流体力学认识流体流体的性质与特点

流体力学认识流体流体的性质与特点第1页，课件共45页，创作于2023年2月办公室：60272169

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xiaojianglu@卢晓江机械工程学院过程装备与控制工程第2页，课件共45页，创作于2023年2月教学安排总学时：40学时（1）课堂讲授：28学时（2）习题课：6学时（3）实验：4学时（3）专题讲座：2学时第3页，课件共45页，创作于2023年2月工程流体力学贺礼清编著中国石油大学大学出版社2001年6月第1版选用教材第4页，课件共45页，创作于2023年2月工程流体力学（I）赵汉中华中科技大学出版社

2005第1版工程流体力学詹德新王家楣湖北科学技术出版社2001第1版工程流体力学（水力学）闻德荪高等教育出版社2004，第2版流体力学胡敏良武汉工业大学出版社，2000，第1版推荐参考书目第5页，课件共45页，创作于2023年2月预习问题总结听讲是基础思考是关键练习是根本第6页，课件共45页，创作于2023年2月

授课课件习题课课件辅导材料参考书fluids@163.com密码：111100第7页，课件共45页，创作于2023年2月1.

认识流体流体的性质与特点第8页，课件共45页，创作于2023年2月流体和固体的区别是什么?什么是流体?第9页，课件共45页，创作于2023年2月运动变形力物体第10页，课件共45页，创作于2023年2月固体的变形大小与外力成正比流体的变形的大小与外力无确定关系第11页，课件共45页，创作于2023年2月应变作用时间加载卸载恒定外力第12页，课件共45页，创作于2023年2月

在任意量的剪切力作用下将产生持续变形的物质。流体第13页，课件共45页，创作于2023年2月流体流动的奥秘流体的粘性第14页，课件共45页，创作于2023年2月

运动流体具有抵抗剪切变形的能力，这就是粘滞性（简称粘性）。

对于运动的流体，当流体质点间存在相对运动时，由于流体的粘性作用，在流体内部流层之间会出现成对的切力，称为内摩擦力。粘性

第15页，课件共45页，创作于2023年2月

把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中，将圆板绕中心转过一角度后放开，靠金属丝的扭转作用，圆板开始往返摆动，由于液体的作用，圆板摆动幅度逐渐衰减，直至静止。园板分别为普通金属板、涂蜡板和表面粘有细沙板三种。测量比较三种圆板的衰减时间。库仑实验第16页，课件共45页，创作于2023年2月实验结果三种圆板的衰减时间均相等库仑得出结论:

衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互摩擦，而是液体内部的摩擦。第17页，课件共45页，创作于2023年2月牛顿内摩擦定律

下板固定，上板移动，且平板面积有足够大，可以忽略边缘对流体的影响。其中h为两平板间的距离，A为平板面积。第18页，课件共45页，创作于2023年2月牛顿内摩擦定律第19页，课件共45页，创作于2023年2月粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定，而不是由速度决定。粘性切应力由流体元的角变形速率决定，而不是由变形量决定。流体粘性只能影响流动的快慢，却不能停止流动。

由于流体的易变形性，流体与固壁可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固壁上的流体质点与固壁一起运动。壁面不滑移假设壁面不滑移假设已获得大量实验证实，被称为：壁面不滑移条件。第20页，课件共45页，创作于2023年2月运动粘度（m2/s

）(Kineaticviscosity)μ

称为动力粘度，根据牛顿粘性定律可得：

粘度的单位在SI制中是帕斯卡秒（Pa·s),

在物理单位制中为达因·秒／平方厘米（泊,P）1/100泊厘泊CP(centipoise)蒸馏水：1.003CP１cm2/s＝１斯托克斯＝0.0001m2/s第21页，课件共45页，创作于2023年2月液体气体第22页，课件共45页，创作于2023年2月假塑性流体胀塑性流体塑性流体

牙膏油漆牛顿流体

触变性流体胶变性流体第23页，课件共45页，创作于2023年2月粘弹性流体鸡蛋清水鸡蛋清ωω第24页，课件共45页，创作于2023年2月牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体(Newtonianfluid):

剪应力和变形速率满足线性关系，且当变形速率为零时切应力为零。非牛顿流体(Non-Newtonianfluid):

所有不满足牛顿流体关系的流体。第25页，课件共45页，创作于2023年2月液滴与毛细现象表面张力第26页，课件共45页，创作于2023年2月第27页，课件共45页，创作于2023年2月第28页，课件共45页，创作于2023年2月表面内部表面张力使液体表面收缩到最小的趋势相互性第29页，课件共45页，创作于2023年2月

表面张力

(Surfacetension)

当液体与其它流体或固体接触时，在分界面上都产生一个张力，称为表面张力。

表面张力一般用单位长度所具有的张力来表示，称为表面张力系数（σ，N／m）。水在20℃时的表面张力为0.073N／m第30页，课件共45页，创作于2023年2月2Rhh2R2πRσθγπR2hθθ接触角（θ）：θ为锐角，流体浸润壁面。θ为钝角，流体不浸润壁面。第31页，课件共45页，创作于2023年2月第32页，课件共45页，创作于2023年2月作用于流体上的力表面力与质量力第33页，课件共45页，创作于2023年2月

作用于流体上的力表面力又称为面积力，又由于它产生在液体与液体或液体与固体的接触面上，故又称接触力。流体表面力是作用在流体的表面或截面上且与作用面的面积成正比的力。质量力是作用于流体上的每一质点上且与质量成正比的力。第34页，课件共45页，创作于2023年2月表面力：法向应力切向应力(Shearstress)(Normalstress)F第35页，课件共45页，创作于2023年2月质量力（体积力）：

质量力是某种力场作用在全部流体质点上的力，其大小和流体的质量或体积成正比，故称为质量力或体积力。

第36页，课件共45页，创作于2023年2月侧第37页，课件共45页，创作于2023年2月流体流动的特点流体流动的分类第38页，课件共45页，创作于2023年2月流体流动分类

外流流体绕过置于无限流体中的物体，或物体在无界流体运动。（绕物体流动和运动物体）内流流体处于有限固体壁面所限制的空间内流动。（管流）第39页，课件共45页，创作于2023年2月

明渠流动

有自由面的流动。

射流自由流动（不受固体壁面影响）流体流动分类第40页，课件共45页，创作于2023年2月问题与思考第41页，课件共45页，创作于2023年2月

如何判断流体粘性的大小？第42页，课件共45页，创作于2023年2月流动快慢阻力大小第43页，课件共45页，创作于2023年2月

直径10cm的圆盘，由轴带动在一平台上旋转，圆盘与平台间充有厚度δ=1.5mm的油膜相隔，当圆盘以n=50r/min

旋转时，测得扭矩M=2.9