第二章 流體的基本性質(zhì) (2)

1、本章主要內(nèi)容流體及其主要物理性質(zhì) 連續(xù)介質(zhì)模型、理想流體、質(zhì)點(diǎn) 作用在流體上的力 流體的密度、壓縮性、粘性Chapter TwoBasic Consideration流體的特性 Characteristics of Fluids1.物理特性物理特性Physics property2.質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)Particle3.連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)Continuum密度Density3/1000mkgdvdmvmvlim0 x0yzP常見的密度（在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）：4時(shí)的水20時(shí)的空氣3/2 .1mkg*m1*m比容Specific Volume相對(duì)密度wwwmmd壓縮性與膨脹性Compressibility a

2、nd ExpansibilityTVPmRdTPTmRdVdTdVVVdTdVaggv1)(11膨脹系數(shù)Coefficient of Volume Expansibility在一定壓強(qiáng)下，體積的變化率與溫度的變化成正比VpVK體積模量Bulk modulus of elasticitypdpdVVkT11壓縮率Coefficient of Volume Compressibility 在一定溫度下，密度的變化率與壓強(qiáng)的變化成正比= c : 不可壓縮流體Incompressible fluid c :可壓縮流體Compressible fluidliquid-Incompressible flu

3、idGas - compressible fluid第一章第一章 緒論緒論一、流體的粘性一、流體的粘性 1. 1. 粘性的定義粘性的定義 流體內(nèi)部各流體微團(tuán)之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)流體內(nèi)部各流體微團(tuán)之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生摩擦力（即粘性力）的性質(zhì)。部會(huì)產(chǎn)生摩擦力（即粘性力）的性質(zhì)。(1) (1) 庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)(1784)(1784)庫(kù)侖用液體內(nèi)懸吊圓盤擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)流體存在內(nèi)摩擦。庫(kù)侖用液體內(nèi)懸吊圓盤擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)流體存在內(nèi)摩擦。 第一章第一章 緒論緒論一、流體的粘性一、流體的粘性( (續(xù)續(xù)) ) 1 1.粘性的定義粘性的定義( (續(xù)續(xù)) ) (2) (2) 流體粘性所產(chǎn)生的兩種效

4、應(yīng)流體粘性所產(chǎn)生的兩種效應(yīng) 流體內(nèi)部各流體微團(tuán)之間會(huì)產(chǎn)生粘性力；流體內(nèi)部各流體微團(tuán)之間會(huì)產(chǎn)生粘性力； 流體將粘附于它所接觸的固體表面。流體將粘附于它所接觸的固體表面。 粘性 Viscosityohdyyu+duuyU第一章第一章 緒論緒論一、流體的粘性一、流體的粘性( (續(xù)續(xù)) )2.2.牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律 (1) (1) 牛頓平板實(shí)驗(yàn)牛頓平板實(shí)驗(yàn)當(dāng)當(dāng)h和和u不是不是很大時(shí)，兩平板間沿很大時(shí)，兩平板間沿y y方向的流速呈線性分布，方向的流速呈線性分布，ohdyyu+duuyUdyhUduyhUu 或第一章第一章 緒論緒論一、流體的粘性一、流體的粘性( (續(xù)續(xù)) )2.2.牛頓內(nèi)摩擦定

5、律牛頓內(nèi)摩擦定律( (續(xù)續(xù)) ) (2) (2) 牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律dydu實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于大多數(shù)流體，存在實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于大多數(shù)流體，存在dyduAhUAF引入比例系數(shù)引入比例系數(shù)，得：，得：ohdyyu+duuyU第一章第一章 緒論緒論一、流體的粘性一、流體的粘性( (續(xù)續(xù)) ) 2.2.牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律( (續(xù)續(xù)) ) (2) (2) 牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律( (續(xù)續(xù)) )粘性切應(yīng)力與速度梯度成正比；粘性切應(yīng)力與速度梯度成正比；(2)(2)粘性切應(yīng)力與角變形速率成正比；粘性切應(yīng)力與角變形速率成正比；(3)(3)比例系數(shù)稱動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度。比例系數(shù)稱動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱

6、粘度。牛頓內(nèi)摩擦定律表明：牛頓內(nèi)摩擦定律表明： dydudydudtdydudtdtd/)(CDBAd badydudta.速度梯度的物理意義角變形速度（剪切變形速度）yvddytvdddtgddtyvddddvdt(v+dv)dtdvdtdzd流體與固體在摩擦規(guī)律上完全不同正比于dv/dy正比于正壓力，與速度無(wú)關(guān)第一章第一章 緒論緒論一、流體的粘性一、流體的粘性( (續(xù)續(xù)) ) 流體粘性大小的度量流體粘性大小的度量, ,由流體流動(dòng)由流體流動(dòng)的內(nèi)聚力和分子的動(dòng)量交換引起。的內(nèi)聚力和分子的動(dòng)量交換引起。(1) (1) 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度ohdyyu+duuyUdydu(2) (2) 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘

7、度)/(2sm)/(smkg3.3.粘度粘度 第一章第一章 緒論緒論一、流體的粘性一、流體的粘性( (續(xù)續(xù)) ) 3.3. (3) (3) 粘度的影響因素粘度的影響因素溫度對(duì)流體粘度的影響很大溫度對(duì)流體粘度的影響很大氣體液體氣體粘度o 溫度壓力對(duì)流體粘度的影響不大，一般忽略不計(jì)壓力對(duì)流體粘度的影響不大，一般忽略不計(jì)內(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素。內(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素。 溫度溫度分子間距分子間距分子吸引力分子吸引力內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力粘度粘度分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換是產(chǎn)生粘度的主要因素。分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換是產(chǎn)生粘度的主要因素。 溫度溫度分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)量交換動(dòng)量交換內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力粘度

8、粘度 )T(f)p,T(f液體吸引力T微觀機(jī)制：氣體熱運(yùn)動(dòng)T溫度對(duì)流體粘性的影響水)000221.00337.01/(20tt 氣體2/30)273(273TSTS第一章第一章 緒論緒論三、牛頓流體和非牛頓流體三、牛頓流體和非牛頓流體 1.1.牛頓牛頓 2.2.非牛頓非牛頓 dudyo0膨脹性流體賓漢型塑性流體牛頓流體假塑性流體符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體 如水、空氣、汽油和水銀等如水、空氣、汽油和水銀等 不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體 如泥漿、血漿、新拌水泥砂漿、新拌混凝土等。如泥漿、血漿、新拌水泥砂漿、新拌混凝土等。dvx/dy牛頓流體o 牛頓流體

9、服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體（水、大部分輕油、氣體等）三.牛頓流體與非牛頓流體0dv/dyo塑性流體 非牛頓流體 塑性流體克服初始應(yīng)力0后，才與速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂漿、中等濃度的懸浮液等） 擬塑性流體的增長(zhǎng)率隨dv/dy的增大而降低（高分子溶液、紙漿、血液等）dv/dzo擬塑型流體 膨脹型流體的增長(zhǎng)率隨dv/dy的增大而增加（淀粉糊、挾沙水流）dv/dyo塑性(脹流型)流體0dv/dzo膨脹型流體牛頓流體擬塑性流體塑性流體kyvnx)dd(Example第一章第一章 緒論緒論二、粘性流體和理想流體二、粘性流體和理想流體 1.1. 具有粘性的流體（具有粘性的流體（00）。）。2.2.理想

10、理想 忽略粘性的流體（忽略粘性的流體（=0 0）。）。 一種理想的流體模型。一種理想的流體模型。例：汽缸內(nèi)壁的直徑D=12cm，活塞的直徑d=11.96cm，活塞長(zhǎng)度L=14cm，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度為1m/s，潤(rùn)滑油的 =0.1Pas。求作用在活塞上的粘性力。解：drdvAF2053014011960m.dLA3101 05 10()/2(0.120.1196)/2dvvsdrDd NF5 .261051 . 0053. 03注意：面積、速度梯度的取法dDL同心環(huán)形縫隙中的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)例：旋轉(zhuǎn)圓筒粘度計(jì)，外筒固定，內(nèi)筒轉(zhuǎn)速n=10r/min。內(nèi)外筒間充入實(shí)驗(yàn)液體。內(nèi)筒r1=1.93cm，外筒 r2

11、=2cm，內(nèi)筒高h(yuǎn)=7cm，轉(zhuǎn)軸上扭距M=0.0045Nm。求該實(shí)驗(yàn)液體的粘度。解：dydu602 nM注意：1.面積A的取法； 2.單位統(tǒng)一hnr1r21210rrr1Ar0045.0211rhrsPa952. 0得第一章第一章 緒論緒論一、流體的粘性一、流體的粘性( (續(xù)續(xù)) ) 3.3. (4) (4) 粘度的測(cè)量粘度的測(cè)量管流法管流法 落球法落球法 旋轉(zhuǎn)法旋轉(zhuǎn)法 工業(yè)粘度計(jì)工業(yè)粘度計(jì)hnr1r2第一章第一章 緒論緒論一、表面張力一、表面張力 1.1.表面張力現(xiàn)象表面張力現(xiàn)象 w水滴懸在水龍頭出口而不滴落；水滴懸在水龍頭出口而不滴落； w細(xì)管中的液體自動(dòng)上升或下降一個(gè)高度（毛細(xì)管現(xiàn)象）；

12、細(xì)管中的液體自動(dòng)上升或下降一個(gè)高度（毛細(xì)管現(xiàn)象）； w鐵針浮在液面上而不下沉。鐵針浮在液面上而不下沉。 第一章第一章 緒論緒論一、表面張力（續(xù)）一、表面張力（續(xù)） (1) 影響球影響球 液體分子吸引力的作用范圍大約在以液體分子吸引力的作用范圍大約在以3434倍平均分子距倍平均分子距為半徑的球形范圍內(nèi)，該球形范圍稱為為半徑的球形范圍內(nèi)，該球形范圍稱為“影響球影響球”。 2.2.表面張力表面張力 (2)表面層表面層 厚度小于厚度小于“影響球影響球”半徑的液面下的薄層稱為表面層。半徑的液面下的薄層稱為表面層。 (3)表面張力表面張力（N/m)N/m) 液體表面由于分子引力大于斥力而在表層沿表面方向產(chǎn)液體表面由于分子引力大于斥力而在表層沿表面方向產(chǎn)生的拉力生的拉力, 單位長(zhǎng)度上的這種拉力稱為表面拉力。單位長(zhǎng)度上的這種拉力稱為表面拉力。第一章第一章 緒論緒論二、毛細(xì)現(xiàn)象二、毛細(xì)現(xiàn)象 液體分子間相互制約，形成一體的吸引力。液體分子間相互制約，形成一體的吸引力。 1.1.內(nèi)聚力，附著力內(nèi)