流体力学教学课件流体及主要物理性质教学PPT

1、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 n不能保持一定的形状，具有流动性； n受切应力作用时发生连续不断的变形 流动； n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 n液体不可压缩，气体可压缩； n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

2、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 v m dv dm v m lim 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 v g dv dg 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

3、小，可当做不 可压缩流体处理； （2）气体：可压缩流体。 dp v dv p 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： dt v dv t 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

4、 动，从而影响流体的运动状态。 1、牛顿内摩擦定律 u+du u y y x dy u0 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 dy du at dy du u+du a dy b c de a1 b1 c1 d1 udt (u+du)dt d u 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

5、，可见： dudtudtdtduuaadded)( 111 dt ed du 1 变形角速度成正比流体中的切应力与剪切 流体剪切变形角速度 dt d dt tgd dydt ed dy du 1 与流体种类、温度有关，称为 粘度。 ，取正号 ， 取负号。 0 dy du 0 dy du 2、粘度 ，） 称为动力粘度 表示流体粘性大小；相同的条件下，）在（ 粘度的物理意义： 1 2( 1 dy du dy du 动力粘度 国际单位：ns/m2，pa s， mpa s； 物理单位：达因 秒/厘米2=泊（p） 厘泊(cp） 1p=0.1 pa s 1泊100厘泊 1厘泊1 mpa s 运动粘度： 国

6、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： cosd hd 2 4 1 hdd 2 4 cos d h cos4 第三节 作

7、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：gmg 2、惯性力：im a 3、离心惯性力： rmr 2 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：ff/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、z x=fx/m，yfy/m，zfz/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。