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本章主要内容

本章主要内容. 流体及其主要物理性质 连续介质模型、理想流体、质点 作用在流体上的力 流体的密度、压缩性、粘性. Chapter Two Basic Consideration. 流体的特性 Characteristics of Fluids. 1. 物理特性 Physics property 2. 质点 Particle 3. 连续介质 Continuum. z. . . ·P. y. . 0.  *. x. 密度 Density. 常见的密度（在一个标准大气压下）：

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Presentation Transcript

  1. 本章主要内容 流体及其主要物理性质 连续介质模型、理想流体、质点 作用在流体上的力 流体的密度、压缩性、粘性

  2. Chapter Two Basic Consideration

  3. 流体的特性 Characteristics of Fluids • 1.物理特性Physics property • 2.质点Particle • 3.连续介质Continuum

  4. z   ·P y  0 * x 密度Density 常见的密度（在一个标准大气压下）： 4℃时的水　　　　　　　　20℃时的空气

  5.  * • 比容Specific Volume

  6. 相对密度

  7. 压缩性与膨胀性Compressibility and Expansibility 膨胀系数Coefficient of Volume Expansibility 在一定压强下，体积的变化率与温度的变化成正比

  8. 压缩率Coefficient of Volume Compressibility 在一定温度下，密度的变化率与压强的变化成正比 体积模量Bulk modulus of elasticity

  9. ρ= c : 不可压缩流体Incompressible fluid ρ≠c :可压缩流体Compressible fluid liquid--Incompressible fluid Gas -- compressible fluid

  10. §2.6 流体的粘性 一、流体的粘性 1. 粘性的定义 流体内部各流体微团之间发生相对运动时，流体内部会产生摩擦力（即粘性力）的性质。 (1) 库仑实验(1784) 库仑用液体内悬吊圆盘摆动实验证实流体存在内摩擦。 第一章 绪论

  11. §2.6 流体的粘性 一、流体的粘性(续) 1.粘性的定义(续) • (2) 流体粘性所产生的两种效应 • 流体内部各流体微团之间会产生粘性力； • 流体将粘附于它所接触的固体表面。 第一章 绪论

  12. 粘性 Viscosity

  13. §2.6 流体的粘性 一、流体的粘性(续) 2.牛顿内摩擦定律 (1) 牛顿平板实验 当h和u不是很大时，两平板间沿y方向的流速呈线性分布， 第一章 绪论

  14. §2.6 流体的粘性 一、流体的粘性(续) 2.牛顿内摩擦定律(续) (2) 牛顿内摩擦定律 实验表明，对于大多数流体，存在 引入比例系数μ，得： 第一章 绪论

  15. dudt a A B b dy d C D §2.6 流体的粘性 一、流体的粘性(续) 2.牛顿内摩擦定律(续) (2) 牛顿内摩擦定律(续) 牛顿内摩擦定律表明： ⑴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。 第一章 绪论

  16. (v+dv)dt dvdt dz dφ vdt a.速度梯度　　的物理意义 ——角变形速度（剪切变形速度） 流体与固体在摩擦规律上完全不同 正比于dv/dy 正比于正压力，与速度无关

  17. §2.6 流体的粘性 一、流体的粘性(续) 3.粘度 流体粘性大小的度量,由流体流动的内聚力和分子的动量交换引起。 (1) 动力粘度 (2) 运动粘度 第一章 绪论

  18. 温度 §2.6 流体的粘性 一、流体的粘性(续) 3.粘度（续） (3) 粘度的影响因素 • 温度对流体粘度的影响很大 液体：分子内聚力是产生粘度的主要因素。 温度↑→分子间距↑→分子吸引力↓→内摩擦力↓→粘度↓ 气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。 温度↑→分子热运动↑→动量交换↑→内摩擦力↑→粘度↑ • 压力对流体粘度的影响不大，一般忽略不计 第一章 绪论

  19. 温度对流体粘性的影响 微观机制： 液体　吸引力　T↑μ↓ 气体　热运动　T↑μ↑ 水 气体

  20. §2.6 流体的粘性 三、牛顿流体和非牛顿流体 1.牛顿流体 符合牛顿内摩擦定律的流体 如水、空气、汽油和水银等 2.非牛顿流体 不符合牛顿内摩擦定律的流体 如泥浆、血浆、新拌水泥砂浆、新拌混凝土等。 第一章 绪论

  21. 三.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） dvx/dy 牛顿流体 o τ

  22. 非牛顿流体 塑性流体——克服初始应力τ0后，τ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） dv/dy 塑性流体 o τ0 τ

  23. 拟塑性流体——τ的增长率随dv/dy的增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等）拟塑性流体——τ的增长率随dv/dy的增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等） dv/dz 拟塑型流体 o τ

  24. 膨胀型流体——τ的增长率随dv/dy的增大而增加（淀粉糊、挟沙水流）膨胀型流体——τ的增长率随dv/dy的增大而增加（淀粉糊、挟沙水流） dv/dy 塑性(胀流型)流体 o τ

  25. 塑性流体 τ 拟塑性流体 牛顿流体 τ0 膨胀型流体 o dv/dz

  26. Example

  27. §2.6 流体的粘性 二、粘性流体和理想流体 1.粘性流体 具有粘性的流体（μ≠0）。 2.理想流体 忽略粘性的流体（μ=0）。 一种理想的流体模型。 第一章 绪论

  28. 例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ=0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ=0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。 解： d D L 注意：面积、速度梯度的取法

  29. 同心环形缝隙中的回转运动

  30. 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=0.0045N·m。求该实验液体的粘度。 n 解： r1 h r2 注意：1.面积A的取法； 2.单位统一 得

  31. §2.6 流体的粘性 一、流体的粘性(续) n 3.粘度（续） (4) 粘度的测量 r1 h r2 • 管流法 • 落球法 • 旋转法 • 工业粘度计 第一章 绪论

  32. §2.7 液体的表面性质 一、表面张力 1.表面张力现象 • 水滴悬在水龙头出口而不滴落； • 细管中的液体自动上升或下降一个高度（毛细管现象）； • 铁针浮在液面上而不下沉。 第一章 绪论

  33. §2.7 液体的表面性质 一、表面张力（续） 2.表面张力 (1) 影响球 液体分子吸引力的作用范围大约在以3~4倍平均分子距为半径的球形范围内，该球形范围称为“影响球”。 (2)表面层 厚度小于“影响球”半径的液面下的薄层称为表面层。 (3)表面张力σ（N/m) 液体表面由于分子引力大于斥力而在表层沿表面方向产生的拉力, 单位长度上的这种拉力称为表面拉力。 第一章 绪论

  34. §2.7 液体的表面性质 二、毛细现象 1.内聚力，附着力 液体分子间相互制约，形成一体的吸引力。 当液体同固体壁面接触时，液体分子和固体分子之间的吸引力 2.毛细压强 由表面张力引起的附加压强称为毛细压强 第一章 绪论

  35. §2.7 液体的表面性质 二、毛细现象（续） 3.毛细管中液体的上升或下降高度 第一章 绪论

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