水的動力黏度和運動黏度

概述

水的黏度是管路尺寸設計、泵浦選型、熱交換器設計和雷諾數計算的重要流體性質。在大氣條件下、溫度低於 100 °C 時，動力黏度（$\mu$）與運動黏度（$\nu$）都會隨溫度升高而顯著下降，且幾乎不受壓力影響。

以下資料適用於飽和壓力下的液態水。就實務用途而言，在低於 100 °C 時，這些資料與大氣壓力下的數值相符。

關鍵公式

動力黏度與運動黏度的關係

$\nu = \frac{\mu}{\rho}$

運動黏度等於動力黏度除以密度。

Vogel–Fulcher–Tammann (VFT) 估算式

$\mu(T) = A \cdot \exp\!\left(\frac{B}{T - C}\right)$

水的擬合常數為：$A \approx 2.414 \times 10^{-5}$ Pa·s、$B \approx 247.8$ K、$C \approx 140$ K。溫度 $T$ 以 Kelvin 表示。此式適用於約 0 °C 至 370 °C 的液態水。

雷諾數

$Re = \frac{\rho \, v \, D}{\mu}$

用於判斷管內流動屬於層流（$Re < 2300$）、過渡流或紊流（$Re > 4000$）。

變量

參考資料

水黏度與溫度的關係 (Celsius)

水黏度與溫度的關係 (Fahrenheit)

互動式圖表

線上水黏度計算器

雷諾數計算器

使用此計算器可估算指定溫度下水在管內流動的雷諾數。動力黏度由來源表格內插取得。

單位換算

動力黏度

運動黏度

還原的原始來源表格

以下表格由原始來源頁面還原，以保留完整的參考資料。

水的動力（絕對）黏度及運動黏度與溫度和壓力的關係

水的動力（絕對）黏度及運動黏度與溫度和壓力的關係

原始來源圖片

以下保留原始來源圖片，以免遺失視覺參考資料。若圖片包含圖表或表格資料，其擷取值已呈現在頁面表格、計算器或互動式圖表中；其餘圖片則保留作為視覺來源參考。

Engineering ToolBox 相關行動應用程式

原始來源包含 Engineering ToolBox 計算器和參考工具的相關行動應用程式章節。該章節的計算內容已由上方的互動式黏度、雷諾數及單位換算計算器呈現。

工程要點

• 溫度範圍：表列的飽和壓力資料適用於 0 °C (32 °F) 至 360 °C (675 °F)。來源頁面的線上計算器註解將範圍延伸至約 370 °C (700 °F)，但圖表數值止於 360 °C / 675 °F。
• 壓力影響：低於 100 °C 時，壓力對黏度的影響可忽略不計。高於 ~200 °C 時，應使用飽和壓力資料，而非大氣壓力假設。
• 管流經驗法則：20 °C 時的運動黏度約為 ~1 cSt。水以 1 m/s 流經 25 mm 管路時，$Re \approx 25{,}000$，已明顯進入紊流區。在相同條件下，60 °C 時的結果為 $Re \approx 53{,}000$。
• 黏度比：80 °C 時的動力黏度約為 10 °C 時的一半。溫控製程必須考量這種顯著變化。
• 雜質：溶解鹽、乙二醇或其他添加劑會顯著改變水的黏度。此處表格僅適用於純水。
• 運動黏度與動力黏度：動力黏度（$\mu$）直接用於動量方程式和雷諾數計算；運動黏度（$\nu$）則便於重力驅動流與明渠流問題使用。

參考資料

• Engineering ToolBox — 水的動力黏度與運動黏度
• IAPWS (International Association for the Properties of Water and Steam) 的水熱物理性質公式。