1 流体的定义与物理性质2011上.ppt

1,工程流体力学电子教案,2,第一章流体的定义与物理性质,1.1流体的定义和特征,1.2流体作为连续介质的假设,1.3流体的密度,1.4流体的压缩性和膨胀性,1.5流体的粘性,1.6液体的表面性质,3,1.1流体的定义和特征,自然界物质存在的主要形态：,一、流体的定义,流体与固体的区别,具有流动性的物体（即能够流动的物体）。,液体和气体是流体,固态、液态和气态,固体的变形与受力的大小成正比；,任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形。,4,1.1流体的定义和特征,一、流体的定义（续）,液体与气体的区别,二、流体的特征,流动性,液体的流动性小于气体；,-在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性,液体具有一定的体积，并取容器的形状；气体充满任何容器，而无一定体积。,5,1.2流体的连续介质假设,微观：流体是由大量做无规则热运动的分子所组成，分子间存有空隙，在空间是不连续的。,宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子距离大得多。,问题的引出：,6,1.2流体的连续介质假设,定义：不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续介质。,流体微团必须具备的两个条件必须包含足够多的分子；体积必须很小。,一、流体的连续介质假设,7,1.2流体的连续介质假设,避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观运动。,2.可以利用数学工具来研究流体的平衡与运动规律。,二、采用流体连续介质假设的优点,8,1.3流体的密度,一、流体的密度,单位体积流体所具有的质量。,密度表征物体惯性的物理量。,单位：kg/m3,常见流体的密度：水1000kg/m3空气1.20kg/m3水银136000kg/m3,均匀流体：,9,1.3流体的密度,二、流体的相对密度,流体的密度与4oC时水的密度的比值。,式中，f流体的密度（kg/m3）w4oC时水的密度（kg/m3）,10,1.3流体的密度,三、流体的比容,单位质量的流体所占有的体积，流体密度的倒数。,单位：m3/kg,11,1.3流体的密度,四、混合气体的密度,混合气体的密度按各组分气体所占体积百分数计算。,式中：1，2，n各组分气体的密度a1，a2，an各组分气体所占的体积百分数。,12,1.4流体的压缩性和膨胀性,一、流体的压缩性,流体体积随着压力（压强）的变化而变化的性质。,1.压缩系数,2.体积模量,单位压力变化所引起的体积相对变化量,13,1.4流体的压缩性和膨胀性,二、流体的膨胀性,流体体积随着温度的变化而变化的性质。,体胀系数：,单位温度增加所引起的体积相对变化量,14,1.4流体的压缩性和膨胀性,三、可压缩性流体和不可压缩性流体,1.可压缩性,2.可压缩流体和不可压缩流体,可压缩流体：考虑可压缩性的流体,不可压缩流体：不考虑可压缩性的流体,流体体积随着压力和温度的改变而发生变化的性质。,15,1.5流体的粘性,一、流体的粘性,1.粘性的定义流体内部各流体微团之间发生相对运动时，流体内部会产生内摩擦力（即粘性力）的性质。,(1)粘性实验,16,1.5流体的粘性,一、流体的粘性(续),1.粘性的定义(续),(2)流体粘性所产生的两种效应流体内部各流体微团之间会产生粘性力；流体将粘附于它所接触的固体表面。并且与固体表面有相同的运动状态附着性假说。,17,1.5流体的粘性,一、流体的粘性(续),2.牛顿内摩擦定律,(1)牛顿平板实验,当h和u不是很大时，两平板间沿y方向的流速呈线性分布，,18,1.5流体的粘性,一、流体的粘性(续),2.牛顿内摩擦定律(续),(2)牛顿内摩擦定律,实验表明，对于大多数流体，存在,引入比例系数，得：,19,1.5流体的粘性,一、流体的粘性(续),2.牛顿内摩擦定律(续),(2)牛顿内摩擦定律(续),粘性切应力与速度梯度成正比；,即粘性切应力与角变形速率成正比；,(2)比例系数称动力粘度，简称粘度。,牛顿内摩擦定律表明：,20,1.5流体的粘性,一、流体的粘性(续),流体粘性大小的度量,由流体流动的内聚力和分子的动量交换引起。,(1)动力粘度,(2)运动粘度,3.粘度,21,1.5流体的粘性,一、流体的粘性(续),3.粘度（续）,(3)粘度的影响因素,温度对流体粘度的影响很大,温度,压力对流体粘度的影响不大，一般忽略不计,液体：分子内聚力是产生粘度的主要因素。温度分子间距分子吸引力内摩擦力粘度,气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。温度分子热运动动量交换内摩擦力粘度,22,1.5流体的粘性,一、流体的粘性(续),3.粘度（续）,(4)粘度的测量,管流法落球法旋转法工业粘度计,23,1.5流体的粘性,二、粘性流体和理想流体,1.粘性流体,具有粘性的流体（0）。,2.理想流体,忽略粘性的流体（=0）。一种理想的流体模型。,24,1.5流体的粘性,三、牛顿流体和非牛顿流体,1.牛顿流体,2.非牛顿流体,符合牛顿内摩擦定律的流体如水、空气、汽油和水银等,不符合牛顿内摩擦定律的流体如牙膏宾汉型塑性流体，泥浆假塑性流体，油漆膨胀性流体。,25,1.6液体的表面性质,一、表面张力,1.表面张力现象,水滴悬在水龙头出口而不滴落；,细管中的液体自动上升或下降一个高度（毛细管现象）；,铁针浮在液面上而不下沉。,26,1.6液体的表面性质,一、表面张力（续）,(1)影响球液体分子吸引力的作用范围大约在以34倍平均分子距为半径的球形范围内，该球形范围称为“影响球”。,2.表面张力,(2)表面层厚度小于“影响球”半径的液面下的薄层称为表面层。,(3)表面张力系数（N/m)液体表面由于分子引力大于斥力而在表层沿表面方向产生的拉力,单位长度上这种拉力称为表面张力系数（N/m)。,27,1.6液体的表面性质,二、毛细现象,内聚力：液体分子