คุณสมบัติของของไหล (ความหนาแน่นและความหนืด)

ในการวิเคราะห์ของไหล ไม่ว่าจะเป็นน้ำในโครงข่ายท่อทางวิศวกรรมโยธา น้ำมันในเครื่องยนต์ทางกล หรือสารตั้งต้นในโรงงานกระบวนการทางเคมี วิศวกรจะอาศัยคุณสมบัติอินเทนซีฟ (intensive properties) พื้นฐานที่อธิบายว่าของไหลนั้นกักเก็บมวลและต้านทานการไหลอย่างไร

คุณสมบัติด้านมวลและน้ำหนัก

ความหนาแน่น (Density, $\rho$): มวลของของไหลต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร สำหรับน้ำของเหลวที่สภาวะมาตรฐาน $\rho \approx 1000 \text{ kg/m}^3$ $\rho = \frac{m}{V}$

น้ำหนักจำเพาะ (Specific Weight, $\gamma$): น้ำหนักของของไหลต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ซึ่งสัมพันธ์โดยตรงกับความหนาแน่นผ่านความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ($g$) $\gamma = \rho g$ สำหรับน้ำ $\gamma \approx 9.81 \text{ kN/m}^3$

ความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity, $SG$): อัตราส่วนระหว่างความหนาแน่นของของไหลต่อความหนาแน่นของของไหลอ้างอิง (มักใช้น้ำที่อุณหภูมิ $4^\circ\text{C}$ สำหรับของเหลว) เป็นค่าที่ไม่มีหน่วย $SG = \frac{\rho}{\rho_{H_2O}}$

ความหนืด (Viscosity)

ความหนืดคือความต้านทานภายในของของไหลต่อการไหลหรือการเสียรูปจากแรงเฉือน ให้คิดเสียว่ามันคือ "ความเสียดทาน" ของของไหล

ความหนืดพลวัต (Dynamic Viscosity, $\mu$): หรือที่เรียกว่าความหนืดสัมบูรณ์ เป็นค่าที่เชื่อมโยงความเค้นเฉือนที่กระทำ ($\tau$) เข้ากับเกรเดียนต์ความเร็ว (อัตราความเครียดเฉือน, $du/dy$) ในของไหล ตามกฎความหนืดของนิวตัน: $\tau = \mu \frac{du}{dy}$ หน่วย SI สำหรับความหนืดพลวัตคือ ปาสกาล-วินาที ($\text{Pa}\cdot\text{s}$) หรือ $\text{kg}/(\text{m}\cdot\text{s})$

ความหนืดคิเนมาติก (Kinematic Viscosity, $\nu$): บ่อยครั้งที่ความหนืดพลวัตจะปรากฏในสมการกลศาสตร์ของไหลโดยถูกหารด้วยความหนาแน่นของของไหล อัตราส่วนนี้ถูกกำหนดให้เป็นความหนืดคิเนมาติก $\nu = \frac{\mu}{\rho}$ หน่วย SI สำหรับความหนืดคิเนมาติกคือ $\text{m}^2/\text{s}$