流体主要物性课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,工程流体力学,*,第一章、流体主要物理性质,在研究流体静止和运动之前，首先要了解流体的内在属性，即流体的物理性质。包括密度、压缩性、膨胀性、粘性等。其中，粘性是流体物理性质中最重要的特性。,第一章 流体主要物理性质,在研究流体静止和运动之前，首先要了解流体的内在属性，即流,第一节 流体的概念,凡是没有固定的形状易于流动的物质就叫流体。即液体和气体。,流体与固体的差别表现为,：,固体,：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。,流体,：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。在极小切应力下就会出现连续的变形流动。,第一节 流体的概念 凡是没有固定的形状易于流动的物质,液体和气体的区别：,气体易于压缩,而液体难于压缩；,液体有一定的体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。,液体和气体的共同点,：,两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。,液体和气体的区别： 气体易于压缩,而液体难于压缩；,常见的密度（在一个标准大气压下）：,4,时的水,20,时的空气,第二节 流体的基本物理性质,1.,密度,3.,相对密度,2.,重度,常见的密度（在一个标准大气压下）：第二节 流体的基本物理性质,4.,热膨胀性和可压缩性,1),压缩性：,在一定温度下，流体体积随压强升高而减少的性质。它的物理意义是单位压强变化所引起的体积的相对变化率。（,Pa,-1,）,体积模量：,体积压缩率的倒数。,E,越大,流体越不易被压缩,4.热膨胀性和可压缩性1)压缩性：在一定温度下，流体体积随压,2),热膨胀性,：流体体积随温度升高而增大的性质。它的物理意义是单位温度变化所引起的体积的相对变化率。液体的热膨胀性很小，一般可以忽略不计。气体的热膨胀系数为,1/273,，不可忽略,.,2)热膨胀性：流体体积随温度升高而增大的性质。它的物理意义是,注意：,(a),严格地说，不存在完全不可压缩的流体。,(b),一般情况下的液体都可视为不可压缩流体（发生水击时除外）。,(c),对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为不可压缩流体。,(d),管路中压降较大时，应作为可压缩流体。,注意：,5.,流体的粘滞性,1),粘性,：,在外力作用下，流体微元间出现,相对运动,时，随之产生阻抗相对运动的内摩擦力,.,微观机制：,分子间吸引力、分子不规则运动的动量交换,.,2),牛顿内摩擦定律：,切应力：,数学含义：垂直于流动方向的流速梯度。,物理含义：运动流体的剪切变形速率。,5.流体的粘滞性 1)粘性：在外力作用下，流体微元间出现相,角变形速度（剪切变形速度）,速度梯度的物理意义,vdt,(u+du)dt,dudt,dy,d,流体,与,固体,在摩擦规律上完全不同,正比于,du,/,dy,正比于正压力，与速度无关,dy,角变形速度（剪切变形速度） 速度梯度的物理意义vd,动力粘度、,=/,运动粘度系数,注意：液体和气体的粘度随温度变化规律不同。,3).,粘度,(,动力粘度和运动粘度,),温度,掌握两种粘度的单位计量方式,(P6), 动力粘度、 =/运动粘度系数3).粘度(动,4),粘度的测量方法,法,1:,用粘度计直接测量得出,：,(,绝对粘度,),毛细管粘度计、旋转粘度计,法,2:,用恩氏粘度计测出相对粘度,(,恩氏粘度,),然后用经验公式转换为运动粘度,.,恩氏粘度计测定,200ml,被测液体从恩氏粘度计流出的时间,200ml,，,20,度的纯水从恩氏粘度计流出的时间,50s,无单位,当其,2,时,用上式将恩氏粘度 直接转换为运动粘度,4)粘度的测量方法法1: 用粘度计直接测量得出：(绝对粘度,例：汽缸内壁的直径,D,=12,cm,，活塞的直径,d,=11.96,cm,，活塞长度,L,=14,cm,，活塞往复运动的速度为,1,m/s,，润滑油的,=,0.1Pa,s,。求作用在活塞上的粘性力。,解：,注意：面积、速度梯度的取法,d,D,L,例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm,例：旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速,n=10r/min,。内外筒间充入实验液体。内筒,r,1,=1.93cm,，外筒,r,2,=2cm,，内筒高,h=7cm,，转轴上扭距,M=0.0045N,m,。求该实验液体的粘度。,解：,注意：,1.,面积,A,的取法；,2.,单位统一,h,n,r,1,r,2,得,解：,注意：,1.,面积,A,的取法；,2.,单位统一,得,例：旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/min。内,1),表面张力,当液体与其它流体或固体接触时，在分界面上都产生表面张力，出现一些特殊现象，例如空气中的雨滴呈球状，液体的自由表面好像一个被拉紧了的弹性薄膜等。,表面张力的形成主要取决于分界面液体分子间的吸引力，也称为内聚力。在液体中，一个分子只有距离它约,10,-7,cm,的半径范围内才能受到周围分子吸引力的作用。在这个范围内的液体分子对该分子的吸引力各方向相等，处于平衡状态。但在靠近静止液体的自由表面、深度小于约,10,-7,cm,薄的表面层内，每个液体分子与周围分子之间的吸引力不能达到平衡，而合成一个垂直于自由表面的合力。,6.,表面张力和毛细管现象,1)表面张力6.表面张力和毛细管现象,定义：使液体表面处于拉伸状态的力为表面张力,.,表面张力系数,：单位长度上的表面张力,.,表面张力的产生部位：液、气接触自由表面,液固接触的周界、不同液体接触的周界,表面张力产生的原因：由于内聚力的不同而导致（分子受力不平衡）。,定义：使液体表面处于拉伸状态的力为表面张力.,2),毛细管现象,在毛细管中,表面张力可以引起液面上升或下降,此现象称之为毛细管现象,.,凹上升,h,凸下降,h,液固间附着力大于液体的内聚力,H2O,液固间附着力小于液体的内聚力,(Hg),2)毛细管现象在毛细管中,表面张力可以引起液面上升或下降,此,表面张力在垂直方向的分力与所升高液柱的重量相等时,液柱平衡不再升高,.,即有,:,液柱高度,h:,例题,1-5:P9,表面张力在垂直方向的分力与所升高液柱的重量相等时,液柱,图,1-6,液体在毛细管内上升,(a),湿润管壁的液体的液面上升,流体主要物性课件,图,1-6,液体在毛细管内下降,(b),不湿润管壁的液体的液面下降,图1-6 液体在毛细管内下降 (b) 不湿润管壁的液体的,第三节 作用在流体上的力,流体无论处于运动或平衡状态，都受到各种力的作用。,按力的物理性质不同来划分，可分为重力、惯性力、弹性力和粘滞力。,按力的作用方式不同，可分为：质量力和表面力两种。,第三节 作用在流体上的力流体无论处于运动或平衡状态，都受到各,一、质量力,作用在流体每一质点上，其大小与流体质量成正比：,G= mg,直线惯性力：,离心惯性力：,这三种力都与液体质量,m,成正比，且都作用在质点中心上，因而称为质量力,一、质量力作用在流体每一质点上，其大小与流体质量成正比：G=,二、表面力（近程力）（接触力）,表面力指作用于流体的表面上，并与受作用的流体表面积成正比。,表面力包括外力和内力。,垂直于作用面的力，称为法向力（压力）,P,；,平行于流体作用面的，称为切向力（内摩擦力）,T,连续流体中，表面力是在流体表面连续分布的力。因此使用单位面积上的表面力来表述，称为应力。,二、表面力（近程力）（接触力）表面力指作用于流体的表面上，并,第四节 流体的各种模型,本节主要介绍几个概念：,1.,连续介质,:(,宏观,/,数学分析,),2.,理想流体：不考虑粘度、可压缩性、膨胀性等物理性质的流体,.,3.,不可压缩流体,:,4.,牛顿流体与非牛顿流体,:,第四节 流体的各种模型本节主要介绍几个概念：,牛顿流体与非牛顿流体,牛顿流体,服从牛顿内摩擦定律的流体（水、大部分轻油、气体等）,假塑性流体,的,增长率,随,dv,/,dz,的增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等）,塑性流体,克服初始应力,0,后，,才与速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂浆、中等浓度的悬浮液等）,膨胀型流体,的,增长率,随,dv,/,dz,的增大而增加（淀粉糊、挟沙水流）,牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体服从牛顿内摩擦定律的流体（水,本章小结,流体的分类：,本章重点：,连续介质假设，牛顿内摩擦定律,思考题：,1,、流体的基本特性是什么？,2,、粘度的表示方法以及粘度与温度和压力的关系；,3,、动力粘性系数和运动粘性系数的区别和联系是什么？,4,、什么是流体的连续介质模型；为何提出连续介质概念？,本章小结流体的分类：本章重点：连续介质假设，牛顿内摩擦定律思,恩氏粘度计,恩氏粘度计,毛细管粘度计,毛细管粘度计,旋转粘度计,旋转粘度计,