于以往理论的体积粘性系数公式,新理论首次从宏观上给出了体积粘性的一般物理涵义,即体积粘性系数是体积模量与弛豫时间的乘积.以氮气为例,分别对转动激发态和振动激发态进行了计算分析和评估,结果表明:两种理论的预测趋势相同,大小值仅相差γ/(γ-1)倍;在振动激发下,弛豫时间、碰撞数和体积粘性比转动激发下的均高出几个数量级,显示出很大的差异.