液体的主要物理性质

液体的主要物理性质第1页，课件共75页，创作于2023年2月1.1液体的基本性质及连续介质的概念1.2液体的密度和容重1.3液体的粘滞性1.4液体的压缩性和膨胀性1.5液体的表面张力1.6液体的相变1.7作用于液体上的力第2页，课件共75页，创作于2023年2月1.1液体的主要物理性质1.1.1液体的基本特征自然界物质存在三种形式

固体

液体气体第3页，课件共75页，创作于2023年2月

流体

固体

液体气体物质第4页，课件共75页，创作于2023年2月

固体

液体气体物质

固定形状和体积内部存在拉力、压力和剪力

不能保持固定形状不能承受拉力，微弱剪力作用下，流体发生变形和流动第5页，课件共75页，创作于2023年2月

固体

液体气体物质压缩和膨胀性小

可压缩和膨胀(但低速空气流动（40～50m/s）气体可视为不可压缩)第6页，课件共75页，创作于2023年2月1.1.2连续介质的概念液体由分子组成，分子之间存在空隙，介质不连续第7页，课件共75页，创作于2023年2月分子间距相当微小现代物理学指出，常温下，每立方厘米水中，约含3×1022个分子，相邻分子间距约3×10－8cm。可见，分子间距相当微小，在很小体积中，包含难以计数的分子。

3×10－8cm第8页，课件共75页，创作于2023年2月水力学中，把液体当作连续介质假设液体是一种连续充满其所占据空间的连续体第9页，课件共75页，创作于2023年2月水力学所研究的液体是连续介质的连续流动第10页，课件共75页，创作于2023年2月

连续介质的概念由瑞士学者欧拉（Euler）1753年首先建立，这一假定在流体力学发展上起到了巨大作用。第11页，课件共75页，创作于2023年2月

如果液体视为连续介质，则液体中一切物理量（如速度、压强和密度等）可视为

空间（液体所占据空间）坐标和时间的连续函数。

研究液体运动时，可利用连续函数分析方法。

第12页，课件共75页，创作于2023年2月

研究液体运动时，可利用连续函数分析方法

第13页，课件共75页，创作于2023年2月

特殊问题：水流掺气

空化水流液体是不连续的第14页，课件共75页，创作于2023年2月1.1液体的主要物理性质1.1.1液体的基本特征

不能保持固定形状易流性：不能承受拉力，微弱剪力作用下流动压缩和膨胀性小1.1.2连续介质的概念液体是一种连续充满其所占据空间的连续体第15页，课件共75页，创作于2023年2月1.1液体的基本性质及连续介质的概念

1.2液体的密度和容重1.3液体的粘滞性1.4液体的压缩性和膨胀性1.5液体的表面张力1.6液体的相变1.7作用于液体上的力第16页，课件共75页，创作于2023年2月1.2液体的密度和容重1密度：

单位体积液体所包含的质量，用ρ表示第17页，课件共75页，创作于2023年2月均质液体：

=式中，M为液体的质量；V为的体积对于非均质液体：

=式中，ΔM为任意微元的液体质量；量纲：ρ=[ML-3]单位：kg·m-3

ΔV为任意微元的液体体积。MVΔM,ΔV

第18页，课件共75页，创作于2023年2月量纲：[F]=[Ma]=[M]·[a]=[M][a]每一个物理量包含量的数值和量的种类用符号[]表示物理量的种类称量纲

例如，F=-Ma则第19页，课件共75页，创作于2023年2月ρ

＝f(p,t)=f(压强，温度）但随温度、压强变化较小，水力学中一般视为常数。用标准大气压下，温度为4（°）时蒸馏水密度计算ρ

＝1000（kg·m-3)第20页，课件共75页，创作于2023年2月第21页，课件共75页，创作于2023年2月若已知均质液体密度和体积，则该液体质量为第22页，课件共75页，创作于2023年2月

但随温度和压强的变化较小ρ

＝f(p,t)=f(压强，温度）水力学的特殊问题,如水击问题，则视为变数第23页，课件共75页，创作于2023年2月2容重（重度）均质液体：

或：

则量纲：[γ]＝[F·L-3]单位：N·m-3或kN·m-3

第24页，课件共75页，创作于2023年2月重力：地球对物体的吸引力称重力，用符号G表示G=Mg式中，g

为加速度。

第25页，课件共75页，创作于2023年2月不同液体重度是不同的γ

＝f(p,t)=f(压强，温度）但随压强和温度的变化甚微，一般工程上视为常数。第26页，课件共75页，创作于2023年2月γ

＝

9800（N·m-3）＝9.8（kN·m-3）取一个标准大气压下的温度为4°c蒸馏水计算，则第27页，课件共75页，创作于2023年2月水的重度（标准大气压下）随温度变化第28页，课件共75页，创作于2023年2月第29页，课件共75页，创作于2023年2月

表0-1几种常见的液体的重度（标准大气压下）液体名称汽油纯酒精蒸馏水海水水银重度（N·m-3）测定温度（°）

水的倍数6664～7350150.68～0.757778.3150.79379800

4

19996～10084151.02～1.029133280013.6第30页，课件共75页，创作于2023年2月1.1液体的基本性质及连续介质的概念

1.2液体的密度和容重1.3液体的粘滞性1.4液体的压缩性和膨胀性1.5液体的表面张力1.6液体的相变1.7作用于液体上的力第31页，课件共75页，创作于2023年2月从运动的液体中取出两个相邻的液层进行分析uδ

两个相邻微元液层受力分析ABτABτBAuABABuBA

平板缝隙中的润滑油流动1.3液体的粘滞性第32页，课件共75页，创作于2023年2月1．粘滞性：

当液体质点（液层）间存在相对运动时

液体质点（液层）间产生

这种性质称液体粘滞性，此内摩擦力称为粘滞力内摩擦力抵抗其相对运动（液体连续变形）或液体在相对运动状态下抵抗剪切变形的能力第33页，课件共75页，创作于2023年2月因：

液体质点（液层）间存在相对运动（快慢）

果：质点间（液层）间存在内摩擦力

（1）方向：与该液层相对运动速度方向相反

（2）大小：由牛顿内摩擦定律决定第34页，课件共75页，创作于2023年2月2．牛顿内摩擦定律：

根据前人的科学实验研究，与液层之间的流速差成正比，液层接触面上产生的内摩擦力（单位面积上）大小，与两液层距离成反比，同时与液体的性质有关。试验成果写成表达式为第35页，课件共75页，创作于2023年2月2．牛顿内摩擦定律

牛顿内摩擦定律式中，μ为液体的动力粘滞系数τ为切应力，方向与作用面平行dudy为流速梯度，y为垂直于流速方向与相对运动方向相反

uδyOu+duyτudyuτBAuABuBAABτAB第36页，课件共75页，创作于2023年2月流速分布曲线第37页，课件共75页，创作于2023年2月切应力方向判断u+duuu+duττu第38页，课件共75页，创作于2023年2月

适用条件：牛顿流体（Newtonianfluid）图牛顿流体的适用条件

τ0du/dyτμ1牛顿流体理想宾汉流体伪塑性流体膨胀性流体

泥浆，血液等

尼龙，橡胶的溶液生面团，浓淀粉等第39页，课件共75页，创作于2023年2月固体的变形从另一个角度分析流速梯度第40页，课件共75页，创作于2023年2月液体的变形第41页，课件共75页，创作于2023年2月图微元水体运动的示意dudtu+duuyτudydy

dθ

故证明:液体的流速梯度即为液体的剪切变形速度第42页，课件共75页，创作于2023年2月故相邻液层之间所产生的切应力与剪切变形速度成正比所以,液体的粘滞性可视为液体抵抗剪切变形的特性剪切变形越大，所产生内摩擦力越大对相对运动液层抵抗越大第43页，课件共75页，创作于2023年2月3．粘滞系数：反映不同液体对内摩擦力的影响系数第44页，课件共75页，创作于2023年2月动力粘滞系数μ量纲：[F.T.L-2]单位：

N·s·m-2＝Pa·s

有时候用:poise(泊)=dyne·s·cm-21poise=0.1N·s·m-2

第45页，课件共75页，创作于2023年2月运动粘滞系数量纲：[L2T-1]单位：

m2·s-1

有时候用:cm2·s-1

1cm2·s-1=1stokes=0.0001m2·s-1ν＝

μ/ρ第46页，课件共75页，创作于2023年2月同一种液体中，粘滞系数(μν)=f(p,t)=随压力和温度变化，但是随压力变化甚微，对温度变化较为敏感。第47页，课件共75页，创作于2023年2月对于水，可采用下列经验公式

式中，t℃水温度，为stokes；ν（cm2/s)第48页，课件共75页，创作于2023年2月下图给出了水和空气的粘滞系数随温度变化曲线。

图水和空气的运动粘滞系数随温度的变化曲线可见：对于水（液体）随温度上升而减少，对于空气其随温度上升增大。原因在于两者分子结构不同。第49页，课件共75页，创作于2023年2月1液体的主要物理性质第50页，课件共75页，创作于2023年2月1.1液体的基本性质及连续介质的概念1.2液体的密度和容重1.3液体的粘滞性1.4液体的压缩性和膨胀性1.5液体的表面张力1.6液体的相变1.7作用于液体上的力第51页，课件共75页，创作于2023年2月1.4压缩性及压缩系数

1．弹性：

当液体承受压力后，体积要缩小，压力撤出后也能恢复原状，这种性质称为液体的弹性或压缩性。液体的压缩性大小用体积压缩系数或弹性系数表示第52页，课件共75页，创作于2023年2月2．体积压缩系数：

pp+dpVV+dV图液体体积的压缩示意式中，β为体积压缩系数，β值越大，液体压缩性越大。解释：“－”表示压强增大，体积缩小，体积增量dV与压强增量dp符号相反，为了保证β是一个整数，前面冠以“－”。第53页，课件共75页，创作于2023年2月液体被压缩时，质量并没有改变，故单位：(m2·N-1)=Pa-1

第54页，课件共75页，创作于2023年2月3．体积弹性系数：

单位：Pa，kPa物理意义：K

越大，液体越不容易压缩

K→∞表示液体绝对不可压缩。

第55页，课件共75页，创作于2023年2月

例如，在温度t=20℃，K＝2.10×106（kN·m-2），即每增加一个大气压，水的体积相对压缩量仅两万分之一。液体是不可压缩第56页，课件共75页，创作于2023年2月

特殊问题必须考虑液体压缩性例如，电站出现事故，突然关闭电站进水阀门，则进水管中压力突然升高，液体受到压缩，产生的弹性力对运动的影响不能忽视。第57页，课件共75页，创作于2023年2月1.1液体的基本性质及连续介质的概念1.2液体的密度和容重1.3液体的粘滞性1.4液体的压缩性和膨胀性1.5液体的表面张力1.6液体的相变1.7作用于液体上的力第58页，课件共75页，创作于2023年2月1.5表面张力1表面张力：

自由面上液体分子受到的极其微小的拉力原因：自由表面上液体分子和两侧分子引力不平衡。

注意：1表面张力不在液体的内部存在，只存在于液体表面

2液体的表面张力较小，一般对液体的宏观运动不起作用可忽略不计。

3某些情况下要考虑。例如，水滴雾化第59页，课件共75页，创作于2023年2月一个金属框AB可以沿着框边直线运动BA一个试验可以证明，表面张力的存在第60页，课件共75页，创作于2023年2月盛有黑颜液体的容器第61页，课件共75页，创作于2023年2月第62页，课件共75页，创作于2023年2月2毛细现象：

盛有液体的细玻璃管叫做测压管。由于表面张力作用玻璃管中液面和与之连同的大容器中的液面不在同一水平面上，这种现象叫毛细现象。图毛细现象hh水水银第63页，课件共75页，创作于2023年2月图玻璃管中毛细管上升值

图毛细现象

hh水水银d第64页，课件共75页，创作于2023年2月1液体的主要物理性质第65页，课件共75页，创作于2023年2月1.1液体的基本性质及连续介质的概念1.2液体的密度和容重1.3液体的粘滞性1.4液体的压缩性和膨胀性1.5液体的表面张力1.6液体的相变1.7作用于液体上的力第66页，课件共75页，创作于2023年2月1.6液体的相变

固体、液体和气体是物质三种形式，在不同压力、温度下可相互转化第67页，课件共75页，创作于2023年2月1.6液体的相变三态界限T＝t+273p第68页，课件共75页，创作于2023年