傳輸原理教案 (第1章) 流體

1、1第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸本篇學(xué)習(xí)和研究的內(nèi)容：本篇學(xué)習(xí)和研究的內(nèi)容： 動量傳輸起因，以及對熱量、質(zhì)量傳輸?shù)挠绊懀簞恿總鬏斊鹨?，以及對熱量、質(zhì)量傳輸?shù)挠绊懀海?）流體內(nèi)部不同部位的質(zhì)點或集團(tuán)的）流體內(nèi)部不同部位的質(zhì)點或集團(tuán)的流動速度不一致流動速度不一致。（2）流動速度的不一致，必然導(dǎo)致動量分布不均勻。屬于）流動速度的不一致，必然導(dǎo)致動量分布不均勻。屬于不不平衡態(tài)平衡態(tài)，必然發(fā)生動量的交換或傳遞過程。，必然發(fā)生動量的交換或傳遞過程。（3）這樣的動量傳遞，就會影響到熱量和質(zhì)量的傳輸過程。）這樣的動量傳遞，就會影響到熱量和質(zhì)量的傳輸過程。2第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸3第一篇第一篇 動量傳輸

2、動量傳輸 第第0章章 一、流體力學(xué)：一、流體力學(xué)： 流體力學(xué)流體力學(xué)是研究流體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)，是力學(xué)的一個重要分支。二、流體力學(xué)研究的對象二、流體力學(xué)研究的對象液體和氣體。4第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第0章章 三、流體力學(xué)發(fā)展簡史三、流體力學(xué)發(fā)展簡史第一階段第一階段（16世紀(jì)以前）世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階：流體力學(xué)形成的萌芽階段段第二階段第二階段（16世紀(jì)文藝復(fù)興以后世紀(jì)文藝復(fù)興以后-18世紀(jì)中葉）：世紀(jì)中葉）：流流體力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的基礎(chǔ)階段體力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的基礎(chǔ)階段第三階段第三階段（18世紀(jì)中葉世紀(jì)中葉-19世紀(jì)末）世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩流體力學(xué)沿著兩

3、個方向發(fā)展個方向發(fā)展歐拉、伯努利歐拉、伯努利第四階段第四階段（19世紀(jì)末以來）世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍發(fā)展流體力學(xué)飛躍發(fā)展5第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第0章章 第一階段（第一階段（16世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階世紀(jì)以前）：流體力學(xué)形成的萌芽階段段公元前公元前2286年公元前年公元前2278年年 大禹治水大禹治水疏壅導(dǎo)滯（洪水歸于河）疏壅導(dǎo)滯（洪水歸于河）公元前公元前300多年多年 李冰都江堰深淘灘，低作堰公元公元584年公元年公元610年年隋朝：南北大運(yùn)河、船閘應(yīng)用。隋朝：南北大運(yùn)河、船閘應(yīng)用。埃及、巴比倫、羅馬、希臘、印度等地水利、造船、航海產(chǎn)業(yè)發(fā)展。埃及、巴比倫、羅馬、希臘、

4、印度等地水利、造船、航海產(chǎn)業(yè)發(fā)展。系統(tǒng)研究系統(tǒng)研究古希臘哲學(xué)家阿基米德古希臘哲學(xué)家阿基米德論浮體論浮體（公元前（公元前250年）奠定了流體靜力學(xué)年）奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。6第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第0章章 7第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第0章章 第二階段（第二階段（16世紀(jì)文藝復(fù)興以后世紀(jì)文藝復(fù)興以后-18世紀(jì)中葉）世紀(jì)中葉）流體力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的基礎(chǔ)階段流體力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的基礎(chǔ)階段1586年斯蒂芬年斯蒂芬水靜力學(xué)原理水靜力學(xué)原理1650年帕斯卡年帕斯卡“帕斯卡原理帕斯卡原理”1612年伽利略年伽利略物體沉浮的基本原理物體沉浮的基本原理1686年牛頓年牛頓牛

5、頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律1738年伯努利年伯努利理想流體的運(yùn)動方程即理想流體的運(yùn)動方程即伯努利方程伯努利方程1775年歐拉年歐拉理想流體的運(yùn)動方程即理想流體的運(yùn)動方程即歐拉運(yùn)動微分方程歐拉運(yùn)動微分方程8第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第0章章 第三階段（第三階段（18世紀(jì)中葉世紀(jì)中葉-19世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩世紀(jì)末）流體力學(xué)沿著兩個方向發(fā)展個方向發(fā)展歐拉（理論）、伯努利（實驗）歐拉（理論）、伯努利（實驗）工程技術(shù)快速發(fā)展，提出很多經(jīng)驗公式：工程技術(shù)快速發(fā)展，提出很多經(jīng)驗公式：1769年法國的謝才年法國的謝才(Chzy formula)謝才公式（計算流速、流量）謝才公式（計算流速、流量）1

6、895年曼寧（年曼寧（R.Manning ）曼寧公式（計算謝才系數(shù)）曼寧公式（計算謝才系數(shù)）1732年比托年比托比托管（測流速）比托管（測流速）1797年文丘里年文丘里文丘里管（測流量）文丘里管（測流量）理論上：理論上：1823年納維，年納維，1845年斯托克斯分別提出粘性流體運(yùn)動方程組（年斯托克斯分別提出粘性流體運(yùn)動方程組（N-S方方程）程）9飛躍飛躍2：流體力學(xué)流體力學(xué)與相關(guān)的鄰近學(xué)科相互滲透，形成很多與相關(guān)的鄰近學(xué)科相互滲透，形成很多新分支和交叉學(xué)科。新分支和交叉學(xué)科。第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第0章章 第四階段（第四階段（19世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍發(fā)展世紀(jì)末以來）流體力學(xué)飛躍

7、發(fā)展飛躍飛躍1：理論分析與試驗研究相結(jié)合：理論分析與試驗研究相結(jié)合量綱分析和相似性原理起重要作用量綱分析和相似性原理起重要作用1883年雷諾年雷諾雷諾實驗（判斷流態(tài)）雷諾實驗（判斷流態(tài)）1903年普朗特年普朗特邊界層概念（繞流運(yùn)動）邊界層概念（繞流運(yùn)動）1933-1934年尼古拉茲年尼古拉茲尼古拉茲實驗（確定阻力系數(shù)）尼古拉茲實驗（確定阻力系數(shù)）10第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第0章章 理論分析方法理論分析方法 + 實驗方法實驗方法 + 數(shù)值方法相互配合數(shù)值方法相互配合 1、理論研究方法、理論研究方法 力學(xué)模型力學(xué)模型物理基本定律物理基本定律求解數(shù)學(xué)方程求解數(shù)學(xué)方程分析和揭示分析和揭示本

8、質(zhì)和規(guī)律本質(zhì)和規(guī)律2、實驗方法、實驗方法 相似理論相似理論模型實驗裝置模型實驗裝置3、數(shù)值方法、數(shù)值方法 計算機(jī)數(shù)值方法是現(xiàn)代分析手段中發(fā)展最快的方法之一計算機(jī)數(shù)值方法是現(xiàn)代分析手段中發(fā)展最快的方法之一11第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 1.1 流體的特性流體的特性（1）流體（）流體（概念：概念：（2）流體包括：）流體包括：（3）流體的力學(xué)性質(zhì)（與固體比較）：）流體的力學(xué)性質(zhì)（與固體比較）：12第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 （4）氣體和液體的區(qū)別：）氣體和液

9、體的區(qū)別：微觀上的區(qū)別：微觀上的區(qū)別：宏觀上的區(qū)別：宏觀上的區(qū)別：（A）分子間距不同）分子間距不同氣體分子間距離大約氣體分子間距離大約是分子直徑的是分子直徑的10倍倍，除相互碰撞或與器壁碰撞外，氣體分子不，除相互碰撞或與器壁碰撞外，氣體分子不受力的作用，在空間自由移動。液體分子間距比較小。受力的作用，在空間自由移動。液體分子間距比較小。（B） 13第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 5、流體力學(xué)的模型、流體力學(xué)的模型14第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 1.1.1

10、流體的連續(xù)介質(zhì)模型介紹流體的連續(xù)介質(zhì)模型介紹 （p4） （3）15第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 （2）假設(shè)假設(shè)流體質(zhì)點之間流體質(zhì)點之間沒有空隙沒有空隙。即把流體看成占有一定。即把流體看成占有一定空間的無限多個流體微團(tuán)（質(zhì)點）組成的密集無間隙的連續(xù)空間的無限多個流體微團(tuán)（質(zhì)點）組成的密集無間隙的連續(xù)介質(zhì)。介質(zhì)。（3）反映宏觀流體的）反映宏觀流體的物理量物理量也是空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。也是空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。 （密度、壓力、粘度、流速密度、壓力、粘度、流速等等等等）16dV: 縮小的體積（縮小的體積（m3） V: 液體原體積（液體

11、原體積（m3）；）；dp: 液體受壓的增加值（液體受壓的增加值（Pa）前面加負(fù)號，可以保證前面加負(fù)號，可以保證k為正值。為正值?；蛘弑硎緸椋夯蛘弑硎緸椋旱谝黄谝黄?動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 壓縮性壓縮性17選擇選擇 0 時，時，0.5MPa的水，查上表得的水，查上表得5.39當(dāng)壓力增大當(dāng)壓力增大0.1MPa，則：，則：此時體積的減小只有約此時體積的減小只有約萬分之萬分之0.539因此工程上可以認(rèn)為水不可壓縮。因此工程上可以認(rèn)為水不可壓縮。第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特

12、性 0 時，水在不同壓力下的體積壓縮系數(shù)（時，水在不同壓力下的體積壓縮系數(shù)（）值）值0.55.3918第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 溫度升高溫度升高1時，液體體積的增大率。時，液體體積的增大率。dT 是溫度的升高量。是溫度的升高量。19當(dāng)溫度變化T1K時，第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 液體水的熱膨脹系數(shù)液體水的熱膨脹系數(shù) 說明了當(dāng)溫度每增加說明了當(dāng)溫度每增加1 萬分之萬分之1.5 。20第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動

13、1.1 流體的特性流體的特性 21第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 P 絕對壓力（絕對壓力（Pa），），V 比體積比體積 (m3/kg)，氣體密度，氣體密度， R 氣體常數(shù)，空氣的氣體常數(shù)，空氣的 R=287J/kgK， T 熱力學(xué)溫度（熱力學(xué)溫度（K） 推論推論 A. 溫度不變時（T=const），得波義耳（Boyle） 定律：B. 若壓力不變時，得蓋呂薩克（Gaylussac） 定律：22由得令有體積和溫度變化為：所以，于是，P.5 (1-5)p,T0, 0p,T1, 1恒壓:A. 恒壓條件恒壓條件:第一篇第一篇 動量傳輸動

14、量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 23工程上取標(biāo)準(zhǔn)態(tài) P=1atm， T0=273K，則氣體溫度膨脹系數(shù)：B. 等壓條件：即：1atm壓力下，溫度從273K每升高1K，體積就增加273K時體積的1/ 273。第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 24絕熱指數(shù)（空氣，一般取1.4）熱力學(xué)第一定律：U = Q W絕熱 : Q = 0, 所以 W = U，dU = n Cv,m dT ， U n Cv,m T W pV n Cv,m T nRTV / V, R = Cp,m Cv,m Cv,m d

15、T (Cp,m Cv,m) TdV / V第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 25第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 26VxF0 xV=0y YdVxdy 平板間的流體速度分布平板間的流體速度分布與粘性力（切應(yīng)力）示意與粘性力（切應(yīng)力）示意第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 牛頓粘性定律過程描述：牛頓粘性定律過程描述： 兩無限大平行板間距很小，兩兩無限大平行板間距很小，兩板間有流體。下板靜止，上板板間有

16、流體。下板靜止，上板在在 X 方向以速度方向以速度 Vx 移動。移動。 由粘性力引起的上、下板間由粘性力引起的上、下板間流體的質(zhì)點只產(chǎn)生流體的質(zhì)點只產(chǎn)生x方向運(yùn)動。方向運(yùn)動。流體各個平行層運(yùn)動速度在流體各個平行層運(yùn)動速度在 y方向上有速度梯度方向上有速度梯度: dVx/dy 。 流層兩面上切向粘性力（切流層兩面上切向粘性力（切應(yīng)力）可以表示為：應(yīng)力）可以表示為：是動力粘度系數(shù)是動力粘度系數(shù)：流層間出現(xiàn)相：流層間出現(xiàn)相對流速時的內(nèi)摩擦特性。對流速時的內(nèi)摩擦特性。27各物理量關(guān)系構(gòu)成牛頓粘性定律牛頓粘性定律 （Newton, 1686) 牛頓粘性定律說明流體在流動過程中流體層間所牛頓粘性定律說明流

17、體在流動過程中流體層間所產(chǎn)生的產(chǎn)生的切應(yīng)力切應(yīng)力與與法向速度梯度法向速度梯度成正比成正比，與壓力無關(guān)與壓力無關(guān)。這一規(guī)律與固體表面的摩擦力規(guī)律不同。這一規(guī)律與固體表面的摩擦力規(guī)律不同。yxyx為切應(yīng)力為切應(yīng)力，第一個腳標(biāo)第一個腳標(biāo) y y 表示切應(yīng)力的法線方向（速度梯度方向表示切應(yīng)力的法線方向（速度梯度方向) )，第二個腳標(biāo)第二個腳標(biāo) X 表示切應(yīng)力的方向表示切應(yīng)力的方向( (速度方向速度方向) )。第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 28（1 1）流體產(chǎn)生阻力損失的根本原因流體產(chǎn)生阻力損失的根本原因 ：流動著的流體內(nèi)部有一種抗拒

18、內(nèi)在流動著的流體內(nèi)部有一種抗拒內(nèi)在向前流動的特性，稱為粘性。由于粘性的作用使得流體內(nèi)部相鄰兩流向前流動的特性，稱為粘性。由于粘性的作用使得流體內(nèi)部相鄰兩流體層間產(chǎn)生作用力體層間產(chǎn)生作用力內(nèi)摩擦力，它是產(chǎn)生阻力損失的根本原因。內(nèi)摩擦力，它是產(chǎn)生阻力損失的根本原因。（2）牛頓型與非牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度關(guān)系完全符合牛頓粘性）牛頓型與非牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度關(guān)系完全符合牛頓粘性定律的流體稱為牛頓型流體，所有氣體和多數(shù)液體都屬于這一類。凡定律的流體稱為牛頓型流體，所有氣體和多數(shù)液體都屬于這一類。凡不遵循牛頓粘性定律的流體，統(tǒng)稱為非牛頓型流體。不遵循牛頓粘性定律的流體，統(tǒng)稱為非牛頓型流體。（

19、3） 溫度壓力對粘度的影響：溫度壓力對粘度的影響：壓力對流體粘度影響很小，通?？珊雎圆挥?。壓力對流體粘度影響很小，通?？珊雎圆挥?。氣體：當(dāng)溫度氣體：當(dāng)溫度t升高時，粘度增大，是氣體分子運(yùn)動加劇所致。升高時，粘度增大，是氣體分子運(yùn)動加劇所致。液體：當(dāng)溫度液體：當(dāng)溫度t升高時，粘度降低，是液體間分子間作用力減小所致。升高時，粘度降低，是液體間分子間作用力減小所致。（4 4）牛頓粘性定律說明）牛頓粘性定律說明: :流體在流動過程中流體層間所產(chǎn)生的剪應(yīng)力與法流體在流動過程中流體層間所產(chǎn)生的剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，與壓力無關(guān)。流體的這一規(guī)律與固體表面的摩擦向速度梯度成正比，與壓力無關(guān)。流體的這一規(guī)律

20、與固體表面的摩擦力規(guī)律不同。力規(guī)律不同。牛頓粘性定律總結(jié)：牛頓粘性定律總結(jié)：第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 29（1 1）分子間內(nèi)聚力（引力）所引起。分子間內(nèi)聚力（引力）所引起。（2）流體分子的）流體分子的垂直流動方向熱運(yùn)動垂直流動方向熱運(yùn)動（出現(xiàn)動量交換）所引（出現(xiàn)動量交換）所引 起。起。（3）液態(tài)流體出現(xiàn)粘性以分子間內(nèi)聚力為主，而且液體粘度）液態(tài)流體出現(xiàn)粘性以分子間內(nèi)聚力為主，而且液體粘度 隨溫度升高而減小。因為溫度升高導(dǎo)致分子間距增大，隨溫度升高而減小。因為溫度升高導(dǎo)致分子間距增大， 分子間引力減小。分子間引力減小。（4

21、）氣態(tài)流體出現(xiàn)粘性以）氣態(tài)流體出現(xiàn)粘性以 “垂直流動方向熱運(yùn)動垂直流動方向熱運(yùn)動” 為主，且為主，且氣氣 體粘度隨溫度升高而增大。因為溫度升高導(dǎo)致分子熱運(yùn)體粘度隨溫度升高而增大。因為溫度升高導(dǎo)致分子熱運(yùn) 動增強(qiáng)。動增強(qiáng)。第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 30粘度（粘性系數(shù)）粘度（粘性系數(shù)）取決于取決于流體流體種類種類，是一個物性參，是一個物性參數(shù)。對于給定流體，粘度隨溫度和壓力變化。數(shù)。對于給定流體，粘度隨溫度和壓力變化。第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 運(yùn)動粘度

22、系數(shù)運(yùn)動粘度系數(shù)概念概念動力粘度系數(shù)動力粘度系數(shù) 除以密度除以密度得到得到運(yùn)動粘度系運(yùn)動粘度系 ： = /的單位是m2/s，31第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 s 蘇士蘭常數(shù) (K)32第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 33第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 例：汽缸內(nèi)壁的直徑D=12cm，活塞的直徑d=11.96cm，活塞長度L=14cm，活塞往復(fù)運(yùn)動的速度為1m/s，潤滑油的 =0.1Pas。求

23、作用在活塞上的粘性力F。dDLF:粘性力，S:活塞接觸面積, y: 距離34一種理想化的模型，無摩擦力，沒有粘滯性，一種理想化的模型，無摩擦力，沒有粘滯性，不可壓縮的的流體，稱為理想流體。不可壓縮的的流體，稱為理想流體。 第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 35服服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 36 牛頓流體牛頓流體服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體（水、大服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體（水、大部分輕油、氣體等）部分輕油、氣體等）牛頓

24、流體特性曲線牛頓流體特性曲線第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 37 （1）假假塑性流體和脹流性流體（看圖的下部分）塑性流體和脹流性流體（看圖的下部分）n 1，脹流性，脹流性假塑性流體假塑性流體 的的增長率增長率隨隨 dv/dz 的增大而降低（高分子溶的增大而降低（高分子溶液、紙漿、血液等）液、紙漿、血液等）脹流性流體脹流性流體的的增長率增長率隨隨 dv/dz 的增大而增加。（淀粉糊、的增大而增加。（淀粉糊、挾沙水流）挾沙水流） “非牛頓流體非牛頓流體”的的特性曲線特性曲線第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流

25、體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 38 “非牛頓流體非牛頓流體”的的特性曲線特性曲線（2 2）塑粘性流體）塑粘性流體克服初始應(yīng)力克服初始應(yīng)力0 0后，后，才與速度梯度成正比才與速度梯度成正比（看圖的上部分）（看圖的上部分）n 1， 屈服脹流性流體屈服脹流性流體塑粘性流體有：牙膏、新拌水泥砂塑粘性流體有：牙膏、新拌水泥砂漿、中等濃度的懸浮液等。漿、中等濃度的懸浮液等。第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 39 “非牛頓流體非牛頓流體”的的特性曲線特性曲線（3 3）觸變性流體觸變性流體粘性隨流動狀況改變。粘性隨流動狀況改變。第一

26、篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 40首先明確，作用在流體上的力包括首先明確，作用在流體上的力包括 ：質(zhì)量力和表面力。：質(zhì)量力和表面力。A 質(zhì)量力（體積力）：質(zhì)量力（體積力）：質(zhì)量力是某種力場作用在全部流體質(zhì)點質(zhì)量力是某種力場作用在全部流體質(zhì)點上的力，其大小和流體的質(zhì)量或體積成正比，質(zhì)量力作用在所上的力，其大小和流體的質(zhì)量或體積成正比，質(zhì)量力作用在所研究的流體質(zhì)量中心。研究的流體質(zhì)量中心。例如：重力、慣性力、電磁力等等。例如：重力、慣性力、電磁力等等。1.1.5 液體的表面張力及其衍生現(xiàn)象液體的表面張力及其衍生現(xiàn)象 第一篇第一篇 動

27、量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 41B 表面力：表面力：外界對所研究流體表面的作用力，作用在外表面，外界對所研究流體表面的作用力，作用在外表面，與表面積大小成正比。與表面積大小成正比。第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 內(nèi)法線方向：法向應(yīng)力內(nèi)法線方向：法向應(yīng)力壓強(qiáng)壓強(qiáng)切線方向：切向應(yīng)力切線方向：切向應(yīng)力剪切力剪切力流體相對運(yùn)動時因粘性而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力FFnF表面力具有傳遞性表面力具有傳遞性421 1、表面張力、表面張力：由分子的內(nèi)聚力引起，單位是：由分子的內(nèi)聚力引起，單位是：N/

28、m。發(fā)生在液氣接觸的周界、液固接觸的周界、不同液體接觸發(fā)生在液氣接觸的周界、液固接觸的周界、不同液體接觸的周界。的周界。2、毛細(xì)現(xiàn)象：、毛細(xì)現(xiàn)象：液固接觸處，由表面張力引起。液固接觸處，由表面張力引起。液固間附著力大于液體的內(nèi)聚力（上升）液固間附著力大于液體的內(nèi)聚力（上升）液固間附著力小于液體的內(nèi)聚力（下降）液固間附著力小于液體的內(nèi)聚力（下降）第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.1 流體的特性流體的特性 43 1.2 流體的流動流體的流動 1.2.1 流體的流動形態(tài)流體的流動形態(tài)雷諾實驗雷諾實驗 （Reynald， 1882）, 實驗裝置設(shè)計如下：實驗裝置

29、設(shè)計如下：第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.2 流體的流動流體的流動 44層流層流 (Laminar flow)水流較慢時，紅色液體不與周圍的水流較慢時，紅色液體不與周圍的水混合，自己形成流線。表明各層水混合，自己形成流線。表明各層水平行流動。水平行流動。過渡區(qū)過渡區(qū)( transition zone ) 水流速度加快時，紅色液體振蕩，水流速度加快時，紅色液體振蕩，流線彎曲。振蕩隨流速加大而加劇。流線彎曲。振蕩隨流速加大而加劇。紊流紊流 (Turbulent flow) (湍流湍流)流速增加到一定程度，液體出現(xiàn)混流速增加到一定程度，液體出現(xiàn)混合。表明水流

30、狀況非常紊亂。合。表明水流狀況非常紊亂。雷諾實驗過程雷諾實驗過程 （層流、過渡區(qū)、紊流（湍流）的詳細(xì)圖解）（層流、過渡區(qū)、紊流（湍流）的詳細(xì)圖解）第一篇第一篇 動量傳輸動量傳輸 第第1章章 流體及其流動流體及其流動 1.2 流體的流動流體的流動 45層流概念：層流概念： 液體沿管軸方向流動時，流束之間或流體層與層之液體沿管軸方向流動時，流束之間或流體層與層之間彼此不相混雜，質(zhì)點沒有徑向的運(yùn)動，都保持各自的間彼此不相混雜，質(zhì)點沒有徑向的運(yùn)動，都保持各自的流線運(yùn)動。這種流動狀態(tài)，稱為流線運(yùn)動。這種流動狀態(tài)，稱為 “層流運(yùn)動層流運(yùn)動”。紊流概念：紊流概念： 管中流速再稍增加，或有其它外部干擾振動，則有管中流速再稍增加，或有其它外部干擾振動，則有色液體將破裂、混雜成為一種紊亂狀態(tài)。這種運(yùn)動狀態(tài)，色液體將破裂、混雜成為一種紊亂狀態(tài)。這種運(yùn)動狀態(tài)，稱為稱為 “紊流運(yùn)動紊流運(yùn)動”。第一篇第一篇 動量傳輸動