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第一章流体主要物理性质课件

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1、工程流体力学第一章流体主要物理性质,主讲：邓晓刚单位：机械工程学院机械电子教研室,在研究流体静止和运动之前，首先要了解流体的内在属性，即流体的物理性质。包括密度、压缩性、膨胀性、粘性等。其中，粘性是流体物理性质中最重要的特性。,前言,第一节流体的概念,凡是没有固定的形状易于流动的物质就叫流体。即液体和气体。流体与固体的差别表现为：固体可以承受拉力、压力和切应力，流体却只能承受压力，几乎不能承受拉力，在极小切应力下就会出现连续的变形流动。,流体与固体的区别,从微观角度看流体和其它物体一样，都是由大量不连续分布的分子组成，分子间有间隙。从宏观角度看流体是在空间和时间上连续分布的介质。,1775年欧拉在建立流体运动的微分方程时，就是采用连续介质这样一个基本假说，并在实践中得到了证实，该假说的合理性。,流体微团（流体质点）：宏观上足够小，微观上足够大的微体积内的流体。,第二节流体的基本物理性质,密度重度相对密度,常见的密度（在一个标准大气压下）： 4时的水20时的空气,热膨胀性和可压缩性,热膨胀性：流体体积随温度升高而增大的性质。它的物理意义是单位温度变化所引起的体积的相对

2、变化率。液体的热膨胀性很小，一般可以忽略不计。气体的热膨胀系数为1/273，不可忽略,压缩性：在一定温度下，流体体积随压强升高而减少的性质。它的物理意义是单位压强变化所引起的体积的相对变化率。（Pa-1）,体积模量：体积压缩率的倒数。,流体的粘性,粘性：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，随之产生阻抗相对运动的内摩擦力,微观机制：分子间吸引力、分子不规则运动的动量交换,牛顿内摩擦定律：,切应力：,数学含义：垂直于流动方向的流速梯度。物理含义：运动流体的剪切变形速率。,角变形速度（剪切变形速度）,速度梯度的物理意义,vdt,(u+du)dt,dudt,dy,d,流体与固体在摩擦规律上完全不同,正比于du/dy,正比于正压力，与速度无关,流体的粘性,dy, 动力粘度、 =/运动粘度系数注意：液体和气体的粘度随温度变化规律不同。,动力粘度和运动粘度,温度,掌握两种粘度的单位计量方式,粘度的测量方法,绝对粘度：毛细管粘度计、旋转粘度计相对粘度：恩氏粘度计测定,与运动粘度的换算关系,例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的

3、速度为1m/s，润滑油的 =0.1Pas。求作用在活塞上的粘性力。,解：,注意：面积、速度梯度的取法,d,D,L,例：旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/min。内外筒间充入实验液体。内筒r1=1.93cm，外筒 r2=2cm，内筒高h=7cm，转轴上扭距M=0.0045Nm。求该实验液体的粘度。,解：,注意：1.面积A的取法； 2.单位统一,h,n,r1,r2,得,解：,注意：1.面积A的取法； 2.单位统一,得,表面张力：由分子的内聚力引起单位：N/m,发生在液气接触的周界、液固接触的周界、不同液体接触的周界,毛细现象：液固接触,液固间附着力大于液体的内聚力,液固间附着力小于液体的内聚力,表面张力和毛细管现象,思考：水和养分为什么能够到达参天大树的枝叶？,第三节作用在流体上的力,流体无论处于运动或平衡状态，都受到各种力的作用。按力的物理性质不同来划分，可分为重力、惯性力、弹性力和粘滞力。按力的作用方式不同，可分为：质量力和表面力两种。,一、质量力,作用在流体每一质点上，其大小与流体质量成正比：G=mg 直线惯性力：I=ma 离心惯性力：这三种力都与液体质量m成正比

4、，且都作用在质点中心上，因而称为质量力,二、表面力,表面力作用于流体的表面上，并与受作用的流体表面积成正比。表面力包括外力和内力。垂直与作用面的力，称为法向力（压力）；平行与流体作用面的，称为切向力（内摩擦力）连续流体中，表面力是在流体表面连续分布的力。因此使用单位面积上的表面力来表述，称为应力。,第四节流体的各种模型,本节主要介绍几个概念：连续介质理想流体：不考虑粘度、可压缩性、膨胀性等物理性质的流体不可压缩流体牛顿流体与非牛顿流体,牛顿流体与非牛顿流体实际流体（0）与理想流体（=0）,牛顿流体与非牛顿流体,牛顿流体服从牛顿内摩擦定律的流体（水、大部分轻油、气体等）假塑性流体的增长率随dv/dz的增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等）塑性流体克服初始应力0后，才与速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂浆、中等浓度的悬浮液等）膨胀型流体的增长率随dv/dz的增大而增加（淀粉糊、挟沙水流）,本章小结,流体的分类：,本章重点：,连续介质假设，牛顿内摩擦定律,思考题：1、流体的基本特性是什么？ 2、粘度的表示方法以及粘度与温度和压力的关系； 3、动力粘性系数和运动粘性系数的区别和联系是什么？ 4、什么是流体的连续介质模型；为何提出连续介质概念？,恩氏粘度计,毛细管粘度计和,旋转粘度计,

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