天津理工大学流体力学1.2流体基本性质.ppt

流体力学,1-2 流体质点和连续介质,一、流体,液体：有体积无形状,气体：无体积无形状,宏观 表象,不能承受拉力,不能承受剪切力（平衡状态下）,力学 性能,一般定义：液体和气体的统称，它们没有一定的形状，容易流动。（现代汉语词典）,力学定义：流体在平衡状态下，不能抵抗任何剪切力。,二、流体质点,微观尺寸足够大,宏观尺寸非常小,有一定的宏观物理量,形状由人为划定,三、连续介质,根据流体连续介质模型，表征流体性质和运动特性的物理量和力学量都是时间和空间的连续函数。,1)可用连续性函数B (x, y, z, t) 描述流体质点物理量的空间分布和时间变化；,2)由物理学基本定律建立流体运动微分或积分方程，并用连续函数理论求解方程。,1-3 密度、比体积和相对密度,比体积：,相对密度：,1-4 压缩性和膨胀性,1. 气体状态方程,主要研究气体的压缩性和膨胀性,令：,则：,2. 膨胀系数,物理意义：压强不变，每增加单位温度所产生的体积相对变化率。,气体：,盖-吕萨克定律,3. 压缩率,物理意义：温度不变，每增加单位压强所产生的体积相对变化率。,气体：,4. 体积模量,物理意义：温度不变，每产生单位体积相对变化率所需的压强变化量。,不可压缩流体,当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。,1-5 流体的粘性,实验,问题： F的大小？ 流体内部的速度分布？,一、牛顿内摩擦定律,自然哲学的数学原理,流体内摩擦的概念最早由牛顿（I.Newton,1687）提出。,牛顿内摩擦假设在过了近一百年后，由库仑（C.A.Coulomb,1784）用实验得到证实。,普通板,涂腊板,细砂板,三种圆板的衰减时间均相等。 库仑得出结论: 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。,壁面不滑移假设,由于流体的易变形性，流体与固壁可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固壁上的流体质点与固壁一起运动或静止。,壁面不滑移条件,说明,此式不仅适用于液体，也适用于气体。 此式表明，流体内有相对运动时，流体内就会产生内摩擦力来抗拒此相对运动。 切应力的大小与流体的粘性以及沿运动垂直方向上的速度梯度dv/dy成正比。,牛顿流体,流体力学所研究的仅限于牛顿流体。,二、流体的粘度,动力粘度,运动粘度,三、粘度的变化规律,液体粘度的本质：分子引力。引力越大，粘度越大；引力越小，粘度越小。,温度升高或压力减小时: 液体分子间平均距离增大，内聚力减小，使粘度相应减小。,温度降低或压力增大时: 液体分子间平均距离减小，内聚力增大，使粘度相应增加。,气体粘度的本质：分子热运动,:平均自由程。自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。,气体粘度的变化规律与液体相反。,四、理想流体,实际流体都具有粘性。当粘性力对流动影响很小时，假设流体没有粘度，这种无粘度的假想的流体模型称为理想流体。引入理想流体模型后，大大简化了流体力学问题的分析和计算。,问题：,1-6 表面张力,一、表面张力的形成,液体和固体接触,当内聚力附着力液体分子有被拉回去趋势，接触面尽可能小液体不能侵润（水银和玻璃接触，水和石蜡接触）,二、毛细现象,当内聚力附着力液体能侵润（水和玻璃接触） 在有细小缝隙、能侵润情况下，液体沿缝隙上升； 在不能侵润情况下，液体沿缝隙下降毛细现象。,水与玻璃的可侵润,水与荷叶的不可侵润,三、汽化压强（蒸汽压）,沸腾：温度升高，分子动能加大