第一章 流体及其物理性质.ppt

1、1,第一章流体及其物理性质,教学目的： 了解并掌握流体的物理性质。 教学要求： 1.理解流体的概念； 2.记忆水、空气、汞的密度和重度； 3.理解粘性的概念，并掌握牛顿内摩擦定律。 4.熟悉流体的压缩性和膨胀性。 教学内容： 1.流体的概念； 2.流体的密度和重度； 3.流体的压缩性和膨胀性； 4.流体的粘性。,2,第一节 流体的概念,一、流体的特征流动性 在任意微小的剪切力作用下使流体发生连续的剪切变形流动。 能够流动的物质称为流体。流动性是流体的主要特征。 流体可分为液体和气体。,3,第一节 流体的概念,流体与固体的区别,固体的变形与受力的大小成正比；,任何一个微小的剪切力都能使流体发生连

2、续的变形；,一、流体的特征流动性(续),液体与气体的区别,液体的流动性小于气体；,液体具有一定的体积，并取决于容器的形状；气体充满任何容器，而无一定体积。,流体没有固定形状，其形状取决于容器的形状。,流动性,形状不定,4,第一节 流体的概念,一、流体的特征受力特性,流体在静止时不能承受剪切力，抵抗剪切变形。,流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。,只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，发生连续变形而流动。,作用在流体上的剪切力不论多么微小，只要有足够的时间，便能产生任意大的变形。,运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大

3、小（与弹性体的不同之处）。,5,第一节 流体的概念,一、流体的特征受力特性（续）,？,流体是否可以承受拉力、切应力、压力？有无静摩擦力？,6,第一节 流体的概念,微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的 随机性使得流体的各物理量在时间和空 间上的分布都是不连续的。 宏观上：当所讨论问题的特征尺寸远大于流体 的分子平均自由程时，可将流体视为在 时间和空间连续分布的函数。,问题的提出,二、连续介质假说,7,第一节 流体的概念,个分子,1mm3空气 ( 1个大气压，00C),宏观（流体力学处理问题的尺度）上看，流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。 微观（分子自由程的尺度）上看，流体质点

4、是一个足够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。,流体质点概念,二、连续介质假说（续）,宏观 无限小,微观 无限大,8,第一节 流体的概念,流体质点的运动过程是连续的；表征流体的一切特性可看成 是时间和空间连续分布的函数,流体介质是由连续的流体质点所组成，流体质点占 满空间而没有间隙。,连续介质假说,特例,航天器在高空稀薄的空气中的运行 血液在毛细血管中的流动,二、连续介质假说（续）,9,第二节流体的密度和重度,一、流体的密度 单位体积的流体所包含的质量称为密度，用表示。,常压常温下，空气的密度大

5、约是水的 1/800,一般取汞密度为水密度的13.6倍,10,第二节流体的密度和重度,二、流体的重度 单位体积的流体所的受的重力，用表示。,11,第三节流体的压缩性与膨胀性,一、流体的压缩性 流体受压体积减小的性质称为压缩性。,压缩系数,第三节流体的压缩性与膨胀性,13,第三节流体的压缩性与膨胀性,二、流体的膨胀性 流体受温度影响体积变化的性质。,14,第三节流体的压缩性与膨胀性,例11厚壁容器中盛有0.5 m3的水，初始压力为2106 Pa。当压力增至6106 Pa时，问水的体积减少了多少? 解取水的弹性模数E2109 Pa，,体积减少量为,(m3),15,第四节流体的粘性,一、粘性及其表现

6、 运动流体内存在内摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。,16,第四节流体的粘性,形成牛顿内摩擦力物理机理, 分子间的吸引力, 分子运动引起流体层间的动量交换,液体以此为主,气体以此为主,一、粘性及其表现（续）,17,第四节流体的粘性,二、牛顿内摩擦定律,(N/m2),18,第四节流体的粘性,二、牛顿内摩擦定律（续）,19,第四节流体的粘性,二、牛顿内摩擦定律（续）,(1) 粘性切应力与速度梯度成正比；,(2) 粘性切应力与角变形速率成正比；,(3) 比例系数称动力粘度，简称粘度。,20,第四节流体的粘性,三、粘性的度量动力粘度和运动粘度,动力粘度,运动粘度,温度对流体粘度的影响

7、？,动力粘度越大，说明流动阻力越大； 运动粘度越小，说明流动性好。,21,第四节流体的粘性,三、粘性的度量恩氏粘度,E = t/t0 =(0.0732E - 0.0631/E)10-4 (m2/s),理想流体，牛顿流体,22,第四节流体的粘性,例12相距为h=10 mm的两固定平板间充满动力粘度=1.49 Pas的甘油，若两板间甘油的速度分布为u=4000y(h-y)，则 (1) 若上板的面积A=0.2 m2，求使上板固定不动所需的水平作用力F； (2) 求y=h/3和2h/3处的内摩擦应力，并说明正负号的意义。 解 ：(1)=du/dy=4000(h-2y) 设上板处流体所受的内摩擦应 力为

8、0，则上板所受的内摩擦应力0= -0， F = -A0 = -0.240001.49(0.01-20.01) = 11.92 (N) (方向如图示),23,第四节流体的粘性,例12相距为h=10 mm的两固定平板间充满动力粘度=1.49 Pas的甘油，若两板间甘油的速度分布为u=4000y(h-y)，则 (1) 若上板的面积A=0.2 m2，求使上板固定不动所需的水平作用力F； (2) 求y=h/3和2h/3处的内摩擦应力，并说明正负号的意义。 解 ： (2) y =h/3时，=40001.49(0.01-20.01/3) = 19.9(N/m2) y = 2/3 h时，=4 0001.49(0.01-40.01/3) = -19.9 (N/m2),y =h/3,y = 2/3,24,补充例题1,图示油缸尺寸为 d= 12 cm，l14 cm， =0.02 cm，所充油的=0.65 10-1Pas。试求当活塞以速度 v = 0.5 m/s 运动时所需拉力