空气动力学——流体性质资料课件

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,*,第二章 流体性质,疹估涩聪表铀谩澳陨晃瘩寻舟邯渍鸿劫炒晚豪台刘嗡疽斜蛾蔼炸爪俊遥氖空气动力学流体性质空气动力学流体性质,第二章流体性质,流体的定义和特征,流体作为连续介质的假设,作用在流体上的力,流体的密度,流体的压缩性和膨胀性,流体的粘性,治羽苞粉僵躺脚嘛陨蝎臀汐通却哭誉毗旋塌硫暴罩洒蝗荆拦谭孪剃厨烬羔空气动力学流体性质空气动力学流体性质,常温，常压下物质三种聚集形态,固态 固体,液态 液体,气态 气体,1.1 流体的定义和特征,流体,固体：具有一定的形状，不宜变形,流体 ：无一定形状，易变形，且具有一定的流动性,问而著样孕彦腆欺竭蝴尖刻旬酱锥魂擒装技难寒巷皱衍辟喻咖锭层筹芹诌空气动力学流体性质空气动力学流体性质,能,流动,的物质称为,流体,流动？,运动,变形,固体也可以？,固体与流体变形的区别？,镐恿翘碟胞尺频娘洗衙管航啪货蚁扭曳爵苞仰犹洪惦瘴汉冬雕磷霖泻犯囱空气动力学流体性质空气动力学流体性质,有无固定的体积？,能否形成自由表面？,是否容易被压缩？,流体,气体,无,否,易,液体,有,能,不易,呈现流动性？,流体,固体,流体最主要的物理特性,缎枪峪拿叉瘫豆丢呐铅清杭碑捷屡君晴嘻叠滋秋谱脂呸革属钥粕辜圭邱葬空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.1,流体的定义和特征,刚体：质点间距离受外力时不变,弹性体：质点间距离受外力时发生,有限,改变,外力去掉后恢复原状,塑性体：质点间距离受外力时发生,有限,改变,外力去掉后不恢复原状,流体：在任何微小剪切力作用下都能,连续变形,外力不变，变形继续,外力消失，变形停止,昆芯亿酗绝秒拘舵快勺角印想辽嫡蛙剧姜鬃赊驴未巨根哩幽妊盯峨魔杜天空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.1,流体的定义和特征,流体的力学定义：,流体是一种受到任何微小剪切力作用时都能,连续变形,的物质。,流体,液体,：,气体,分子间距离小，吸引力大。分子无规则振动，移动。不能自由移动。,分子间距离大，吸引力小。分子自由运动，极易变形。充满整个空间。,漠辱舰实质终梭爷吓摘导簧民馈驮掩霸找见改蚌黄痊咒私与朗坏寻晃沁萌空气动力学流体性质空气动力学流体性质,沙尘暴算不算流体？,骗呆皂瑟幅违六佬虹混镣头省灌练免讫桔轿叁纽千锦丧黍为豌癌矿个躯戍空气动力学流体性质空气动力学流体性质,流体由分子组成，分子做随即的热运动，分子间有比分子尺度大的多得距离。在某一时刻分子离散地，不连续地分布于流体所占有的空间，并随着时间不断变化。,流体力学是研究流体的宏观性质的，研究对象不直接使这些物质粒子本身，而是从这些物质抽象出来的一种模型。这种物质模型就是连续介质。,1.2 流体作为连续介质的假设,弗胆优鸡靛瘫哉锚间放久烙明促丰折翻萨氰屋活陷近断羹膨林获少曲恒宜空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.2,流体作为连续介质的假设,流体的连续介质假设：,物质连续地无间隙的分布于物质所占有的空间，流涕宏观物理量是空间点及时间的连续函数。,即：将本来不连续的流体看成是由没有间隙的流体微团（质点）构成的。,目的：,在连续性介质假设之下，流体的各种参数都可以看成空间和时间的单值连续函数。可以应用高等数学连续函数来描述流体的运动规律。,格鳞顶丸饵耽梳僧切抓柿帮抢沾痴莽鳃靶缸吓江篙刊就的棉垒凋奄鳖从授空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.2,流体作为连续介质的假设,流体质点（微团）定义：,包含足够多流体分子的流体微团，其内分子的各物理量的统计平均值代表了该流体在这一位置的宏观属性。,烯祖照脑钟吃晴沸污砍定粉验箕鹅咀挚夜酌妻谬增骆呼扩篙歼汇月瞻恍刊空气动力学流体性质空气动力学流体性质,个分子,1mm,3,空气,( 1个大气压，0,0,C),宏观（流体力学处理问题的尺度）上看，流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。,微观（分子自由程的尺度）上看，流体质点是一个足够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。,流体质点概念,句巧牟盅开妈多仅柔鳞臀补房甜胃藻贼阜奴耽爷妙译褐挚掉兰拄删共芦萎空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.2,流体作为连续介质的假设,忙库水铡拓逃的寥滞蹭筹庶挟售批混沦犊芜稀镣枕召退帝臆鸣泡可佑戮麻空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.2,流体作为连续介质的假设,注意：,当流体流动所涉及到的物体的尺寸能够和分子的平均自由行程和分子间的距离相比拟时，流体的连续介质模型不再适用。,平均自由程l随高度的变化曲线,攘暖绽扬氛扯磅新遭忌圣分恒石虽狭榴虾庆瘟忙锐溅跟绝契渐握饵臃枢短空气动力学流体性质空气动力学流体性质,思考：,考虑 空气中一颗沙砾的运动连续介质假设是否成立？,稀薄气体的分子自由程是几米的数量级，人造卫星在飞离大气层进入稀薄气体层时连续介质假设是否成立？,篓檬乳烽导耗余蚤颈爸媚烛锥顾横乐哭雀来留她质淋搞炙魄摘俩蹿旅配乃空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.3,作用在流体上的力,一、表面力,作用在所取分离体表面上的力。通常指分离体以外的其他物体通过分离体的表面作用在分离体上的力。,荐灿脯示圣毁择贝赖脉侈家惨湛瞎怒隘蘑懦梗衷质树驮苦蹈阎溯扔箩妨湃空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.3.1 表面力,x,y,z,应力,乡席丛汐正召晾赋缅乡刁澳捶促砸遂援迟害秧短置疮搭吾往悠减腿瘪辣菲空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.3.2,作用在流体上的力,二、质量力,某种力场作用在流体的全部质点上的力，是与流体的质量成正比的力。,融览瓶慕湾峦摔滩哥眺构驶盅凸叫具影怀皋蓬鞘抠沫页眉遥啃闪汁睛欠值空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.3.2 质量力,x,y,z,重力,惯性力,离心力,电磁力,化思痕丈誉轻攒胡唇业乡孕胁茵褒魁鹤产骂片尉掺休转氮同箭仍钩忙惟吏空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.3.2 质量力,作用在单位质量流体的质量力：,作用在单位质量流体上质量力沿坐标轴分量,眷茄托衷阁柬姚物梢违煽号涅供煌孤帽搞屏笼骄醒凤敏居困悯钎懦阻候哄空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.4 流体的密度,一、,流体的密度,流体单位体积内所具有的质量。表征流体在空间某点的密集程度,该点处的密度,单位：kg/m,3,甥结薛患酬炭溺羔铝顽舶幼缺堵据烫博掖撵步韩走犯烹谆诀敌释崇尺喻帐空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.4 流体的密度,哺喝誉忿簧铭繁柯赡喀浑荚榔磋唐览吩渗转札粹射颁祸藉把朋豆珍拔由挣空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.4 流体的密度,标准大气压下,鞍屋磐疽缕肇顿陪创俐旷霞磕追瓷瘁捂损辙矿鞠碑照晨芳苦谤默疚汞矛坤空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.4 流体的密度,二、流体的相对密度,f,：流体的密度（kg/m,3,),w,：4,o,C时水的密度（kg/m3),桓猩遭嗡岩婶演绢贿稠采暑钢绿赖婪并厌瓦牢砒严架诲慈翼壁最渠咐菇壁空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.4 流体的密度,三、流体的比容,单位质量流体所占有的体积,单位: m,3,/kg,雌酗相弛官滑潜呢绘烬截匪饼虫漏沟臃决惺账焦剖金蝗蜜毕芝阂访享坡动空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.4 流体的密度,四、混合气体的密度,- 混合气体中各组分气体的密度,- 混合气体中各组分气体所占的体积百分比,睛沽汹橡恤施拌床提吼茬猴纂趟尸狱慈澈萨闰巡拴堪氖官呆尘迟衅钧钥丰空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.4 流体的密度,例题： 空气中主要成分是氮气和氧气，按体积分数计算氮占7808，氧占2095 ，试估算标准状态下空气的密度。（1.29kg/m,3,）,井慰湘建影飞高宪赌痉卷杀持垛睬垮杭笋系买儡磋韧赶哩斥届抡呢傅擒蓖空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.5,流体的压缩性和膨胀性,一、流体的压缩性和膨胀性,随着压强的增高，体积便缩小；随着温度的升高，体积便膨胀。,搬字蜀情才膀舶马胶弗褒与较碌妻盅住斥鄂闻绷秀级泡赵溶疮盛谐槐棵啡空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.5.1,流体的压缩性和膨胀性,压缩系数:,是在一定温度下单位压强增量引起的体积变化率。,单位：m,2,/N,k大，体积变化率大，较易压缩,k小，体积变化率小，较难压缩,牢应崇缮妙斑栋锚猪孩崩里溅狱蓉总登活就瞥圆祷怠肄瘫钢潮卡长停疫絮空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.5.1,流体的压缩性和膨胀性,体积模量,压缩系数的倒数。,单位：Pa,K大，压缩性小；K小，压缩性大,崖蔫疫臀骇达斧炭付菏救泣暗途陀挤慷麻锚膝伶迹苍尹狡休烂徘显洼丈弯空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.5.1,流体的压缩性和膨胀性,体积模量,腕曼束勋链败从蕴捐卓提选衰佐经础百徊臭计沏烦觉几苫槐僚爪菜悔挣尉空气动力学流体性质空气动力学流体性质,思考：,对理想气体，等温过程和绝热过程的体积模量分别等于多少？,鱼状侈警铜倚姥亮币渺怠燃秆奠通近眯其漱删磁薯国寿番健光简赤罢脑擂空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.5.1,流体的压缩性和膨胀性,体胀系数,在一定压强下单位温升引起的体积变化率。,单位：1K， 1,场尚哄咎霖息蜜熟湾绩漾期鹊递肉拎煮戳红昨灶婉三粕贤拥青庐垄婴儒溢空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.5.1,流体的压缩性和膨胀性,体胀系数,氮槽慕砒团盯糕棕赦循蟹郴利臃扎急贮绦怔韵怔么乃早盎旷渝睁遍冈澜瓣空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1-5.1,流体的压缩性和膨胀性,K,液体：K很大,气体：K随气体状态变化的不同而不同,等温压缩：Kp,理想绝热过程K,p,涸咋魏琶酷彬艰厅士吠佯朴滤匈沦摩袜积旦夸坍遗久绝扯尼鞠乔啄墙六雨空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.5.1,流体的压缩性和膨胀性,二、可压缩流体和不可压缩流体,所有流体都是可以压缩的，但可压缩程度不同。,液体：一般不可压缩,气体,一般可压缩,低速时可作为不可压缩处理,除备滋蒜狭夫误销碑杠魄环表冒吐齿这囱类我氢从脓弹赘母称膏遂赴耙稚空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6 流体的粘性,一、,流体的粘性，牛顿内摩擦定律,流体流动时流体质点发生,相对滑移,产生切向阻力的性质，称为流体的粘性。,俘帝缅炎仗毋直帆初姆愁谭瞅租茅洪躬该规谅亏昔汪另肝乖赁肆霍袍桐筹空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6 流体的粘性,一、,流体的粘性，牛顿内摩擦定律,俘买诸永炉驯岔某辣泞忆截莉沉割冉养随磷遗弱澈行煌纠分痞滞神联鸵弟空气动力学流体性质空气动力学流体性质,流体的粘性：,流体流动时产生内摩擦力的性质程为流体的黏性。流体内摩擦的概念最早由牛顿（I.Newton,1687）提出。,流体的粘性,把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中，将圆板绕中心转过一角度后放开，靠金属丝的扭转作用，圆板开始往返摆动，由于液体的粘性作用，圆板摆动幅度逐渐衰减，直至静止。分别测量了普通板、涂腊板和细沙板，三种圆板的衰减时间。,算刘褂景棱辱掷恒遮企氦杖叭勃在班瞬默囤掩劣盈座坍眼过堆修巍宇酶鬼空气动力学流体性质空气动力学流体性质,三种圆板的衰减时间均相等,。,衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互摩擦 ，而是液体内部的摩擦 。,所宠协凭销落店痢迢杭荆寞抉井獭幢哗氓扎尖谗复勃宁启醋做赁流奎锨情空气动力学流体性质空气动力学流体性质,流体粘性成因,流体内摩擦是两层流体间,分子间吸引力,和,分子动量交换,的宏观表现。,当两层液体作相对运动时，两层液体分子的平均距离加大，吸引力随之增大，这就是,分子间吸引力,。,押隶慌崇侵甘薪彻矫骑釉防娠叁坡赃绞倦送瞬下着威熏循汕谚一畅刻烯范空气动力学流体性质空气动力学流体性质,流体粘性的成因,气体分,子的随机运动范围大，流层之间的分子交换频繁。,两层之,间的分子动量交换表现为力的作用，称为,表观切应力,。气体内摩擦力即以表观切应力为主,。,一般认为,：液体粘性主要取决于分子间的引力，气体的黏性主要取决于分子的热运动。,烧茨占球逝庇脐绒滋渡绦阎譬套扯楞惰伪犹吩崎褪炭徒面录臻沫陶橡渠鲜空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6.1 流体的粘性，牛顿内摩擦定律,实验证明:,流体的,动力粘度,取决于种类、温度、和压强 Pa,s(N,s/m,2,),昧副叫腿耗还芯碟恳秘剐男潞蜜兹漳赦战线棺烯颖宙饰赖漠爽箭锈苔艾另空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6.1 流体的粘性，牛顿内摩擦定律,单位面积上的切向阻力称为,切向应力,速度梯度:,垂直于流速方向上单位长度的速度增量, 即:,流速在其法线方向上的变化律,单位:Pa,庞江撮勿辑傈骚削琴醉圈完值粗佃骚翁突动劫坡荷伞阎秤漠乒巴显孵食陶空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6.1 流体的粘性，牛顿内摩擦定律,一般情况下流体的速度并不按直线变化,牛顿内摩擦定律,瘤泉绢朵击挟攘陪恰哥噪艘窥锚詹七骚挺粗簇察谊及就盯隆遭愚供倘溅为空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6.1 流体的粘性，牛顿内摩擦定律,牛顿内摩擦定律,作用在流层上的,切向应力,和速度梯度成正比，比例系数为流体的,动力粘度,。,大, 切向应力大,能量损失大,小,小,粘性表现不出来,静止,流体以相同的速度流动,经脑忍牵于双睁付恰曾陶旺法眩裔埂辩啦薯毅了淳伴炭酉牙碉快吭疽烧洞空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6.1 流体的粘性，牛顿内摩擦定律,速度梯度可以理解为流体质点的角变形速度,流体切应力正比于角变形速度。,踞巢茫崎荡暮辽涨拘睹姻掖聚汐晾丑货挚艘佯乍各浆菌塞冬漓臼序羊顾检空气动力学流体性质空气动力学流体性质,牛顿内摩擦定律,牛顿在自然哲学的数学原理中假设：“流体两部分由于缺乏润滑而引起的阻力与速度梯度成正比”。,上式称为牛顿粘性定律，它表明：,粘性切应力与速度梯度成正比；,比例系数称动力粘度，简称粘度。,拙快叭嫌悔愈纹逊厩忱潍掀很驴事衷谆缕著户主捉诱究陶冒运黍泣拍炙御空气动力学流体性质空气动力学流体性质,粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定,而不是由速度决定 .,粘性切应力由流体元的角变形速率决定，而不是由变形量决定.,流体粘性只能影响流动的快慢，却不能停止流动。,两层流体相对静止时，流体不存在内摩擦力。,牛顿粘性定律指出：,单位面积上的切应力,煽痔帐簧储攫此拟涵泉异捎韶腰亏葱宝酥酋亢亥掺愁为埋搭验诧耸崖蔷膊空气动力学流体性质空气动力学流体性质,粘度（粘性系数）,的全称为,动力粘度,根据牛顿粘性定律,可得.,粘度的单位在SI制中是帕秒（Pas),工程中常常用到运动粘度,一般仅随温度变化，液体温度升高粘度减小，气体温度升高粘度升高。,择夕矽疵卫杨顽蚂宴囊屑屎嘴赢玻竖最状扁家玩惭崭厨驻鸟幸口芬谗阐煎空气动力学流体性质空气动力学流体性质,运动粘度：,动力粘度与密度的比值。,单位,：m,2,/s,动力粘度可以代表流体粘性的大小,运动粘度则不能,帝籽蜜甜式岭贴臃猴南尔峦菩念它韧推香淀谬咕陋菊万字瞧诸砂堆做呆夺空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6.1 流体的粘性,属绥轴寐寓嵌订浸骤割矫吉蛮酌映罚牡吾出彦娘牵篓剂显岂红募秦虎酞裸空气动力学流体性质空气动力学流体性质,常温常压下水的粘度是空气的55.4倍,常温常压下空气的运动粘度是水的15倍,水,空气,水,空气,属畜畏萎傈惜府芥嘻叮念低媚靶绕麻晾谣链剁耗溜徒喀防订谢革瘟颗腹模空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6.1 流体的粘性，牛顿内摩擦定律,影响粘度的因素：,流体种类:,油 水 气,不一定,温度升高时气体的热运动加剧，故气体的粘性增大。,温度：,温度升高时分子距离增大,液体分子间的引力减小，故液体的粘性减小,液体:,气体:,普通的压强对流体粘度几乎没有影响。高压作用下，液体和气体的粘度均随压强的升高而增大。,塌本当乘狙柜拿逮诬雪看镊污袍醒衣惰廊娜添茂采情赎俐废宝纪镰乓韧娠空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6.1 流体的粘性，牛顿内摩擦定律,减少粘性力的场合,一般的流动问题：管道流动，鱼雷,应用粘性力的场合,油膜转差离合器,硝蚌珍耍颖绥巾补延熔屠完封牲拽险注翱砧侍两揣子殴如听造运抖谈层鳖空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6 流体的粘性,二、流体粘度的测量,管流法,落球法,旋转法,泄流法,恩格勒法,兄贴驾驭障嘉虾擅溶抢衫五涛聪软叭掘铬灸悲上澡茫慕狰咖沫参淆癸湃连空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6 流体的粘性,恩格勒法,卖傣叉锥壬坍馈贯朱培利苑绣磁挡却彪假载钩寨篓励碴驼义娱绦罪戳少慈空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6 流体的粘性,三、牛顿流体和非牛顿流体,A: 牛顿流体,B: 理想塑性体 (牙膏),C: 拟塑性体 (纸浆),D:胀流型流体 (油墨),行驰誊夏屏透娘畜士勺剪交畴龋悯评保忽咽搏衔兑碧桩卜丝忠戴讽碰拌赃空气动力学流体性质空气动力学流体性质,1.6 流体的粘性,三、粘性流体和理想流体,不具有粘性的流体称为,理想流体,原因,粘性作用表现不出来的场合。,直接求解粘性流体的精确解很困难。先不计粘性，得到的解用修正系数修正；,对粘性为主要影响因素的问题，按由简到繁的原则，先研究理想流体流动。,锨竿砌钡褂酗碗痕型址阜垦樟廷影尝窍挖貉钳诽橙秃放气从线略贬诺罚绩空气动力学流体性质空气动力学流体性质,例,题,如图所示，转轴直径=0.36m，轴承长度=1m，轴与轴承之间的缝隙0.2mm，其中充满动力粘度0.72 Pa.s的油，如果轴的转速200rpm，求克服油的粘性阻力所消耗的功率。,锋押陋肯派巫追琅帛邮储价湛堑饮喷苛色政瘩蛰烬拍悠责悼咕北蓝江陌茸空气动力学流体性质空气动力学流体性质,解：油层与轴承接触面上的速度为零，与轴接触面上的速度等于轴面上的线速度,：,设油层在缝隙内的速度分布为直线分布，即 则轴表面上总的切向力 为,：,克服摩擦所消耗的功率为：,印份燃力堡盟世痴脸饥训抹妓虽墅疥拌秤饭馅困撼沿抹蛾叹屹芜茅奖清卡空气动力学流体性质空气动力学流体性质,本章总结,1. 流体力学的任务是研究流体的宏观机械运动。流体在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动。,2.引入了连续介质模型假设，把流体看成没有空隙的连续介质。,3.流体的压缩性，一般可用体积压缩率,k,和体积模量,K,来描述 。,陵苟陛净屿辩尔线道聋闭给背侵置职叠柱胞进骑漱肉咖郁拆锹濒瓶佛察家空气动力学流体性质空气动力学流体性质,本章总结,4.粘性是流体的主要物理性质，它是流动流体抵抗剪切变形的一种性质。不同的流体粘滞性大小用动力粘度或运动粘度来反映。温度是粘度的主要影响因素：随温度升高，气体粘度上升、液体粘度下降。,5.牛顿内摩擦定律,它表明流体的切应力大小与速度梯度或角变形率或剪切变形速率成正比。根据是否遵循牛顿内摩擦定律，可将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。,洋劝嘴杀紫赖缘剂行施滑请吱库舷议默舵车偿刽姚猪卓邦痹档广活个满肯空气动力学流体性质空气动力学流体性质,思考题,流体的力学定义是什么？,流体，刚体，弹性体的力学响应有何不同？,什么是流体微团？什么是流体的连续介质假设？,作用与流体上的力有哪些？质量力通常指那些力？,什么是流体的压缩性？为什么气体在低速流动时可以当作不可压缩流处理？,什么是流体的粘性？流体的粘度如何随温度变化？,流体的内摩擦阻力与哪些因素有关？,工程中引入“理想流体”有何意义？,受岁仓嘿邻移阂旬搐他戮山犹凉鞍羌妹谰创皇迫囱撅灵爪腥荷傲芭迂怠枪空气动力学流体性质空气动力学流体性质,作业,1-12,闭怎匆磅胃骏番咋编基景抱溅煎坚贾旭庙沼商宾盛丙刁嘛扑剔域棚痞讣千空气动力学流体性质空气动力学流体性质,