部分液体的主要物理性质及作用力.ppt

1、第一部分液体的主要物理性质和作用力，一流体的连续介质模型2作用于流体的力(表面力质量力) 3理想流体中的压力与方向无关，为4流体的主要物理性质1 )流体的密度2 )可压缩性和膨胀性3 )流体的粘性5液体的表面张力和汽化压力，一流体的连续介质模型，1， 流体的物理特性在微观上是流体(包括液体和气体)和固体是物质的不同表现形式，它们都具有以下三种物质基本属性： 1、由大量分子组成2、分子不断地进行随机热运动3、分子与分子之间有分子力的作用： 1、相同体积内的分子数、气体比液体3 .气体的分子运动具有较大的自由行程和随机性，液体虽小，但固体分子包围着自己的位置只能微小振动。 从宏命令上看1、固体具有

2、一定的体积和一定的形状2、液体有一定的体积，没有一定的形状3、气体没有一定的体积也没有一定的形状。 1流体的连续介质模型，流体在力学性能上表现出两个特点： 1、由于流体不能承受拉伸力，流体内部永远不存在抗拉变形的拉伸应力。 2 .流体在宏命令平衡态下不能承受剪切力，微小的剪切力将会引起流体的连续变形、平衡破坏、流动。 液体和气体的区别： 1、流变性大小2、可压缩性、1流体的连续介质模型、2、流体的连续介质模型等流体也由无数分子组成，由于分子和分子之间存在空隙，因此，微观上流体不是连续分布的物质。 但是，由于流体动力学没有研究微观分子运动，研究流体的宏命令运动时，必须把流体作为力学模型来假设。

3、1753年欧拉提出了“连续介质模型”的假说，使流体动力学研究摆脱了从流体分子运动水平着手的复杂劳动，开始研究模型化的连续流体介质。 引入诸如差分方程等强大的数学工具，使得整个流体动力学研究得到迅速发展，这与连续介质模型的引入密切相关。 1流体连续介质模型，1，流体质点和微观团概念流体质点是流体中的宏命令尺寸非常小，微观尺寸对一盏茶大的任意物理实体。 流体质点具有(a )流体质点的宏命令尺寸非常小这四层的意义。 用数学术语来说，流体质点所占的宏观体积极限为零。 b )流体质点的显微尺寸一盏茶很大。 微尺寸大于一盏茶是指流体质点的微体积必然大于流体分子尺寸的等级，流体质点内随时间在一盏茶中含有大量

4、的流体分子，各个分子的行为不影响质点整体的统一平均特性。 1mm3体积水： 3.31019分子空气： 2.7 1016分子10-10mm3体积(相当于一粒尘体积)空气： 2.7 106分子，c )流体质点是包含一盏茶分子的物理实体。 任何时候流体质点都应该有一定的宏命令物理量。 例如，流体质点具有质量(质点所包含分子质量之和)，流体质点具有密度(质点质量除以质点体积)； 流体质点具有的温度(质点所包含的分子热运动能量的统计平均值)流体质点具有压力(质点所包含的分子的热运动相互碰撞而每单位面积产生的压力的统计平均值)。 流体质点具有流速、动量、动能、动能等宏命令物理量，d )流体质点的形状可以任

5、意定义。 质点和质点之间可以完全没有空隙，在流体存在的空间中，质点紧密相邻，连绵不断，无处不在。 因此，还引出以下连续媒体的概念。假定构成一流体的连续介质模型、一流体的连续介质模型、二、连续介质模型及其重要性a )流体的最小物理实体不是流体分子而是流体质点，也就是说，流体是无限多、无限小、紧密邻接且由连续的流体质点构成的无间隙的连续介质。 b )连续介质假设的重要性是在：流体中取任意的小微单元部分，当该微单元的体积无限缩小，以某个坐标点为限时，流体微单元成为该坐标点上的流体质点，它在任何时刻都是一定的物理量，例如质量、密度、压力、 因此，连续介质中流体质点的所有物理量都是坐标和时间(x，y，z

6、，t )变量的单值、连续、微函数，可以形成各种物理量的标量场和向量场(也称为流场)，并用连续函数和场论等数学工具研究流体运动和平衡问题。 1流体的连续介质模型，3，连续介质模型的限制性，使用连续介质模型有一定的范围，在某些特殊流程中不适用。 如果正在研究的工程的实际尺寸与分子的自由行程具有相同或接近的数量级，则不能将连续介质作为研究模型使用。 连续介质模型的故障情况：稀薄瓦斯气体火箭在空气稀薄的高空中飞行的冲击波(厚度与瓦斯气体分子的平均自由程程度相同)，第一章流体及其主要物理性质1流体作用在连续介质模型2流体上的力(表面力质量力) 3理想流体中的压力与方向无关4流体的主要物理性质1 )流体的

7、密度2 ) 可压缩性和膨胀性3 )流体的粘性5液体的表面张力和作用于汽化压力、2流体的力这个力，是分离体以外的流体通过接触面作用于分离体的力(压力黏滞力)。 作用于二流体的力(表面力质量力)、二、质量力(体积力)体积力是外力场作用于流体质点的非接触力，也称为质量力。 体积力与周围的微小要素的体积无关，仅与微小要素的体积和与其对应的物理量(质量、电荷等)有关(参照图1-1 )。 每单位质量流体受到的体积力随空间位置和时间而变化，是时间和空间位置的函数。 在流体动力学问题中最常见的体积力是重力。 用静力学方法解决相对静止问题时，必须附加的缠绕惯性力也是体积力的。 显然，重力和惯性力与流体的质量成正

8、比。 另外，在流体上，带电电流体受到的静电力、电流流过的流体受到的电磁力等其他性质的体积力也有可能作用。 第一章流体及其主要物理性质，1流体的连续介质模型2作用于流体的力(表面力质量力) 3理想流体中的压力与方向无关4流体的主要物理性质1 )流体的密度2 )可压缩性和膨胀性3 )流体的粘性5液体的表面张力和汽化压力，3理想流体中的压力与方向无关，而理想流体是静态的b ) 理想流体中任一点流体的静压的大小，与其作用的面在空间中的方位无关，仅是该点坐标的函数。3理想流体中的压力与方向无关，2、证明理想流体中的压力与作用面方向无关，微四面体片体积、微胞体四个面上的作用力都垂直于各个表面，单位质量力向

9、四面体片方向的心理投射，是四面体片加速度向三坐标的心理投射，这是第一章流体及其主要物理性质， 一流体的连续介质模型2作用于流体的力(表面力质量力) 3理想流体中的压力与方向无关，是4流体的主要物理性质1 )流体的密度2 )可压缩性和膨胀性3 )流体的粘性5液体的表面张力和汽化压力、4流体的主要物理性质1、流体的密度、比流体的相对密度，通常是， 由于某流体密度与时水密度之比流体的比容为密度，故数混合瓦斯气体的密度以各成分瓦斯气体所占的体积百分率来补正流体的密度、压力和温度的关系，有4流体的主要物理性质，二、流体的可压缩性和膨胀性流体的相对密度、密度、比体积随温度和压力而变化，其原因是由于流体内部

10、分子之间有间隙。 因此，如果压力变高，分子间距离变小，体积被压缩，另一方面，如果压力减少，温度上升，分子间距离增大，体积膨胀。 一般的流体具有这种可压缩的膨胀性，气体的可压缩性和膨胀性比液体更明显。 4流体的主要物理性质，a )流体的可压缩性系数流体的可压缩性用单位压力引起的体积变化率表示，称为可压缩性系数，用表示。 可压缩性系数的倒数是流体的压缩模量。 在工程中，压缩模量经常用于测量流体的可压缩性大小。 b )流体的膨胀性系数流体的膨胀性用单位温度上升引起的体积变化率来表示，被称为体膨胀系数，用表示。、体积弹性系数、4流体的主要物理性质、可压缩流体和不可压缩流体的可压缩性是流体的基本属性，任

11、何流体都是可压缩的，只是可压缩的程度不同而已。 在工程的实际问题上是否考虑流体的可压缩性因情况而异。 由于液体的可压缩性比较小，液体平衡和运动的大多数问题可以用非压缩流体解决，但液体的完全竞争还有一定的可压缩性，当遇到液体的可压缩性起重要作用的水冲击现象、液压冲击、水中爆炸波的传播等问题时，必须用压缩流体进行分析。 由于气体的可压缩性比较大，所以气体平衡和运动的很多问题需要用可压缩流体理论来处理，但是在低温、低压、低速条件下，有时不考虑气体可压缩性，或者得到的结果没有太大的差别，所以作为近似分析，用非压缩流体理论来处理的话，可以在简化修正计算的同时，达到一定的精度例如，对于低速压缩机、通风机、

12、内燃机的进气系统、低压瓦斯气体输送、低温排烟道等气流修正问题，有时也可以采用非压缩流体理论分析。 四流体的主要物理性质，三，流体的粘性，1，粘性的概念及产生粘性内摩擦力的原因，粘性是流体所具有的重要属性，实际的流体都具有粘性。 仅在流体运动时显示粘性，静止流体不显示粘性。 粘性的作用阻碍流体内部的相对滑动，阻碍流体的流动。 这种阻碍作用只会延缓相对折射的过程，无法消除这种现象。 这是粘性的重要特征。 粘性概念，四流体的主要物理性质，粘性内摩擦力的产生原因，1 )分子间吸引力(粘聚力)的产生阻力由于液体分子间距离小，低速流动时黏滞力的产生主要依赖于分子间引力。2 )由于分子不规则运动动量交换的阻

13、力气体分子间距大、吸引力小、不规则运动强，气体黏滞力的产生主要依赖分子不规则运动的动量交换。 4流体的主要物理性质，牛顿粘性试验如下： 1、流体质点分别附着于上下平板表面，2、流体内部的流体质点均为平行于平板方向的运动，速度变化呈直线分布，3、两板之间各截面的压力不变，4、流体与平板接触面的切向力，牛顿内摩擦规律， 对于流体内部切应力的方向，外法线方向是顺时针旋转，4流体的主要物理性质，上式是流体的牛顿内摩擦定律，其意义是作用于流层的切应力和速度梯度为正的比，比例系数是流体的动力粘度。 关于流体变形与流体粘度的关系，沿速度法线的变化率：4流体的主要物理性质，粘性的表示方法，流体的粘性通常以黏性

14、系数表示，黏性系数以动力粘度、动力粘度、相对粘度、单位速度梯度时摩擦剪切应力的大小、(天使黏性系数)这3种方式表示，工序中的机油以粘度值，即， 油在时的动力粘度平均值、4流体的主要物理性质、流体黏性系数的测定、间接测量法：在该方法中，首先，用机器测定一定量的流体经由某个标准节流孔流出所需的时间(由于黏性系数大，所以黏性系数小，流动快)，然后，使用机器特有的经验方程间接地计算流体的该方法使用的机器我国现在正在采用恩格尔黏性系数修订。 流体黏性系数的测量方法有直接测量法和间接测量法两种。 直接测定法：根据粘性流动理论中的基本公式。 通过测量除此公式的黏性系数以外的所有残奥仪表，直接求出黏性系数。

15、直接测量法的黏性系数修订有滚筒式、毛球拉力赛式、落球式等，该黏性系数修订的测量手段比较复杂且使用方便。 4流体的主要物理性质，3，压力对流体粘度的影响，由于压力变化对分子动量交换的影响极小，压力引起的气体黏性系数变化小，压力增加则分子间距离减少，因此压力对液体粘性的影响相对较大。 低于100气压时，压力变化对液体黏性系数的影响小，可以忽略。 由于高压，气体和液体的黏性系数随着压力的上升而增大。 4流体的主要物理性质，4，温度对流体粘度的影响，水的动力粘度与温度的关系，气体的动力粘度与温度的关系，温度上升后，流体的分子间距离增大，液体的黏性系数随温度上升而减少，气体分子的不规则运动加剧，气体分子

16、动量交换强度增加，4流体的主要物理性质，5， 理想流体和黏性流，1 )所有实际流体都有粘性，粘性给实际流体运动规律的研究带来了几乎无法克服的困难。 2 )由于在实际工程和理论研究中不必考虑粘性的影响，提出了理想流体的概念。 3 )现实世界中不存在理想的流体，那是另一个物理模型，引入的目的是简化流体动力学问题的研究，对流体动力学的发展过程起了重要作用。 4 )在实际流体流动规律的研究中，首先对理想流体进行了理论分析和数学推导，得到了基本规律。 粘性的影响通过试验进行修正。4流体的主要物理性质，6、作用于牛顿流体和非牛顿a )流体的切向应力与其角变形速度的关系符合牛顿内摩擦定律的流体，称为牛顿流体。 b )作用于流体的切向应力和由此产生的角变形速度的关系不符合牛顿内摩擦定律的流体，被称为非牛顿流体。 流体粘度讨论的几个总结，4流体的主要物理性质，4，流体在平衡态时(静止流体，理想流体)，其粘性不能表现。 1 .流体的粘性来源