流體的物理性質(zhì)

流體的物理性質(zhì)第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日§2-1流體主要物理性質(zhì)定義：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量用符號(hào)ρ來(lái)表示。單位：kg/m3

均質(zhì)流體：

非均質(zhì)流體：常見(jiàn)流體的密度：

水——1000kg/m3

空氣——1.23kg/m3流體重要屬性，表征流體在空間某點(diǎn)質(zhì)量的密集程度。一.慣性

1.以密度ρ來(lái)衡量第二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日不可壓縮流體：流體密度隨溫度、壓強(qiáng)變化很小的流體。不可壓流體：可壓縮流體：2、不可壓縮流體和可壓縮流體嚴(yán)格地說(shuō)，不存在完全不可壓縮的流體。

氣體對(duì)物體流動(dòng)的相對(duì)速度比聲速要小得多時(shí)，氣體的密度變化也很小，可以近似地看成是常數(shù)，也可當(dāng)作不可壓縮流體處理。

一般情況下的液體都可視為不可壓縮流體，管路中壓降較大時(shí)，應(yīng)作為可壓縮流體（發(fā)生水下爆炸）。二.可壓縮性

第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日二.壓縮性-流體在質(zhì)量不變時(shí)，由于壓力的改變而使其體積改變的性質(zhì)壓強(qiáng)增大使體積減小的性質(zhì)單位：m2/N，Pa-1

可壓縮流體不可壓縮流體：密度ρ為變量，即ρ=ρ(x,y,z,t)：密度ρ為常數(shù)，即ρ=C

注：通常情況下，液體為不可壓縮流體，氣體為可壓縮流體。壓縮系數(shù)：在一定的溫度下，單位壓強(qiáng)所引起的流體體積的相對(duì)縮小量第四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日特例水擊現(xiàn)象,液壓沖擊,水中爆炸波的傳播等問(wèn)題。

在低溫,低壓,低速條件下,隧道施工,運(yùn)營(yíng)通風(fēng),氣體輸送,煙道流動(dòng)等問(wèn)題。------液體為可壓縮流體------氣體為不可壓縮流體第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(1687)中指出：相鄰兩層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦作用,稱為粘性力。?

庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)(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。

三.粘性第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日①分子間的內(nèi)聚力②分子運(yùn)動(dòng)引起流體層間的動(dòng)量交換兩層液體之間的粘性力兩層氣體之間的粘性力形成牛頓內(nèi)摩擦力物理機(jī)理第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

壁面不滑移假設(shè)

由于流體的易變形性，流體與固壁可實(shí)現(xiàn)分子量級(jí)的粘附作用。通過(guò)分子內(nèi)聚力使粘附在固壁上的流體質(zhì)點(diǎn)與固壁一起運(yùn)動(dòng)。壁面不滑移假設(shè)已獲得大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，被稱為壁面不滑移條件。庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)間接地驗(yàn)證了壁面不滑移假設(shè)第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日?

粘性定義流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間或流層間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力（內(nèi)力/粘性力）以反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)?

粘性特性

粘性是流體抵抗變形的能力，是流體的固有屬性，是運(yùn)動(dòng)流體產(chǎn)生機(jī)械能損失的根源第九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日三、流體的粘性1、流體的粘性定義：在外力作用下，流體微元間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生阻抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的切向阻力的性質(zhì)。理想流體和粘性流體第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

1686年

流體粘性粘性《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》

牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓：英國(guó)偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家。第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.粘度的表示方法

μ

——?jiǎng)恿φ承韵禂?shù)，Pa·sν——運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，m2/s反映流體粘滯性大小的系數(shù)四、影響粘度的因素液體吸引力T↑

μ↓氣體熱運(yùn)動(dòng)T↑

μ↑第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

拉力T與接觸面積A、速度梯度成正比，即

或上兩式均稱為牛頓內(nèi)摩擦阻力定律。

牛頓內(nèi)摩擦定律實(shí)驗(yàn)測(cè)得：剪應(yīng)力剪應(yīng)力的大小與流體的粘性和速度梯度成正比，滿足上式的為牛頓流體第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

牛頓內(nèi)摩擦阻力定律適用于空氣、水、石油等大多數(shù)流體。

凡符合這一定律的流體稱為牛頓流體，不符合的流體為非牛頓流體。流變圖（流變曲線）

理想流體（無(wú)粘性流體）:τ=0

實(shí)際流體（粘性流體）:τ0

牛頓內(nèi)摩擦阻力定律第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

當(dāng)h很小時(shí)，阻力定律可寫為，即速度為線性分布。

速度分布圖形不同時(shí)，剪應(yīng)力τ分布也不同。拋物線分布u直線分布u第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

隨著溫度升高，液體的粘性系數(shù)下降；氣體的粘性系數(shù)上升。

今后在談及粘性系數(shù)時(shí)一定指明當(dāng)時(shí)的溫度。

運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)具有運(yùn)動(dòng)學(xué)量綱。注意二.粘性第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日與接觸面的面積A成正比與流體的種類有關(guān)與接觸面上壓強(qiáng)P無(wú)關(guān)內(nèi)摩擦力F與垂直于流動(dòng)方向的速度梯度du/dy成正比F

—流體層接觸面上的內(nèi)摩擦力，N；A—流體層間的接觸面積，m2；du/dy—垂直于流動(dòng)方向上的速度梯度，1/s；μ

—?jiǎng)恿︷ざ龋琍a·s。牛頓內(nèi)摩擦定律第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日流體分類第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日§2-2作用于流體上的力

作用在流體上的力可以分為兩大類，表面力和質(zhì)量力。一、表面力

定義：兩個(gè)分力與流體表面相切的切向力T-剪應(yīng)力

特點(diǎn)：分離體以外的流體通過(guò)接觸面作用在流體上的力，其大小與作用面積成正比通過(guò)接觸面產(chǎn)生的力與面積成正比與流體表面垂直的法向力P-壓力，不能承受拉力分布力，流體與固體的接觸面，流體與流體的接觸面第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日作用在流體上的表面力

法向應(yīng)力p

切向應(yīng)力τ壓強(qiáng)-單位面積上的壓力，方向沿內(nèi)法線方向切應(yīng)力ΔFΔPΔTAΔAVn法向應(yīng)力切向應(yīng)力第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日靜止流體或理想流體只有壓力第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日二、質(zhì)量力

定義：作用在流體某體積內(nèi)所有流體質(zhì)點(diǎn)上并與這一體積的流體質(zhì)量成正比的力，又稱體積力。

特點(diǎn)：例如：重力、慣性力等

單位質(zhì)量力:非接觸力與流體質(zhì)量成正比重力場(chǎng)，有Ｘ＝０,Ｙ＝０，Ｚ＝－ｇ（豎直向下）第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日俗稱表壓P=Pabs–Pa(2)相對(duì)壓力P：以大氣壓ｐａ為基準(zhǔn)計(jì)算計(jì)的壓力，其值即為絕對(duì)壓力超過(guò)當(dāng)?shù)卮髿鈮旱臄?shù)值。(1)絕對(duì)壓力：以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)計(jì)算壓力Pabs。工程上壓力的幾種表示方法(3)真空壓力Pv=Pa–PabsP=0(絕對(duì)真空)絕對(duì)壓力PPPa(大氣壓)表壓P’真空壓力第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日常用的壓力單位1）際單位制（SI）：N／m２或Pa。

1Pa＝１N／m２３）大氣壓：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、工程大氣壓。１標(biāo)準(zhǔn)大氣壓Patm=1.013×105Pa=760ｍｍ汞柱=10.33ｍ水柱２）液柱高：長(zhǎng)度單位，如水銀柱、水柱等。１工程大氣壓Pata=１kgf/cm2

=0.981×105Pa=0.968atm第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日靜止流體的壓力沿作用面的內(nèi)法線方向特性一流體靜壓特性特性二靜止流體中任意一點(diǎn)的壓力大小與作用面的方向無(wú)關(guān)，只是該點(diǎn)的坐標(biāo)函數(shù)。第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

靜止液體中有一平板，平板的軸位于O點(diǎn)，平板繞O軸旋轉(zhuǎn)，O點(diǎn)深度不變故不管平板轉(zhuǎn)到什么方位，在O點(diǎn)處的壓力仍然保持不變。

不同點(diǎn)的壓力不相等，壓力是空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。即p=p(x,y,z)。第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日證明：

取體積為dxdydz的微分四面體，各坐標(biāo)面和斜面上的平均流體靜壓力分別為：若cos（n,x）、cos（n,y）、cos（n,z）分別代表Pn