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文档简介

1.1 流体的力学特性和连续介质模型,一、流体的力学特性,在剪切力停止作用时，流体不作任何恢复变形；, 在流体内部压强可向任何方向传递；, 在一定条件下流体内部可形成超乎想象的复杂结构。, 在剪切力持续作用下，流体能产生无限大的变形,流体的力学定义是：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。 流体与固体在宏观力学行为方面的主要差异是流体具有易变形性,易变形性表现在,任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形。,1.1 流体的力学特性和连续介质模型,二、连续介质模型,1 流体质点概念,(2) 将临界体积范围内的分子平均特性赋于此点。,2 连续介质假设： 假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。,(1) 无线性尺度、无热运动的点,不研究复杂的分子运动，而着眼于宏观运动,介质连续，可引用数学方法,好处,分子效应,连续介质,3、应用限制：,分子自由程/几何尺寸0.01,足够小的体积含有足够多的分子,1.2 作用在流体上的力,1 作用力的分类,（1）质量力（体积力）,重力,惯性力,电磁力,流体力学,单位质量流体的质量力,（2）表面力,将 分解为法向 和切向,即压强,（理想或静止流体）,1.3 流体的压缩性和膨胀性,一、流体的压缩性,一定温度下升高一个单位压强时，体积的相对缩小量,： 弹性模量E：Pa,二、膨胀性,一定压强下，温度升高1个单位时体积的相对增加量。,温度膨胀系数,1.4 流体的粘性,1. 流体粘性及内摩擦概念,牛顿在自然哲学的数学原理指出： 相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。, 流体粘性形成原因:,(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成,(2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成,2 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，同这两部分彼此分开的速度成正比”。粘性切应力为：,上式称为牛顿内摩擦定律，它表明：,粘性切应力与速度梯度成正比；,粘性切应力与接触面积成正比；,与流体物性无关；,(4)与接触面压强无关。,牛顿流体和非牛顿流体,速度梯度角变形速度,3 粘度,1）动力粘度 ,粘度的单位是Pas(帕秒）或 kg/ms, 温度对流体粘度的影响很大,气体：T升高，增加，气体粘性由分子不规则热运动产生； 液体： T升高，减小，液体粘性由分子内聚力产生。,理想流体和非理想流体,粘度,2）运动粘度,常温常压下，水和空气的粘度系数分别为,运动粘度的单位是,例：套筒固定，轴均匀旋转，其间隙充满油液，求施于轴上的扭矩。油=900kg/m3；油=2105m2/s；=150s-1；D=100 mm；d=99.5 mm；L=120mm。,解：轴表面 处处相等，切应力产生阻力矩。,=0.5油油d3L/(D-d）,=1.0Nm,q =,油=900kg/m3, 油= 2105m2/s, =150s-1 D=100 mm；d=99.5 mm；L=120mm
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