流体质点与连续介质.ppt

第二节流体质点与连续介质,一、流体的物理属性二、流体质点的概念三、连续介质的概念四、流体的易变形性,一、流体的物理属性,物质的三个基本属性：由大量分子组成；分子不断作随机热运动；分子与分子之间存在着分子力的作用,流体的微观特性,分子运动特性。时间上：随机性；空间上：不连续性。,流体的宏观特性,液体有一定的体积无一定的形状。气体既无一定体积也无一定形状。,流体的微观和宏观特性,流体的微观运动自身的热运动（不是流体力学的研究范围）流体的宏观运动外力引起统计平均值,思考题,下图是否适用于静止流体？A、是B、不是；答案：,选A，因为当前流体处于宏观静止状态，内部分子仍在剧烈运动，只不过所有分子的速度矢量的统计平均值为零。,流体的物理属性,流体在力学性能上表现出的特点流动性：1、流体不能承受拉力，因而流体内部不存在抵抗拉伸变形的拉应力。2、流体在宏观平衡状态下不能承受剪切力，任何微小的剪切力都会导致流体连续变形、平衡破坏、产生流动。,二、流体质点假设,所谓流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。假设：流体质点无线尺度；流体质点具有宏观特性；流体质点的物理量值为周围临界体积范围内物理量的统计平均值。,三、流体连续介质模型,将流体作为由无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质，这就是1755年欧拉提出的“连续介质模型”。在连续性假设之下，表征流体状态的宏观物理量如速度、压强、密度、温度等在空间和时间上都是连续分布的，都可以作为空间和时间的连续函数。,连续介质假设,连续介质假设：流体是由连续分布的流体质点组成的介质。l.可运用连续函数论数学工具描述和分析流体运动。2.连续介质和流体质点假设是对实际流体的数学抽象，就像几何学对自然物图形的抽象一样3.只有在稀薄气体和激波层内等少数情况下，连续介质假设才不适用,思考题,连续介质假设不适用于稀薄气体是因为A、稀薄气体的分子数太少，无法取统计平均值；B、要达到确定的统计平均值的临界体积与物体相比太大。答案：B,四、流体的易变形性,l、流体与固体的分子结构存在差异，流体具有易变形性。2、流体的力学定义：流体不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势。3、流体的易变形性是流体的决定性特征，这决定了流体的许多特征行为：,流体的特征行为,流体易变形是流体的决定性宏观力学特性具体表现为在受到剪切力持续作用时，固体的变形一般是微小的（如金属），或有限的（如塑料），但流体却能产生很大的甚至无限大的变形（力作用时间无限长）,当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分恢复，流体则不作任何恢复。,流体的特征行为,当受到剪切力持续作用时，固体的变形是有限的，流体能产生无限大变形（流动）固体内的切应力由变形量决定（胡克定律），流体内的切应力由变形速率决定（俗称流得快，流得慢）；,通过搅拌改变均质流体微团的排列次序，不影响它的宏观物理性质，强行改变固体微粒的排序无疑将它彻底破坏,例如，搅拌加蜂蜜的水,流体的特征行为,固体摩擦与壁面状况有关，流体与固体表面实现分子量级接触，达到表面不滑移,液体摩擦,流体的特征行为,任意改变匀质流体微团排列次序，不影响其宏观物理性质；流体运动时内部可形成超乎想象的复杂结构（湍流）。,思考题,有人说固体具有确定的形状而流体没有。据此定义常温下一块沥青属于固体还是流体？A、固体；B、流体。答案：,沥青属于流体，常温下沥青在自重作用下仍存在剪切变形趋势，只不过变形过程极为缓慢，短时内觉察不到，经过数月后才变成扁平状。,思考题,固体表面凹凸不