流体力学教学课件流体及主要物理性质教学PPT.ppt

第一章流体及主要物理性质 第一节流体的概念第二节流体的主要物理性质 一 流体的共性 不能保持一定的形状 具有流动性 受切应力作用时发生连续不断的变形 流动 仅能抵抗压力 不能抵抗拉力和切力 二 液体和气体的不同点 液体不可压缩 气体可压缩 液体在大容器只能占据一定的体积 在上部形成自由分界面 而一定量气体进入大容器能充满容器 不能形成自由表面 三 连续介质模型 真实流体 由分子组成 分子间有空隙 流体力学中引入连续介质假说 流体质点微观上充分大 宏观上充分小的分子团 完全充满所占空间 没有空隙 连续介质假说是流体力学的基础 只有假设流体是连续的 才能引用连续函数的方法来研究流体平衡和运动状态下有关物理参数之间的数量关系 第二节流体的主要物理性质 一 密度 定义 单位体积内流体的质量 均质流体 非均质流体 国际单位 千克 米3 kg m3 二 重度 定义 单位体积内的重量 均质流体 非均质流体 国际单位 牛顿 米3 n m3 相对密度 比重 液体相对密度 液体的重量与同体积的温度4 蒸馏水重量之比 是无因次量 气体相对密度 气体重量与空气的重度之比 三 压缩性和膨胀性 1 压缩性 用体积压缩系数表示 1 液体压缩系数非常小 可当做不可压缩流体处理 2 气体 可压缩流体 特殊情况 对于所研究的流体 是否考虑其压缩性要根据具体条件而定 例1 气体流速68m s 不考虑气体压缩性引起的误差为1 例2研究水击现象要考虑液体的压缩性 长输管道的水击现象 对于新设计的长输管道 都要考虑水击现象 并有水击超前保护 2 膨胀性 定义 在压力不变的情况下 流体温度升高 体积增大 体积膨胀系数 四 粘性 定义 指流体微团发生相对运动时产生切向阻力的性质 是流体抗剪切变形的一种属性 原因 由于分子间吸引力和流体分子与壁面附着力 抵抗液体内部的相对运动 从而影响流体的运动状态 1 牛顿内摩擦定律 u0 切力和阻力是大小相等方向相反的一对力 分别作用在两个流体层的接触面上 这一对力称为内摩擦力 液层间内摩擦力t的大小与液体性质有关 并与流速梯度和接触面积成正比 而与接触面上压力无关 符合内摩擦定律的流体称为牛顿流体 否则称为非牛顿流体 u du ab层的速度为u cd层的速度为u du 两层间垂直距离为dy 经dt时间后a b c d各点分别运动至a1 b1 c1 d1点 可见 与流体种类 温度有关 称为粘度 取正号 取负号 2 粘度 动力粘度国际单位 n s m2 pa s mpa s 物理单位 达因 秒 厘米2 泊 p 厘泊 cp 1p 0 1pa s1泊 100厘泊1厘泊 1mpa s 运动粘度 国际单位 米2 秒 m2 s 物理单位 厘米2 秒 斯 st 沱1沱 100厘沱1斯 100厘斯 cst 3 温度对粘度的影响 液体 温度升高 粘度降低 气体 温度升高 粘度升高 实际流体都有粘性 理想流体忽略其粘性 五 表面张力 定义 在液体和气体接触的自由表面 由于气体分子的内聚力与液体分子有显著差别 使自由表面上的液体分子有向液体内部收缩的倾向 这时沿自由表面有拉紧作用的力 单位长度上的这种拉力定义为表面张力 注意单位 n m 不同液体的毛细现象不同 垂直方向 上升液柱重力 第三节作用在流体上的力 流体质点无论处于运动或平衡状态 都受到各种力 按流体的概念及物理性质可分析作用在流体上的力 按力的表现形式分为质量力和表面力 一 质量力 作用在流体的每一质点上 与作用的流体质量成正比 包括 1 重力 g mg2 惯性力 i ma3 离心惯性力 以上三种力都与流体质量m成正比 都作用在质量中心上 称为质量力 总的质量力以f表示 单位质量力 f f m f在各坐标轴上分力为fx fy fz 单位质量力在各坐标上分力x y zx fx m y fy m z fz m 二 表面力 作用在流体表面 与受作用的流体表面积成正比 包括 外力 作用在流体外表面 内力 作用在流体内部任一表面的力 压力 垂直于作用面 切力 平行于作用面 从以上分析看 流体受质量力和表面力