Maß für den Widerstand eines Fluids gegen Scherung oder Fließen; üblicherweise als dynamische Viskosität (η) in Pascal-Sekunden (Pa·s) oder als kinematische Viskosität (ν) in m²·s⁻¹ angegeben, letztere dividiert durch die Dichte.

Prinzip

Dynamische Viskosität charakterisiert den inneren Impulstransport: Schubspannung τ ist proportional zum Geschwindigkeitsgradienten (τ = η du/dy) bei Newtonschen Fluiden; nicht-Newtonsche Fluide weichen mit einer scherratenabhängigen effektiven Viskosität ab.

Demonstration

Wasser bei 20 °C hat eine dynamische Viskosität von etwa 1,002 mPa·s; die Messung des Drehmoments an einer rotierenden Spindel in Öl ergibt seine Viskosität, und der Durchfluss durch eine Kapillare steht im laminarer Strömung via Hagen–Poiseuille-Beziehung mit der Viskosität in Verbindung.

Fehlanwendung

Eine einzelne Viskositätszahl für ein nicht-newtonsches Fluid anzugeben, ohne die Scherrate zu nennen, oder Viskositäten zu vergleichen, die bei unterschiedlichen Temperaturen oder Scherbedingungen gemessen wurden, als wären sie direkt vergleichbar.

Konsequenz

Die korrekte Verwendung von Viskositätswerten ermöglicht Vorhersagen von Strömungsprofilen, Druckverlusten, Mischverhalten sowie Wärme-/Stofftransport in Technik und Prozessgestaltung, wenn Zustandsbedingungen und Rheologie angegeben sind.

Umkehrung

Ideale reibungsfreie Strömung setzt null Viskosität und keine interne Scherdissipation voraus; zwar sinnvoll in manchen Hoch-Reynolds-Analysen, lässt sie viskose Grenzschichten und die energiezerstörende Wirkung realer Viskosität außer Acht.

Abgrenzung

Gilt für Kontinuumsbeschreibungen von Fluiden auf Skalen, auf denen die Bulk-Rheologie anwendbar ist; schließt molekulare Gleiteffekte, seltene Gasregime mit mittlerer freier Weglänge vergleichbar mit Systemdimensionen und nicht angegebene Scher- oder Temperaturabhängigkeit komplexer Fluide aus.

Semantische Spannung

Spannung zwischen einer einzelnen Viskositätsangabe für die newtonsche Annäherung und der vollständigen rheologischen Beschreibung komplexer Fluide (Scherverdünnung, viskoelastisches Verhalten) schafft Mehrdeutigkeit, sofern die Messbedingungen nicht genannt werden.

Synthese

Viskosität quantifiziert den inneren Widerstand eines Fluids gegen eine Scherung; als dynamische Viskosität verbindet sie Schubspannung mit Geschwindigkeitsgradient bei Newtonschen Fluiden und sagt, korrekt charakterisiert (Temperatur, Scherrate), Strömungs- und Transportverhalten voraus.