流体概念及性质.ppt

1、1、1、1.1流体的定义和特征，自然界物质存在的主要形式：固体、液体和气体；流体的定义，流体的定义：在静态平衡中，不能承受张力或剪切力的物体是流体。液体和气体的区别液体的流动性小于气体的流动性；液体有一定的体积，呈容器状；气体填充任何没有一定体积的容器。一、二、二、流体的特性，易流动；机械上只能承受压力，一般不能承受拉力，静止时不能承受剪切力；流体也是物质的基本形式，遵循自然界所有物质运动的普遍规律。1.1流体的定义和特征，a，3，1.2流体的连续介质假设，微观上：流体是由大量具有不规则热运动的分子组成的，分子之间存在间隙，并且在空间上是不连续的。宏观：在一般工程中，研究流体的空间尺度比分子距

2、离大得多。定义：流体被视为由无限分布的流体胶束组成的连续介质，不考虑流体分子之间的间隙。流体胶束必须具备的两个条件必须包含足够的分子；体积必须小。(1)流体连续介质的假设是流体胶束(或流体颗粒)足够小，可以看作是一个几何无量纲点；同时，它在微观上足够大，包含许多分子，它的行为显示了大量分子的统计特性。1.2流体连续体假设，a，5，避免了流体分子运动的复杂性，而只需要研究流体的宏观运动。2.数学工具可以用来研究流体平衡和运动的规律。(连续函数)，2。采用连续流体介质假设的优点，1.2连续流体介质假设，a，6，1。流体密度和每单位体积流体的质量。密度代表物体惯性的物理量。单位：kg/m3，普通流体

3、的密度：水1000 kg/m3，空气1.23 kg/m3，汞136000 kg/m3，均质流体：1.3流体的主要物理性质，非均质流体：1.3.1流体的密度和重量，a，7，均质流体重量：非均质流体重量：其中，流体密度(kg/m3) w4oC水密度(kg/m3)，1.3.1流体密度和重力，a，9，4，流体比容，单位质量流体所占体积，流体密度的倒数。单位：m3/kg，1.3.1流体密度和重力，a，10，5。混合气体的密度，根据每种组分气体的体积百分比计算。其中：1，2，n每种组分气体的密度a1，a2，每种组分气体的体积百分比an，1.3.1流体的密度和重力，a，11，1.3.2流体的可压缩性和膨胀性

4、，1。流体的可压缩性，流体的体积随着压力的增加而减小。1。压缩系数单位压力的增加引起的相对体积变化，2。体积模量a，12，2。流体的膨胀性，以及流体体积随温度升高而增大的特性。1。体积膨胀系数单位温度升高引起的体积相对变化，1.3.2流体的压缩性和膨胀性，a，13工程中不可压缩流体，液体，气体，温度和压力，压缩性和膨胀性影响不大，压缩性和膨胀性影响很大，满足理想气体状态方程，1.3.2液体的膨胀性也很小，一般工程问题不考虑，温度变化大的情况除外。通常，气体的密度随着压力和温度而明显变化。当实际气体小于10兆帕时，它们之间的关系遵循理想气体状态方程。，1.3.2流体的可压缩性和膨胀性，a，15，

5、理想气体状态方程，R气体常数空气R=8.31/0.029=287J/kgK，等温过程：可压缩性，等压过程：膨胀系数，绝热过程：可压缩性，低速(标准状态，v68m/s)气流可以是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，1.3.2流体的可压缩性和膨胀性，a，17，1.3.3粘度流体粘度，1。流体中各种流体胶束之间发生相对运动时的粘度定义。(1)库仑实验(1784)，库仑通过对悬浮在液体中的圆盘的摆动实验证明了流体中存在内摩擦。a，18，(2)流体粘度产生的两种效应；将在流体中的流体胶束之间产生粘性力；液体会附着在它接触的固体表面上。流体的粘度粘

6、度是防止剪切变形和角度变形的一种流体特性。当流体处于静止状态或部件之间的相对速度为零时，流体的粘度就不会出现，其内部摩擦力等于零。a，19，2。牛顿内耗定律，(1)牛顿板实验，当H和U不是很大时，两块板之间的流速在Y方向上是线性的，(1.3.3)流体的粘度，(1，20)，(2)牛顿内耗定律，实验表明，对于大多数流体，存在引入比例系数，得到：角变形速度(剪切变形速度)，vdt，(v dv)dt，dvdt，dz，d，流体和固体之间的摩擦定律是完全不同的，它与dv/dy，正压成正比，与速度无关。22，粘性剪切应力与速度梯度成正比。(2)粘性剪切应力与角变形率成正比；(3)比例系数称为动态粘度，简称粘

7、度。牛顿内摩擦定律表明：1.3.3流体的粘度，a，23，流体粘度的测量是由流体流动的内聚力和分子的动量交换引起的。(1)动态粘度，(2)运动粘度，3。粘度，(3)相对粘度-恩格尔粘度，1.3.3流体粘度，a，24，(3)粘度影响因素，温度对流体粘度影响很大，但温度和压力对流体粘度影响很小，一般忽略不计。液体：温度、分子间距、分子引力、内耗、粘度和气体引起的动量交换：分子热运动是产生粘度的主要因素。温度分子热运动动量交换内耗粘度，1.3.3流体粘度，a，25，水的动态粘度与温度的关系：其中：是零度时的动态粘度。1.3.3流体粘度，其中：c是气体常数，a，26，(4)粘度测量，工业粘度计用管流落球

8、法和旋转法，1.3.3流体粘度，a，2.理想流体，忽略粘性流体(=0)。理想的流体模型。1.3.3流体粘度，a，28、dv/dz，牛顿流体，o，牛顿流体(水，大多数轻质油，气体等。)、3、牛顿流体和非牛顿流体、a、29、非牛顿流体、塑性流体、假塑性流体、膨胀塑性流体。研究非牛顿流体的力和运动规律的科学叫做流变学，a，30，例如：气缸内壁直径D=12cm厘米，活塞直径d=11.96cm厘米，活塞长度L=14cm厘米，活塞往复速度为1米/秒，润滑油速度为0.1帕。找出作用在活塞上的粘滞力。解法：注：取面积和速度梯度的方法，D，L，A，31，例：旋转圆筒粘度计，固定外圆筒，内圆筒转速n=10r/mi

9、n。实验液体填充在内外圆筒之间。内筒=1.93厘米，外筒=2厘米，内筒高=7厘米，转轴扭矩=0.0045纳米。计算实验液体的粘度。，解决方案：注意：1。取a区的方法；2.单位单位、h、n、r1、r2、a、32、1.3.4表面张力和毛细现象，1。表面张力：由分子内聚力单位：N/m引起，发生在液-气接触、液-固接触和不同液体接触的周边表面张力现象：露水、肥皂泡、毛细现象等。a，33，2。表面张力和接触角的概念，单位长度张力的接触角的概念当液体与固体壁接触时，液体表面的一部分在液体和固体壁上形成，该部分与固体壁夹在液体中的部分之间的角度称为接触角。当它是锐角时，当它是钝角时，液体不润湿固体，水和玻璃

10、的表面张力和毛细现象=8090水银=1380，1.3.4，a，34，1.3.4，3。毛细现象：液-固接触时，液体与固体之间的附着力大于液体的内聚力，而液体与固体之间的附着力小于液体的内聚力。凝聚：液体分子之间的吸引力：液体和固体分子之间的吸引力，a，35，毛细现象，玻璃管中的水上升高度h=29.8/d(毫米)，玻璃管中的水银下降高度h=10.5/d(毫米)，工程中常用的压力计的毛细现象经常会引起较大的误差，一般来说，压力计的直径应该是此外，在研究液滴破裂和气泡形成的问题时必须考虑表面张力的影响。a，36，流体力学模型，连续介质流体单元，具有宏观流体特征的最小体积的流体质量，不考虑粘性流体不可压