ch1 流体的基本性质2009

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,*,Chapter One Basic Consideration,流体的基本概念,本章主要内容,流体及其主要物理性质,连续介质模型、理想流体、质点,流体的密度、压缩性、粘性,1-2,流体的特性,1.,物理特性,2.,质点,Particle,3.,连续介质,Continuum,1-2,流体的特性,1.,物理特性,不能承受拉力,任何微小剪应力都会发生连续变形,易流动性,1-2,流体的特性,2.,质点,Particle,有,“,质量,”,，无“体积”,宏观无限小,微观足够大,具有一下的宏观物理量,形状可任意划分,1-2,流体的特性,3.,连续介质,Continuum,定义,引入连续介质的意义,1-3,密度,Density,x,0,y,z,P,常见的密度（在一个标准大气压下）：,4,时的水,20,时的空气,*,*,比容,Specific Volume,相对密度,1-4,压缩性与膨胀性,Compressibility and Expansibility,膨胀系数,Coefficient of Volume Expansibility,在一定,压强,下，体积的变化率与温度的变化成正比,体积模量,Bulk modulus of elasticity,压缩率,Coefficient of Volume Compressibility,在一定,温度,下，密度的变化率与压强的变化成正比,=c :,不可压缩流体,Incompressible fluid,c:,可压缩流体,Compressible fluid,liquid-Incompressible fluid,Gas-compressible fluid,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,一、流体的粘性,1.,粘性的定义,流体内部各流体微团之间发生相对运动时，流体内部会产生摩擦力（即粘性力）的性质。,(1),库仑实验,(1784),库仑用液体内悬吊圆盘摆动实验证实流体存在内摩擦。,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,一、流体的粘性,(,续,),1,.,粘性的,定义,(,续,),(2),流体粘性所产生的两种效应,流体内部各流体微团之间会产生粘性力；,流体将粘附于它所接触的固体表面。,粘性,Viscosity,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,一、流体的粘性,(,续,),2.,牛顿内摩擦定律,(1),牛顿平板实验,当,h,和,u,不是,很大时，两平板间沿,y,方向的流速呈线性分布，,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,一、流体的粘性,(,续,),2.,牛顿内摩擦定律,(,续,),(2),牛顿内摩擦定律,实验表明，对于大多数流体，存在,引入比例系数,，得：,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,一、流体的粘性,(,续,),2.,牛顿内摩擦定律,(,续,),(2),牛顿内摩擦定律,(,续,),粘性切应力与速度梯度成正比；,(2),粘性切应力与角变形速率成正比；,(3),比例系数称动力粘度，简称粘度。,牛顿内摩擦定律表明：,C,D,B,A,d,b,a,dy,dudt,a.,速度梯度的物理意义,角变形速度（剪切变形速度）,vdt,(,v+dv)dt,dvdt,dz,d,流体,与,固体,在摩擦规律上完全不同,正比于,d,v,/d,y,正比于正压力，与速度无关,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,一、流体的粘性,(,续,),流体粘性大小的度量,由流体流动的内聚力和分子的动量交换引起。,(1),动力粘度,(2),运动粘度,3.,粘度,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,一、流体的粘性,(,续,),3.,粘度（续）,(3),粘度的影响因素,温度对流体粘度的影响很大,温度,压力对流体粘度的影响不大，一般忽略不计,液体：,分子,内聚力是产生粘度的主要因素。,温度,分子间距,分子吸引力,内摩擦力,粘度,气体：,分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。,温度,分子热运动,动量交换,内摩擦力,粘度,液体吸引力,T,微观机制：,气体热运动,T,温度对流体粘性的影响,水,气体,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,三、牛顿流体和非牛顿流体,1.,牛顿,流体,2.,非牛顿,流体,符合牛顿内摩擦定律的流体,如水、空气、汽油和水银等,不符合牛顿内摩擦定律的流体,如泥浆、血浆、新拌水泥砂浆、新拌混凝土等。,dv,x,/dy,牛顿流体,o,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）,三,.,牛顿流体与非牛顿流体,0,dv/dy,o,塑性流体,非牛顿流体,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）,拟塑性流体,的,增长率,随,dv,/,dy,的增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等）,dv/dz,o,拟塑型流体,膨胀型流体,的,增长率,随,d,v,/d,y,的增大而增加（淀粉糊、挟沙水流）,dv/dy,o,塑性,(,胀流型,),流体,0,dv/dz,o,膨胀型流体,牛顿流体,拟塑性流体,塑性流体,Example,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,二、粘性流体和理想流体,1.,粘性流体,具有粘性的流体（,0,）。,2.,理想,流体,忽略粘性的流体（,=,0,）。,一种理想的流体模型。,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,同心环形缝隙中的回转运动,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,第一章 绪论,1.5,流体的粘性,一、流体的粘性,(,续,),3.,粘度（续）,(4),粘度的测量,管流法,落球法,旋转法,工业粘度计,h,n,r,1,r,2,流体模型分类,流体模型,按粘性分类,无粘性流体,粘性流体,牛顿流体,非牛顿流体,按可压缩性分类,可压缩流体,不可压缩流体,其他分类,完全气体,正压流体,斜压流体,均质流体,等熵流体,恒温流体,第一章 绪论,1.6,液体的表面性质,一、表面张力,1.,表面张力现象,水滴悬在水龙头出口而不滴落；,细管中的液体自动上升或下降一个高度（毛细管现象）；,铁针浮在液面上而不下沉。,第一章 绪论,1.6,液体的表面性质,一、表面张力（续）,(1),影响球,液体分子吸引力的作用范围大约在以,34,倍平均分子距为半径的球形范围内，该球形范围称为,“,影响球,”,。,2.,表面张力,(2),表面层,厚度小于,“,影响球,”,半径的液面下的薄层称为表面层。,(3),表面张力,（,N/m),液体表面由于分子引力大于斥力而在表层沿表面方向产生的拉力,单位长度上的这种拉力称为表面拉力。,第一章 绪论,1.6,液体的表面性质,二、毛细现象,液体分子间相互制约，形成一体的吸引力。,1.,内聚力，附着力,2.,毛细压强,由,表面张力,引起的附加压强称为毛细压强,当液体同固体壁面接触时，液体分子和固体分子之间的吸引力,第一章 绪论,1.6,液体的表面性质,二、毛细现象（续）,3.,毛细管中液体的上升或下降高度,