流体力学流体主要物理性质.ppt

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1、第二章流体及其物理性质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。§2.1流体的定义和特征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：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形；固体的变形与受力的大小成正比。流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。在极小切应力下就会出现连续的变形流动。液体和气体的区别：气体易于压缩,而液体难于压缩；液体有一定的体积，存在一个自由液

2、面；气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。液体的流动性小于气体液体和气体的共同点：两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。§1.2流体作为连续介质的假设微观：流体是由大量做无规则热运动的分子所组成，分子间存有空隙，在空间是不连续的。宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子距离大得多。定义：不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续介质。流体微团必须具备的两个条件：必须包含足够多的分子；体积必须很小。一、流体的连续介质假设避

3、免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观运动。2.物理量作为时空连续函数，则可利用高等数学中连续函数分析方法研究流体平衡与运动规律。二、采用流体连续介质假设的优点：（工程应用中大多数状况满足假设）§2.3作用在流体上的力两类作用在流体上的力：表面力和质量力一、表面力1.应力分离体以外的流体通过流体分离体表面（接触面）作用在流体上的力，其大小与作用面积成比例单位面积上的表面力。2.法向应力和切向应力法向应力切向应力以上两个力是研究流体流动时经常遇到的两种应力二、质量力质量力是某种力场作用在全部流体质点上的力，其

4、大小和流体的质量或体积成正比，故称为质量力或体积力。例如：重力、惯性力、磁力§2.4流体的密度一、流体的密度单位体积流体所具有的质量。单位：kg/m3常见流体的密度：水——1000kg/m3空气——1.23kg/m3水银——136000kg/m3均匀流体：二、流体的相对密度流体的密度与4oC时水的密度的比值。式中，f——流体的密度（kg/m3）w——4oC时水的密度（kg/m3）三、流体的比体积（比容）单位质量的流体所占有的体积，流体密度的倒数。单位：m3/kg四、混合气体的密度混合气体密度按各组分气体所占体

5、积百分数计算。式中：1，2，…n——各组分气体的密度a1，a2，…an——各组分气体所占的体积百分数§1.5流体的压缩性和膨胀性一、流体的压缩性流体体积随着压力的增大而缩小的性质。1.压缩系数2.体积模量单位压力增加所引起的体积相对变化率二、流体的膨胀性流体体积随着温度的增大而增大的性质。1.膨胀系数单位温度增加所引起的体积相对变化率单位：或§1.5流体的压缩性和膨胀性三、可压缩性流体和不可压缩性流体1.可压缩性2.可压缩流体和不可压缩流体可压缩流体：考虑可压缩性的流体不可压缩流体：不考虑可压缩性的流体流体

6、体积随着压力和温度的改变而发生变化的性质。§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。(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。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，实验表明，对于大多数流体，存在引入比例系数μ，得：此即牛顿内摩擦定律，又称牛顿切向应力公式

7、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。牛顿内摩擦定律表明：CDBAdbadydudt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3.粘度(3)粘度的影响因素2.24温度对流体粘度的影响很大温度压力对流体粘度的影响不大，一般忽略不计液体：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

8、摩擦力↑→粘度↑(4)粘度的测量一般不能直接测量，不同物质的黏度可参考经验公式进行计算。管流法落球法旋转法工业粘度计Engler粘度计(5)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。三、牛顿流体和非牛顿流体1.牛顿流体2.非牛顿流体符合牛顿内摩擦定律的流体如水、空气、汽油和水银等不符合牛顿内摩擦定律的