流體力學(xué)流體特性課件

1、流體力學(xué)流體特性1.1 1.1 流體的力學(xué)特性和連續(xù)介質(zhì)模型流體的力學(xué)特性和連續(xù)介質(zhì)模型一、流體的力學(xué)特性在剪切力停止作用時(shí)，流體不作任何恢復(fù)變形；在剪切力停止作用時(shí)，流體不作任何恢復(fù)變形； 在流體內(nèi)部壓強(qiáng)可向任何方向傳遞；在流體內(nèi)部壓強(qiáng)可向任何方向傳遞； 在一定條件下流體內(nèi)部可形成超乎想象的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在一定條件下流體內(nèi)部可形成超乎想象的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 在剪切力持續(xù)作用下，流體能產(chǎn)生無(wú)限大的變形在剪切力持續(xù)作用下，流體能產(chǎn)生無(wú)限大的變形流體的力學(xué)定義是：流體的力學(xué)定義是：在任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形在任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形的物質(zhì)，稱(chēng)為流體。的物質(zhì)，稱(chēng)為流體。流體

2、與固體在宏觀力學(xué)行為方面的主要差異是流體具有易變形性流體與固體在宏觀力學(xué)行為方面的主要差異是流體具有易變形性 易變形性表現(xiàn)在易變形性表現(xiàn)在任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形。任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形。流體力學(xué)流體特性1.1 1.1 流體的力學(xué)特性和連續(xù)介質(zhì)模型流體的力學(xué)特性和連續(xù)介質(zhì)模型二、連續(xù)介質(zhì)模型1 1 流體質(zhì)點(diǎn)概念流體質(zhì)點(diǎn)概念(2) (2) 將臨界體積范圍內(nèi)的分子平均特性賦于此點(diǎn)將臨界體積范圍內(nèi)的分子平均特性賦于此點(diǎn)。2 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：假設(shè)流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)組成的介質(zhì)。假設(shè)流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)組成的介質(zhì)。(1) (1) 無(wú)線性尺

3、度、無(wú)熱運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)無(wú)線性尺度、無(wú)熱運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)不研究復(fù)雜的分子運(yùn)動(dòng)，而著眼于宏觀運(yùn)動(dòng)不研究復(fù)雜的分子運(yùn)動(dòng)，而著眼于宏觀運(yùn)動(dòng)介質(zhì)連續(xù)，可引用數(shù)學(xué)方法介質(zhì)連續(xù)，可引用數(shù)學(xué)方法好處好處x0yzPvv*vvm分子效應(yīng)分子效應(yīng) 連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)3 3、應(yīng)用限制：、應(yīng)用限制：分子自由程分子自由程/ /幾何尺寸幾何尺寸0.010.01足夠小的體積含有足夠多的分子足夠小的體積含有足夠多的分子流體力學(xué)流體特性1.2 作用在流體上的力 1 作用力的分類(lèi)作用力的分類(lèi)（1）質(zhì)量力（體積力）質(zhì)量力（體積力）BF重力重力慣性力慣性力電磁力電磁力流體力學(xué)流體力學(xué)kZjYiXR單位質(zhì)量流體的質(zhì)量力單位質(zhì)量流體的質(zhì)量力（2）表面力）

4、表面力SF將將 分解為法向分解為法向 和切向和切向SFnFtFnF即壓強(qiáng)即壓強(qiáng)SFPnlim0tF（理想或靜止流體）（理想或靜止流體）流體力學(xué)流體特性1.3 流體的壓縮性和膨脹性流體的壓縮性和膨脹性1一、流體的壓縮性一定溫度下升高一個(gè)單位壓強(qiáng)時(shí)，體積的相對(duì)縮小量 ： 彈性模量E：PadpddpdVV11TddTdvvdTdVV111二、膨脹性一定壓強(qiáng)下，溫度升高1個(gè)單位時(shí)體積的相對(duì)增加量。溫度膨脹系數(shù)流體力學(xué)流體特性1.4 流體的粘性流體的粘性1. 1. 流體粘性及內(nèi)摩擦概念流體粘性及內(nèi)摩擦概念 牛頓在牛頓在自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理指出：指出：相鄰兩層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦作用

5、相鄰兩層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦作用, ,稱(chēng)為粘性力。稱(chēng)為粘性力。 流體粘性形成原因流體粘性形成原因: :(1)(1)兩層液體之間的粘性力主要由分子內(nèi)聚力形成兩層液體之間的粘性力主要由分子內(nèi)聚力形成(2)(2)兩層氣體之間的粘性力主要由分子動(dòng)量交換形成兩層氣體之間的粘性力主要由分子動(dòng)量交換形成流體力學(xué)流體特性2 牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓在牛頓在自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中假設(shè)：中假設(shè)：“流體兩部分由于缺乏潤(rùn)滑而引起流體兩部分由于缺乏潤(rùn)滑而引起的阻力，同這兩部分彼此分開(kāi)的速度成正比的阻力，同這兩部分彼此分開(kāi)的速度成正比”。粘性切應(yīng)力為：粘性切應(yīng)力為： 上式稱(chēng)為上式稱(chēng)為牛頓內(nèi)摩

6、擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律，它表明：，它表明：粘性切應(yīng)力與速度梯度成正比；粘性切應(yīng)力與速度梯度成正比；粘性切應(yīng)力與接觸面積成正比；粘性切應(yīng)力與接觸面積成正比；與流體物性無(wú)關(guān)；與流體物性無(wú)關(guān)；dydV(4)(4)與接觸面壓強(qiáng)無(wú)關(guān)。與接觸面壓強(qiáng)無(wú)關(guān)。牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體和非牛頓流體速度梯度角變形速度速度梯度角變形速度流體力學(xué)流體特性3 粘度粘度1 1）動(dòng)力粘度）動(dòng)力粘度 粘度的單位是粘度的單位是PaPas(s(帕秒）或帕秒）或 kg/mkg/ms s 溫度對(duì)流體粘度的影響很大溫度對(duì)流體粘度的影響很大氣體：氣體：T T升高，升高，增加，氣體粘性由分子不增加，氣體粘性由分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生；規(guī)則熱運(yùn)

7、動(dòng)產(chǎn)生；液體：液體： T T升高，升高，減小，液體粘性由分子減小，液體粘性由分子內(nèi)聚力產(chǎn)生。內(nèi)聚力產(chǎn)生。理想流體和非理想流體理想流體和非理想流體流體力學(xué)流體特性 粘度粘度2 2）運(yùn)動(dòng)粘度）運(yùn)動(dòng)粘度 常溫常壓下，水和空氣的粘度系數(shù)分別為常溫常壓下，水和空氣的粘度系數(shù)分別為 空氣水15/1 運(yùn)動(dòng)粘度的單位是運(yùn)動(dòng)粘度的單位是s/m2scmsm/01. 0/101226 scmsm/15. 0/1015225 水：水：空氣：空氣：流體力學(xué)流體特性例：套筒固定，軸均勻旋轉(zhuǎn)，其間隙充滿(mǎn)油液，求施于軸例：套筒固定，軸均勻旋轉(zhuǎn)，其間隙充滿(mǎn)油液，求施于軸上的扭矩。上的扭矩。 油=900=900kgkg/ /m m3 3； 油=2=2 1010 5 5m m2 2/s/s； =150=150s s-1-1；D D=100=100 mm mm；d d=99.5=99.5 mm mm；L L=120=120mmmm。 D V=d/2 d L d y 0 流體力學(xué)流體特性解：軸表面解：軸表面 處處相等，切應(yīng)力產(chǎn)生阻力矩。處處相等，切應(yīng)力產(chǎn)生阻力矩。dydu=0.5油油 油油 d3L /(D-d）=1.0Nm 2d2dD2ddLq q = = 油=900kg/m3, 油= 2 10 5m2/s, =150s-1D=100 mm；d=99.5 mm；L=120mm流體力學(xué)流體