第一章 流體及其物理性質(zhì)

1第一章流體及其物理性質(zhì)教學(xué)目的：

了解并掌握流體的物理性質(zhì)。教學(xué)要求：

1.理解流體的概念；

2.記憶水、空氣、汞的密度和重度；

3.理解粘性的概念，并掌握牛頓內(nèi)摩擦定律。

4.熟悉流體的壓縮性和膨脹性。教學(xué)內(nèi)容：

1.流體的概念；

2.流體的密度和重度；

3.流體的壓縮性和膨脹性；

4.流體的粘性。2第一節(jié)流體的概念一、流體的特征——流動(dòng)性能夠流動(dòng)的物質(zhì)稱為流體。流動(dòng)性是流體的主要特征。流體可分為液體和氣體。

流體的定義

流體是一種受任何微小的剪切力作用時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生連續(xù)變形的物質(zhì)。流動(dòng)性是流體的主要特征。

3第一節(jié)流體的概念一、流體的特征——流動(dòng)性

流體在靜止時(shí)不能承受剪切力，抵抗剪切變形。

流體只有在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，才能抵抗剪切變形。

只要有剪切力的作用，流體就不會(huì)靜止下來，發(fā)生連續(xù)變形而流動(dòng)。

作用在流體上的剪切力不論多么微小，只要有足夠的時(shí)間，便能產(chǎn)生任意大的變形。

運(yùn)動(dòng)流體抵抗剪切變形的能力（產(chǎn)生剪切應(yīng)力的大小）體現(xiàn)在變形的速率上，而不是變形的大?。ㄅc彈性體的不同之處）。4第一節(jié)流體的概念二、連續(xù)介質(zhì)假說個(gè)分子

1mm3空氣(1個(gè)大氣壓，00C)

流體質(zhì)點(diǎn)概述

流體微團(tuán)必須具備的兩個(gè)條件微觀上足夠大，必須包含足夠多的分子；宏觀上足夠小，體積必須很小。5第一節(jié)流體的概念二、連續(xù)介質(zhì)假說連續(xù)介質(zhì)假設(shè)將流體區(qū)域看成由流體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)組成，占滿空間而沒有間隙，其物理特性和運(yùn)動(dòng)要素在空間是連續(xù)分布的。從而使微觀運(yùn)動(dòng)的不均勻性、離散性、無規(guī)律性與宏觀運(yùn)動(dòng)的均勻性、連續(xù)性、規(guī)律性達(dá)到了和諧的統(tǒng)一。56第二節(jié)流體的密度和重度一、流體的密度單位體積的流體所包含的質(zhì)量稱為密度，用ρ表示。

常壓常溫下，空氣的密度大約是水的

1/800

一般取汞密度為水密度的13.6倍

1大氣壓，40C1大氣壓，200C7第二節(jié)流體的密度和重度二、流體的重度單位體積的流體所的受的重力，用γ表示。8第三節(jié)流體的壓縮性與膨脹性一、流體的壓縮性

流體受壓體積減小的性質(zhì)稱為壓縮性。VV-ΔVpp+Δp壓縮系數(shù)彈性模數(shù)9第三節(jié)流體的壓縮性與膨脹性二、流體的膨脹性

流體受溫度影響體積變化的性質(zhì)。VV+ΔVTT+ΔT膨脹系數(shù)10第三節(jié)流體的壓縮性與膨脹性例1－1厚壁容器中盛有0.5m3的水，初始?jí)毫?×106Pa。當(dāng)壓力增至6×106Pa時(shí)，問水的體積減少了多少?

解取水的彈性模數(shù)E＝2×109Pa，體積減少量為

(m3)

11第四節(jié)流體的粘性一、粘性及其表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)流體內(nèi)存在內(nèi)摩擦力的特性（有抵抗剪切變形的能力），這就是粘滯性。形成牛頓內(nèi)摩擦力物理機(jī)理①分子間的吸引力②分子熱運(yùn)動(dòng)引起流體層間的動(dòng)量交換液體以此為主氣體以此為主12第四節(jié)流體的粘性二、牛頓內(nèi)摩擦定律(N/m2)

13第四節(jié)流體的粘性二、牛頓內(nèi)摩擦定律14第四節(jié)流體的粘性三、粘性的度量－動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度動(dòng)力粘度運(yùn)動(dòng)粘度粘性受溫度影響明顯。15第四節(jié)流體的粘性三、粘性的度量－恩氏粘度

°E=t/t0

ν=(0.0732°E-0.0631°E)×10-4(m2/s)已知液體中流速沿y方向分布如圖示三種情況，試根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，定性繪出切應(yīng)力沿y方向的分布圖練習(xí)§1.5流體的粘性17第四節(jié)流體的粘性

例1－2相距為h=10mm的兩固定平板間充滿動(dòng)力粘度μ=1.49Pa·s的甘油，若兩板間甘油的速度分布為u=4000y(h-y)，則

(1)若上板的面積A=0.2m2，求使上板固定不動(dòng)所需的水平作用力F；

(2)求y=h/3和2h/3處的內(nèi)摩擦應(yīng)力，

并說明正負(fù)號(hào)的意義。

解：(1)τ=μdu/dy=4000μ(h-2y)設(shè)上板處流體所受的內(nèi)摩擦應(yīng)力為τ0，則上板所受的內(nèi)摩擦應(yīng)力τ0′=-τ0，F(xiàn)=-Aτ0=-0.2×4000×1.49×(0.01-2×0.01)=11.92(N)(方向如圖示)

18第四節(jié)流體的粘性

例1－2相距為h=10mm的兩固定平板間充滿動(dòng)力粘度μ=1.49Pa·s的甘油，若兩板間甘油的速度分布為u=4000y(h-y)，則

(1)若上板的面積A=0.2m2，求使上板固定不動(dòng)所需的水平作用力F；

(2)求y=h/3和2h/3處的內(nèi)摩擦應(yīng)力，

并說明正負(fù)號(hào)的意義。

解：(2)y=h/3時(shí)，τ=4000×1.49×(0.01-2×0.013)=19.9

(N/m2)y=2/3h時(shí)，τ=4000×1.49×(0.01-4×0.013)=-19.9(N/m2)y=h/3y=2/319

例1－3流量為，溫度為的水流入熱水鍋爐，經(jīng)加熱后水溫升到，水的膨脹系數(shù)為0.00064，求從鍋爐流出的水流量。

解：

所以所以從鍋爐流出的水流量20

例1－4油箱內(nèi)裝滿石油，箱內(nèi)壓強(qiáng)為49000Pa，油的密度為890。假設(shè)油箱在排出40石油后，壓強(qiáng)降為9800Pa。已知石油的體積彈性模量為1.32GPa，求油箱的體積。

解：

狀態(tài)一

狀態(tài)二

+因?yàn)橐阎獜椥阅Ａ浚园焉鲜鲞^程看作是由狀態(tài)二變