清华大学流体力学课件-1-流体的物理性质.pdf

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1、第一章流体的物理性质2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质1空间尺度分析将空间尺度归结为三个层次这里有三个基本方程，对应三种不同的空间尺度问题DRaabe,OverviewofthelatticeBoltzmannmethodfornano-andmicroscalefluiddynamicsinmaterialsscienceandengineering,ModellingSimul.Mater.Sci.Eng.12(2004)R13–R46.2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质2基本内容流体的连续介质模型流体的基本性质作用在流体上的体积力和表

2、面力流体的界面现象和性质2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质3§1.1流体的连续介质模型研究流体的宏观运动：巨量分子的统计性质1.连续介质模型–流体是连续分布的物质，它可以无限分割为具有一定质量的宏观微元体(物理模型)；–不发生化学反应和离解等非平衡热力学过程的运动流体中，微元体内流体状态服从热力学关系（状态参数）；–除特殊面外，流体的力学和热力学状态参数在时空中是连续分布的，并且通常认为是无限可微的；2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质4§1.1流体的连续介质模型连续介质模型的适用范围流体的运动尺度远远大于流体分子运动的平均自由程例如：常温常压下

3、空气8分子运动的平均自由程：~10m366l/~10微米探针：lm~10分子数：在微米的尺度上仍可将空气视为连续介质在外层空间，分子运动的平均自由程：~1m飞行器：lm~1在米的尺度上气体运动不能采用连续介质模型2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质5§1.1流体的连续介质模型拓展：Knudsennumber(努森数)Kn/L2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质6§1.1流体的连续介质模型2.流体微团及流体质点的概念流体微团：–定义：把流体无限分割为具有一定质量的微元，它是研究流体运动的最小单元，称为“流体微团”–性质：流体微团应是

4、宏观上无限小，微观上无限大的质量体流体微团体积，流体运动尺度L，分子运动尺度33宏观上无限小：/1L；微观上无限大：/12017年春-本科生-流体力学流体的物理性质7§1.1流体的连续介质模型测量体积对密度测量结果的影响2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质8§1.1流体的连续介质模型2.流体微团及流体质点的概念流体质点：–定义：当不需要考虑流体微团的体积和变形，只研究它的位移和各物理状态时，我们可以把它视作没有体积的质点，这时我们称流体微团为流体质点2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质9§1.1流体的连续介质模型2017年春

5、-本科生-流体力学流体的物理性质10§1.1流体的连续介质模型3.流体物理量空间任一点上的流体物理量（如密度、温度、速度等）是指位于该点上的流体质点的物理量，是宏观平均量的极限值。例如：流体在某一点上的密度定义为MPlim0根据连续介质模型，流体中每一点都被相应的流体质点所占据，流体质点可以用时空中的一个点来标记Ptx,，因此流体宏观物性的不均匀性，可以用时空变量x,t的函数来描述，例如：气体的密度x,t，温度TTtx,即通过场函数进行描述，常称为密度场、温度场。。。。2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质11基本内

6、容流体的连续介质模型流体的基本性质作用在流体上的体积力和表面力流体的界面现象和性质2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质12§1.2流体的基本性质1.流体的易流动性处于静止状态的流体不能抵抗剪切力，即流体在很小的剪切力作用下将发生连续不断的变形，直到剪切力消失为止，流体的这种性质称为易流动性。固体可以在静止流体以持续变状态承受剪切力形承受剪切力2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质13§1.2流体的基本性质2.流体的粘性1）定义：-流体运动时，流体微团之间具有抵抗相互滑移运动的属性，称为流体的粘性。-粘性是流体的固有属性之一，不论是静止流体还是运

7、动流体都具有粘性。2）粘性的表现：-流体作变形运动时，相互接触的流体微团之间有切应力作用，是分子运动引起的动量交换，是一种分子的输运性质2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质14§1.2流体的基本性质牛顿平板实验上表面的流体速度为U下表面的流体速度为0U两板间速度为uyyH单位面积上作用力正比于UH/FUFU即AHAHdu牛顿切应力公式（内摩擦定律）dy：动力粘性系数2017年春-本科生-流体力学流体的物理性质15§1.2流体的基本性质3）粘性系数：粘性系数是流体粘性大小的一种度量，它取决于流体的种类和状态，与温度有很大关系，而与压