第一章、流體物理性質(zhì)

1、第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì) 作用在流體上的力作用在流體上的力 流體的定義和特征流體的定義和特征 流體的力學(xué)模型流體的力學(xué)模型第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)第一章第一章 緒論緒論教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求1、明確流體力學(xué)課程的性質(zhì)和任務(wù)。、明確流體力學(xué)課程的性質(zhì)和任務(wù)。2、了解流體的基本特征，連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念和在流體力學(xué)研、了解流體的基本特征，連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念和在流體力學(xué)研究中的作用。究中的作用。3、理解流體幾個(gè)主要物理性質(zhì)的特征和度量方法，、理解流體幾個(gè)主要物理性質(zhì)的特征和度量方法

2、，重點(diǎn)掌握流體的粘重點(diǎn)掌握流體的粘滯性，包括牛頓內(nèi)摩擦定律及其適用條件。滯性，包括牛頓內(nèi)摩擦定律及其適用條件。4、了解質(zhì)量力、表面力的定義，理解單位面積表面力（壓強(qiáng)、切應(yīng)力）、了解質(zhì)量力、表面力的定義，理解單位面積表面力（壓強(qiáng)、切應(yīng)力）和單位質(zhì)量力的物理意義。和單位質(zhì)量力的物理意義。學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)1、連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念。、連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念。2、流體的基本特征和主要物理性質(zhì)，特別是流體的粘滯性和牛頓內(nèi)摩、流體的基本特征和主要物理性質(zhì)，特別是流體的粘滯性和牛頓內(nèi)摩擦定律及其應(yīng)用條件。擦定律及其應(yīng)用條件。3、作用在流體上的兩種力。、作用在流體上的兩種力。第第1 1章章 流體及其主要物

3、理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)1.1 1.1 流體的定義和特征流體的定義和特征第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)1.1 1.1 流體的定義和特征流體的定義和特征第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)Fma 1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)1.2.1 1.2.1 慣性、慣性、第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)mV1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)31000/kg m3313.6 10/kg m3/kg m0limVmdmVdV 95096097098099010001010020406

4、0801001203 ( kg/m ) T ( C)溫度與水的密度關(guān)系第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)Gmg1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)GmggVV第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)11.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)wwVdV第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)/dV Vdp 壓縮性用體積壓縮系數(shù)壓縮性用體積壓縮系數(shù)表示表示(1/(1/Pa) )。1.2.2 1.2.2 壓縮性：壓縮性：指流體受壓指流體受壓, ,體積縮小體積縮小, ,密度增大密度增大, ,除去外力后能恢

5、復(fù)原狀的性質(zhì)除去外力后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)膨脹性：膨脹性：指流體受熱指流體受熱, ,體積膨脹體積膨脹, ,密度減小密度減小, ,溫度下降后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)溫度下降后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)1.壓縮性壓縮性 體積體積壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)指恒溫下液體體積的相對(duì)縮小值與壓強(qiáng)增值之比。指恒溫下液體體積的相對(duì)縮小值與壓強(qiáng)增值之比。 壓強(qiáng)增大時(shí)體積縮小，所以加一個(gè)負(fù)號(hào)來確保壓縮率為正值。壓強(qiáng)增大時(shí)體積縮小，所以加一個(gè)負(fù)號(hào)來確保壓縮率為正值。1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)/ddp 流體壓縮時(shí)其質(zhì)量并不改變，故流體壓縮時(shí)其質(zhì)量并不改變，故(

6、)0dmdVdVVddVdV 故故所謂彈性模量所謂彈性模量K(Pa)，乃體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，即，乃體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，即1K 水的壓縮性和膨脹性很小，在一般情況下可忽略不計(jì)，只有在水的壓縮性和膨脹性很小，在一般情況下可忽略不計(jì)，只有在某些特殊情況下，如水管閥門突然關(guān)閉時(shí)所發(fā)生的水擊現(xiàn)象，自然某些特殊情況下，如水管閥門突然關(guān)閉時(shí)所發(fā)生的水擊現(xiàn)象，自然循環(huán)的熱水采暖系統(tǒng)等問題時(shí)，才需考慮其水的壓縮性和膨脹性。循環(huán)的熱水采暖系統(tǒng)等問題時(shí)，才需考慮其水的壓縮性和膨脹性。 1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)2.膨脹性膨脹性 膨脹性用體積膨脹系數(shù)表示，在一定壓強(qiáng)下，單位溫升所引起

7、膨脹性用體積膨脹系數(shù)表示，在一定壓強(qiáng)下，單位溫升所引起的體積變化率的體積變化率(1/K)(1/K)。/dV VddTdT 第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)pRT 氣體具有明顯的壓縮性和膨脹性。常用氣體的密度、壓強(qiáng)和溫氣體具有明顯的壓縮性和膨脹性。常用氣體的密度、壓強(qiáng)和溫度三者之間的關(guān)系，相當(dāng)符合理想氣體狀態(tài)方程，即度三者之間的關(guān)系，相當(dāng)符合理想氣體狀態(tài)方程，即 式中，式中，p-為氣體的絕對(duì)壓強(qiáng)；為氣體的絕對(duì)壓強(qiáng)； T-為氣體熱力學(xué)溫度；為氣體熱力學(xué)溫度； R-為氣體常數(shù)，空氣的氣體常數(shù)是為氣體常數(shù)，空氣的氣體常數(shù)是287J/287J/（kgkgK K）。）。1.2 1.

8、2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)1.2.3 1.2.3 第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì) 一、一、流向快層慢層yuu+dudyy流向快層慢層yuu+dudyy流體粘性示意圖流體粘性示意圖第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì) 2/N m第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)表明，相鄰

9、流層接觸面的單位面積上所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)表明，相鄰流層接觸面的單位面積上所產(chǎn)生的二、二、引入比例系數(shù)為引入比例系數(shù)為dduydduy式中，式中， 為為動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱粘度粘度。 為為流速梯度流速梯度。dduy上式即為上式即為牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律，它可表述為：作層流做運(yùn)，它可表述為：作層流做運(yùn)動(dòng)的流體，相鄰流層間單位面積上所作用的內(nèi)摩擦力，動(dòng)的流體，相鄰流層間單位面積上所作用的內(nèi)摩擦力，與流速梯度成正比，與流體的性質(zhì)有關(guān)。與流速梯度成正比，與流體的性質(zhì)有關(guān)。內(nèi)摩擦力，即切應(yīng)力內(nèi)摩擦力，即切應(yīng)力1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)dduFAAy第第1 1章章

10、流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)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；(2)(2)粘性切應(yīng)力與角變形速率成正比；粘性切應(yīng)力與角變形速率成正比；(3)(3)比例系數(shù)比例系數(shù) 稱動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度稱動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度(Pa.s(Pa.s) )。duddydt() /ddudtdudtdtdydyCDBAdbadydudt牛頓內(nèi)摩擦定律表明：牛頓內(nèi)摩擦定律表明：(4)(4)運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度 (m(m2 2/s)/s)1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)溫度對(duì)流體粘度的影響很大，壓強(qiáng)對(duì)流體粘度的影

11、響溫度對(duì)流體粘度的影響很大，壓強(qiáng)對(duì)流體粘度的影響不大，一般忽略不計(jì)。不大，一般忽略不計(jì)。粘度的影響因素粘度的影響因素T（） (10-3Pas) (10-6m2/s)T（） (10-3Pas)(10-6m2/s)01.7921.792400.6560.66151.5191.519450.5990.605101.3081.308500.5490.556151.1401.140600.4690.477201.0051.007700.4060.415250.8940.897800.3570.367300.8010.804900.3170.328350.7230.7271000.2840.2961.2

12、1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)水的粘度隨溫度的變化第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)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液體氣體粘度o 溫度壓強(qiáng)對(duì)流體粘度的影響不大，一般忽略不計(jì)壓強(qiáng)對(duì)流體粘度的影響不大，一般忽略不計(jì)內(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素。內(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度溫度分子間距分子間距分子吸引力分子吸引力內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力粘度粘度分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換是產(chǎn)生粘度的主要因素。分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換是產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度溫度分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)量交換動(dòng)量交換內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力粘度粘度 粘度的影響因素粘度的影響因素1.2 1

13、.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)三、牛頓流體和非牛頓流體三、牛頓流體和非牛頓流體1.1.牛頓牛頓 2.2.非牛頓非牛頓 dudyo0膨脹性流體賓漢型塑性流體牛頓流體假塑性流體符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體如水、空氣、汽油和水銀等如水、空氣、汽油和水銀等不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體如泥漿、血漿、新拌水泥砂漿、新拌混凝土等。如泥漿、血漿、新拌水泥砂漿、新拌混凝土等。1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)例題

14、例題1：一平板在油面上做水平運(yùn)動(dòng)（如圖所示），已知平板的運(yùn)動(dòng)一平板在油面上做水平運(yùn)動(dòng)（如圖所示），已知平板的運(yùn)動(dòng)速度為速度為u=40cm/s=40cm/s，油層的厚度，油層的厚度=5mm=5mm，油的動(dòng)力粘度，油的動(dòng)力粘度=0.1Pa=0.1Pas s，求作，求作用在平板上的切應(yīng)力。用在平板上的切應(yīng)力。 解：解：由題意可知：直接與平板接觸的由題意可知：直接與平板接觸的油層附在平板上，隨平板一起運(yùn)動(dòng)，與油層附在平板上，隨平板一起運(yùn)動(dòng)，與y油u之相鄰的下面油層，作用在該層上的切應(yīng)力（方向與平板運(yùn)動(dòng)方向之相鄰的下面油層，作用在該層上的切應(yīng)力（方向與平板運(yùn)動(dòng)方向相反）等于作用在平板上的切應(yīng)力。相反）等

15、于作用在平板上的切應(yīng)力。 因?yàn)橛蛯拥暮穸纫驗(yàn)橛蛯拥暮穸群苄。鲗拥牧骶€很小，流層的流線分布可近似看做直線分布，即分布可近似看做直線分布，即duudy2400.18(/)0.5duuN mdy由牛頓內(nèi)摩擦定律由牛頓內(nèi)摩擦定律1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)1.2.5 1.2.5 1.1.液體的表面張力液體的表面張力 在液體的自由表面上，由于分子間引力作用的結(jié)果，產(chǎn)生了及其在液體的自由表面上，由于分子間引力作用的結(jié)果，產(chǎn)生了及其微小的拉力，這種拉力稱之為表面張力。微小的拉力，這種拉力稱之為表面張力。2.2.毛細(xì)管現(xiàn)

16、象毛細(xì)管現(xiàn)象 直徑很小兩端開口的細(xì)管豎直插入液體中，由于表面張力的作用，直徑很小兩端開口的細(xì)管豎直插入液體中，由于表面張力的作用，管中的液面會(huì)發(fā)生上升或下降的現(xiàn)象，稱之為毛細(xì)管現(xiàn)象。管中的液面會(huì)發(fā)生上升或下降的現(xiàn)象，稱之為毛細(xì)管現(xiàn)象。1.2 1.2 流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì) 如果您有任何問題，如果您有任何問題，請(qǐng)毫不猶豫地提出請(qǐng)毫不猶豫地提出 ! !In case of you have any In case of you have any question, DO NOT question, DO NOT hesi

17、tate to ask me !hesitate to ask me !第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)作用在流體上的力有兩種：作用在流體上的力有兩種：表面力和質(zhì)量力表面力和質(zhì)量力一、表面力一、表面力 應(yīng)力即單位面積上的表面力。應(yīng)力即單位面積上的表面力。FFAFpT 表面力是作用于流體的表面，并與受作用的表面面積成比例的力，表面力是作用于流體的表面，并與受作用的表面面積成比例的力，常用應(yīng)力來度量。常用應(yīng)力來度量。0limPPnAFdFpAdA0limTTAFdFAdA1. 1. 表面力與作用表面力與作用面垂直的壓應(yīng)力面垂直的壓應(yīng)力2. 2. 表面力與作用表面力與作用面平

18、行的切應(yīng)力面平行的切應(yīng)力隔離體受力分析隔離體受力分析第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)二、質(zhì)量力二、質(zhì)量力 作用在每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)上的力，其大小與流體質(zhì)量成正比。如作用在每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)上的力，其大小與流體質(zhì)量成正比。如重力，慣性力，磁力等。又稱體積力。重力，慣性力，磁力等。又稱體積力。Ffm單位質(zhì)量力單位質(zhì)量力xxyyzzFfmFfmFfm分別投影在三個(gè)坐標(biāo)軸上分別投影在三個(gè)坐標(biāo)軸上第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì) 如果您有任何問題，如果您有任何問題，請(qǐng)毫不猶豫地提出請(qǐng)毫不猶豫地提出 ! !In case of you have any In case

19、of you have any question, DO NOT question, DO NOT hesitate to ask me !hesitate to ask me !第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)流體的力學(xué)模型流體的力學(xué)模型連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì) 連續(xù)介質(zhì)的意義連續(xù)介質(zhì)的意義歐拉歐拉避免了流體分子運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，只需研究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)。避免了流體分子運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，只需研究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)?？梢岳脭?shù)學(xué)上的連續(xù)函數(shù)來研究流體的平衡與運(yùn)動(dòng)規(guī)律。可以利用數(shù)學(xué)上的連續(xù)函數(shù)來研究流體的平衡與運(yùn)動(dòng)規(guī)律。1.4.1 1.4.1 第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物

20、理性質(zhì) 在流體力學(xué)中，為研究方便，提出了理想流體的概念。在流體力學(xué)中，為研究方便，提出了理想流體的概念。1.4.2 1.4.2 理想流體理想流體 理想流體就是理想流體就是把流體看作沒有粘性的連續(xù)介質(zhì)把流體看作沒有粘性的連續(xù)介質(zhì)。而把考慮粘性的。而把考慮粘性的流體稱為流體稱為粘性流體或?qū)嶋H流體粘性流體或?qū)嶋H流體。我們研究流體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，先把流體當(dāng)。我們研究流體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，先把流體當(dāng)成理想流體進(jìn)行分析，然后再考慮粘性對(duì)粘性流體進(jìn)行修正。成理想流體進(jìn)行分析，然后再考慮粘性對(duì)粘性流體進(jìn)行修正。流體的力學(xué)模型流體的力學(xué)模型1.4.3 1.4.3 不可壓縮流體不可壓縮流體 流體都是可壓縮的，然而有許多流體，如

21、水等液體，其密度變化流體都是可壓縮的，然而有許多流體，如水等液體，其密度變化很小，可忽略不計(jì)，由此引出了不可壓縮流體的概念。很小，可忽略不計(jì)，由此引出了不可壓縮流體的概念。 不可壓縮流體就是不可壓縮流體就是把流體看作沒有壓縮性和膨脹性的連續(xù)介質(zhì)把流體看作沒有壓縮性和膨脹性的連續(xù)介質(zhì)。第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)如果您有任何問題，如果您有任何問題，請(qǐng)毫不猶豫地提出請(qǐng)毫不猶豫地提出 ! !In case of you have any In case of you have any question, DO NOT question, DO NOT hesitate to ask me !hesitate to ask me !第第1 1章章 流體及其主要物理性質(zhì)流體及其主要物理性質(zhì)第一章第一章 緒論緒論教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求1、明確流體力學(xué)課程的性質(zhì)和任務(wù)。、明確流體力學(xué)課程的性質(zhì)和任務(wù)。2、了解流體的基本特征，連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念和在流體力學(xué)研、了解流體的基本特征，連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念和在流體力學(xué)研究中的作用。究中的作用。3、理解流體幾個(gè)主要物理性質(zhì)的特征和度量方法，、理解流體幾個(gè)主要物理性質(zhì)的特征和度量方法，重點(diǎn)掌握流體的粘重點(diǎn)掌握流體的粘滯性，包括牛頓內(nèi)摩擦定律及其