流体的主要物理性质

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1、第一章流体的主要物理性质第四节粘度一、粘度与牛顿内摩擦定律二、牛顿流体、非牛顿流体三、液流能量损失第五节表面张力一、内聚力、附着力、表面张力二、毛细现象三、毛细作用的计算第六节汽化压强本章小结第四节粘度1、粘性粘性：即在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。一、粘度与牛顿内摩擦定律第四节粘度2、粘度流体的粘度：粘性大小由粘度来量度。流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。（1）定义动力粘性系数：又称绝对粘度、动力粘度、粘度，是反映流体粘滞性大小的系数，单位：N•s/m2。(cm2/s)(m2/

2、s)水的运动粘度通常可用经验公式计算：流体粘度的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。运动粘度：又称相对粘度，运动粘性系数。（2）分类（3）粘度的影响因素1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。第四节粘度2）压强。对常见的流体，如水、气体等，值随压强的变化不大，一般可忽略不计。3）温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以值减

3、小。b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以值增加。第四节粘度牛顿内摩擦定律：液体运动时，相邻液层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。即3、牛顿内摩擦定律2）流体的切应力与动力粘性系数成正比。3）对于平衡流体du/dy=0或理想流体=0，所以不产生切应力，=0。（N/m2，Pa）—粘性切应力，是单位面积上的内摩擦力。说明：1）流体的切应力与剪切变形速率，或角变形率成正比。——区别于固体的重要特性。固体的切应力与角

4、变形的大小成正比。第四节粘度abcddyxoyYyuduu+duUF图1.2牛顿平板实验设板间的y向流速呈直线分布，即：实验表明，对于大多数流体满足：引入动力粘性系数，则得牛顿内摩擦定律则牛顿平板实验与内摩擦定律FA切应力分布式中：流速梯度代表液体微团的剪切变形速率。线性变化时，即；非线性变化时，即是u对y求导。则由图得：dcd'c'udtaba'b'd(u+du)dt牛顿平板实验与内摩擦定律说明：流体的切应力与剪切变形速率，或角变形率成正比。证明：在两平板间取一方形质点，高度为dy，dt时间后，质点微团从ab

5、cd运动到a′b′c′d′。第四节粘度Uh1h212A例1：试绘制平板间液体的流速分布图与切应力分布图。设平板间的液体流动为层流，且流速按直线分布。解：设液层分界面上的流速为u，则：在液层分界面上：流速分布：上层：下层：上层：下层：切应力分布uU1大还是2大？如果是理想流体，和如何？Uh1h2y第四节粘度例2：一底面积为40×45cm2，高为1cm的木块，质量为5kg，沿着涂有润滑油的斜面向下作等速运动，如图所示，已知木块运动速度u=1m/s，油层厚度=1mm，由木块所带动的油层的运动速度呈直线分布，求

6、油的粘滞系数。解：∵等速∴as=0由牛顿定律：∑Fs=mas=0mgsin－τ·A=0（呈直线分布）∵=tg-1(5/12)=22.62uGmgsinsτ125第四节粘度例3:直径10cm的圆盘，由轴带动在一平台上旋转，圆盘与平台间充有厚度δ=1.5mm的油膜相隔，当圆盘以n=50r/min旋转时，测得扭矩M=2.94×10-4N·m。设油膜内速度沿垂直方向为线性分布，试确定油的粘度。解：dr微元上摩阻力为：而圆盘微元所受粘性摩擦阻力矩为：dM=dTr=π2r3ndr/15δ则克服总摩擦力矩为：δτ0τ0

7、牛顿流体（NewtonianFluids）：是指任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体，即遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。非牛顿流体：不符合上述条件的均称为非牛顿流体。012345弹性体宾汉型塑性流体假(伪)塑性流体牛顿流体膨胀性流体理想流体1、宾汉型流体：00，n=1,=Const2、假(伪)塑性流体：0=0，n<13、牛顿流体：0=0，n=1,=Const4、膨胀流体：0=0，n>15、理想流体：0=0，=0流体二、牛顿流体、非牛顿流体第四节粘度流体分类第四节粘度流体流动过

8、程中内摩擦力作功而不断消耗液流的机械能转化为热能而散逸，这种液流的机械能消耗称为液流能量损失。三、液流能量损失第四节粘度例：从100m的高度向地面倾倒质量为mkg的水，若能量转换成热能，过程中热能无损失，全部由水体吸收，问水体将升温多少度（已知水的比热是C=1卡/克·度）？解：能量转化过程是：势能动能热能E势能=mgh=m