什麼是運動黏度?
運動黏度(\(\nu\))描述流體在重力作用下抵抗流動的能力,並把流體的密度一併納入考量。它的定義是動力黏度(絕對黏度)\(\mu\) 與密度 \(\rho\) 的比值。對空氣而言,這項物理量在空氣動力學、暖通空調(HVAC)設計,以及任何牽涉雷諾數(Reynolds number)的計算中都不可或缺。這個計算器其實適用於任何流體,不過預設值已針對標準狀態下的空氣調整好。
如何使用本計算器
請輸入以帕秒(\(\text{Pa}\cdot\text{s}\))為單位的動力黏度 \(\mu\),以及以每立方公尺公斤(\(\text{kg/m}^3\))為單位的空氣密度 \(\rho\)。計算器會以 SI 單位(\(\text{m}^2/\text{s}\))回傳運動黏度,同時換算成厘斯(centistokes,亦即 \(\text{mm}^2/\text{s}\),等於 \(10^{-6}\ \text{m}^2/\text{s}\))——這正是工程資料表中最常使用的單位。在 20 °C、海平面條件下,空氣的 \(\mu \approx 1.825 \times 10^{-5}\ \text{Pa}\cdot\text{s}\),\(\rho \approx 1.204\ \text{kg/m}^3\)。
公式說明
核心方程式為 $$\nu = \dfrac{\mu}{\rho}$$ 動力黏度 \(\mu\) 衡量流體各層之間的內摩擦力,密度 \(\rho\) 則表示單位體積的質量。兩者相除,等於以流體的慣性把摩擦力標準化,得到單位為「面積/時間」(\(\text{m}^2/\text{s}\))的運動黏度。由於空氣密度會隨溫度升高或壓力下降而減小,因此空氣的運動黏度會隨著海拔升高而急遽增大。
計算範例
設 \(\mu = 1.825 \times 10^{-5}\ \text{Pa}\cdot\text{s}\)、\(\rho = 1.204\ \text{kg/m}^3\),則 $$\nu = \frac{1.825 \times 10^{-5}}{1.204} = 1.5158 \times 10^{-5}\ \text{m}^2/\text{s}$$ 約等於 15.16 厘斯——與教科書中 20 °C 空氣的標準值相當接近。
常見問題
我該使用哪些單位?請以 \(\text{Pa}\cdot\text{s}\) 輸入 \(\mu\)、以 \(\text{kg/m}^3\) 輸入 \(\rho\),即可得到單位為 \(\text{m}^2/\text{s}\) 的 \(\nu\)。本工具也會一併顯示厘斯(centistokes)方便對照。
溫度如何影響空氣黏度?溫度升高時,動力黏度會略微上升,但密度下降得更快,因此當空氣變熱或變稀薄時,運動黏度會明顯增大。
可以用來計算其他氣體或液體嗎?可以。公式 \(\nu = \dfrac{\mu}{\rho}\) 適用於任何牛頓流體,只要輸入該流體的 \(\mu\) 與 \(\rho\) 即可。