流體力學(xué)認(rèn)識流體流體的性質(zhì)與特點(diǎn)

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xiaojianglu@盧曉江機(jī)械工程學(xué)院過程裝備與控制工程現(xiàn)在是1頁\一共有44頁\編輯于星期日教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：40學(xué)時(shí)（1）課堂講授：28學(xué)時(shí)（2）習(xí)題課：6學(xué)時(shí)（3）實(shí)驗(yàn)：4學(xué)時(shí)（3）專題講座：2學(xué)時(shí)現(xiàn)在是2頁\一共有44頁\編輯于星期日工程流體力學(xué)賀禮清編著中國石油大學(xué)大學(xué)出版社2001年6月第1版選用教材現(xiàn)在是3頁\一共有44頁\編輯于星期日工程流體力學(xué)（I）趙漢中華中科技大學(xué)出版社

2005第1版工程流體力學(xué)詹德新王家楣湖北科學(xué)技術(shù)出版社2001第1版工程流體力學(xué)（水力學(xué)）聞德蓀高等教育出版社2004，第2版流體力學(xué)胡敏良武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2000，第1版推薦參考書目現(xiàn)在是4頁\一共有44頁\編輯于星期日預(yù)習(xí)問題總結(jié)聽講是基礎(chǔ)思考是關(guān)鍵練習(xí)是根本現(xiàn)在是5頁\一共有44頁\編輯于星期日授課課件習(xí)題課課件輔導(dǎo)材料參考書fluids@163.com密碼：111100現(xiàn)在是6頁\一共有44頁\編輯于星期日1.認(rèn)識流體流體的性質(zhì)與特點(diǎn)現(xiàn)在是7頁\一共有44頁\編輯于星期日流體和固體的區(qū)別是什么?什么是流體?現(xiàn)在是8頁\一共有44頁\編輯于星期日運(yùn)動(dòng)變形力物體現(xiàn)在是9頁\一共有44頁\編輯于星期日固體的變形大小與外力成正比流體的變形的大小與外力無確定關(guān)系現(xiàn)在是10頁\一共有44頁\編輯于星期日應(yīng)變作用時(shí)間加載卸載恒定外力現(xiàn)在是11頁\一共有44頁\編輯于星期日

在任意量的剪切力作用下將產(chǎn)生持續(xù)變形的物質(zhì)。流體現(xiàn)在是12頁\一共有44頁\編輯于星期日流體流動(dòng)的奧秘流體的粘性現(xiàn)在是13頁\一共有44頁\編輯于星期日

運(yùn)動(dòng)流體具有抵抗剪切變形的能力，這就是粘滯性（簡稱粘性）。對于運(yùn)動(dòng)的流體，當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)間存在相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性作用，在流體內(nèi)部流層之間會(huì)出現(xiàn)成對的切力，稱為內(nèi)摩擦力。粘性

現(xiàn)在是14頁\一共有44頁\編輯于星期日把一塊薄圓板用細(xì)金屬絲平吊在液體中，將圓板繞中心轉(zhuǎn)過一角度后放開，靠金屬絲的扭轉(zhuǎn)作用，圓板開始往返擺動(dòng)，由于液體的作用，圓板擺動(dòng)幅度逐漸衰減，直至靜止。園板分別為普通金屬板、涂蠟板和表面粘有細(xì)沙板三種。測量比較三種圓板的衰減時(shí)間。庫侖實(shí)驗(yàn)現(xiàn)在是15頁\一共有44頁\編輯于星期日實(shí)驗(yàn)結(jié)果三種圓板的衰減時(shí)間均相等庫侖得出結(jié)論:

衰減的原因，不是圓板與液體之間的相互摩擦，而是液體內(nèi)部的摩擦?，F(xiàn)在是16頁\一共有44頁\編輯于星期日牛頓內(nèi)摩擦定律

下板固定，上板移動(dòng)，且平板面積有足夠大，可以忽略邊緣對流體的影響。其中h為兩平板間的距離，A為平板面積?，F(xiàn)在是17頁\一共有44頁\編輯于星期日牛頓內(nèi)摩擦定律現(xiàn)在是18頁\一共有44頁\編輯于星期日粘性切應(yīng)力由相鄰兩層流體之間的速度梯度決定，而不是由速度決定。粘性切應(yīng)力由流體元的角變形速率決定，而不是由變形量決定。流體粘性只能影響流動(dòng)的快慢，卻不能停止流動(dòng)。

由于流體的易變形性，流體與固壁可實(shí)現(xiàn)分子量級的粘附作用。通過分子內(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)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?，F(xiàn)在是19頁\一共有44頁\編輯于星期日運(yùn)動(dòng)粘度（m2/s）(Kineaticviscosity)μ稱為動(dòng)力粘度，根據(jù)牛頓粘性定律可得：

粘度的單位在SI制中是帕斯卡秒（Pa·s),

在物理單位制中為達(dá)因·秒／平方厘米（泊,P）1/100泊厘泊CP(centipoise)蒸餾水：1.003CP１cm2/s＝１斯托克斯＝0.0001m2/s現(xiàn)在是20頁\一共有44頁\編輯于星期日液體氣體現(xiàn)在是21頁\一共有44頁\編輯于星期日假塑性流體脹塑性流體塑性流體

牙膏油漆牛頓流體

觸變性流體膠變性流體現(xiàn)在是22頁\一共有44頁\編輯于星期日粘彈性流體雞蛋清水雞蛋清ωω現(xiàn)在是23頁\一共有44頁\編輯于星期日牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體(Newtonianfluid):剪應(yīng)力和變形速率滿足線性關(guān)系，且當(dāng)變形速率為零時(shí)切應(yīng)力為零。非牛頓流體(Non-Newtonianfluid):所有不滿足牛頓流體關(guān)系的流體。現(xiàn)在是24頁\一共有44頁\編輯于星期日液滴與毛細(xì)現(xiàn)象表面張力現(xiàn)在是25頁\一共有44頁\編輯于星期日現(xiàn)在是26頁\一共有44頁\編輯于星期日現(xiàn)在是27頁\一共有44頁\編輯于星期日表面內(nèi)部表面張力使液體表面收縮到最小的趨勢相互性現(xiàn)在是28頁\一共有44頁\編輯于星期日

表面張力

(Surfacetension)

當(dāng)液體與其它流體或固體接觸時(shí)，在分界面上都產(chǎn)生一個(gè)張力，稱為表面張力。

表面張力一般用單位長度所具有的張力來表示，稱為表面張力系數(shù)（σ，N／m）。水在20℃時(shí)的表面張力為0.073N／m現(xiàn)在是29頁\一共有44頁\編輯于星期日2Rhh2R2πRσθγπR2hθθ接觸角（θ）：θ為銳角，流體浸潤壁面。θ為鈍角，流體不浸潤壁面?，F(xiàn)在是30頁\一共有44頁\編輯于星期日現(xiàn)在是31頁\一共有44頁\編輯于星期日作用于流體上的力表面力與質(zhì)量力現(xiàn)在是32頁\一共有44頁\編輯于星期日作用于流體上的力表面力又稱為面積力，又由于它產(chǎn)生在液體與液體或液體與固體的接觸面上，故又稱接觸力。流體表面力是作用在流體的表面或截面上且與作用面的面積成正比的力。質(zhì)量力是作用于流體上的每一質(zhì)點(diǎn)上且與質(zhì)量成正比的力?，F(xiàn)在是33頁\一共有44頁\編輯于星期日表面力：法向應(yīng)力切向應(yīng)力(Shearstress)(Normalstress)F現(xiàn)在是34頁\一共有44頁\編輯于星期日質(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(diǎn)上的力，其大小和流體的質(zhì)量或體積成正比，故稱為質(zhì)量力或體積力。

現(xiàn)在是35頁\一共有44頁\編輯于星期日側(cè)現(xiàn)在是36頁\一共有44頁\編輯于星期日流體流動(dòng)的特點(diǎn)流體流動(dòng)的分類現(xiàn)在是37頁\一共有44頁\編輯于星期日流體流動(dòng)分類

外流流體繞過置于無限流體中的物體，或物體在無界流體運(yùn)動(dòng)。（繞物體流動(dòng)和運(yùn)動(dòng)物體）內(nèi)流流體處于有限固體壁面所限制的空間內(nèi)流動(dòng)。（管流）現(xiàn)在是38頁\一共有44頁\編輯于星期日

明渠流動(dòng)

有自由面的流動(dòng)。

射流自由流動(dòng)（不受固體壁面影響）流體流動(dòng)分類現(xiàn)在是39頁\一共有44頁\編輯于星期日問題與思考現(xiàn)在是40頁\一共有44頁\編輯于星期日如何判斷流體粘性的大??？現(xiàn)在是41頁\一共有44頁\編輯于星期日流動(dòng)快慢阻力大小現(xiàn)在是42頁\一共有44頁\編輯于星期日直徑10cm的圓盤，由軸帶動(dòng)在一平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)，圓盤與平臺(tái)間充有厚度δ=1.5mm的油膜相隔，當(dāng)圓盤以n=50r/min旋轉(zhuǎn)時(shí)，測得扭矩M=2.94×10