流體主要物理性質(zhì)

流體主要物理性質(zhì)1第1頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在研究流體靜止和運(yùn)動(dòng)之前，首先要了解流體的內(nèi)在屬性，即流體的物理性質(zhì)。包括密度、壓縮性、膨脹性、粘性等。其中，粘性是流體物理性質(zhì)中最重要的特性。前言2第2頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)流體的概念凡是沒有固定的形狀易于流動(dòng)的物質(zhì)就叫流體。即液體和氣體。流體與固體的差別表現(xiàn)為：固體可以承受拉力、壓力和切應(yīng)力，流體卻只能承受壓力，幾乎不能承受拉力，在極小切應(yīng)力下就會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的變形流動(dòng)。3第3頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一流體與固體的區(qū)別從微觀角度看

流體和其它物體一樣，都是由大量不連續(xù)分布的分子組成，分子間有間隙。從宏觀角度看

流體是在空間和時(shí)間上連續(xù)分布的介質(zhì)。

1775年歐拉在建立流體運(yùn)動(dòng)的微分方程時(shí)，就是采用連續(xù)介質(zhì)這樣一個(gè)基本假說，并在實(shí)踐中得到了證實(shí)，該假說的合理性。

流體微團(tuán)（流體質(zhì)點(diǎn)）：宏觀上足夠小，微觀上足夠大的微體積內(nèi)的流體。4第4頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)流體的基本物理性質(zhì)密度重度相對(duì)密度常見的密度（在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）：4℃時(shí)的水20℃時(shí)的空氣5第5頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熱膨脹性和可壓縮性熱膨脹性：流體體積隨溫度升高而增大的性質(zhì)。它的物理意義是單位溫度變化所引起的體積的相對(duì)變化率。液體的熱膨脹性很小，一般可以忽略不計(jì)。氣體的熱膨脹系數(shù)為1/273，不可忽略壓縮性：在一定溫度下，流體體積隨壓強(qiáng)升高而減少的性質(zhì)。它的物理意義是單位壓強(qiáng)變化所引起的體積的相對(duì)變化率。（Pa-1）體積模量：體積壓縮率的倒數(shù)。6第6頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一流體的粘性粘性：在外力作用下，流體微元間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨之產(chǎn)生阻抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力微觀機(jī)制：分子間吸引力、分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量交換牛頓內(nèi)摩擦定律：切應(yīng)力：數(shù)學(xué)含義：垂直于流動(dòng)方向的流速梯度。物理含義：運(yùn)動(dòng)流體的剪切變形速率。7第7頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一——角變形速度（剪切變形速度）速度梯度的物理意義vdt(u+du)dtdudtdydθ流體與固體在摩擦規(guī)律上完全不同正比于du/dy正比于正壓力，與速度無關(guān)流體的粘性dy8第8頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一μ—

動(dòng)力粘度、ν=μ/ρ—運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)★注意：液體和氣體的粘度隨溫度變化規(guī)律不同。動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度溫度掌握兩種粘度的單位計(jì)量方式9第9頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一粘度的測(cè)量方法絕對(duì)粘度：毛細(xì)管粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)相對(duì)粘度：恩氏粘度計(jì)測(cè)定200ml被測(cè)液體從恩氏粘度計(jì)流出的時(shí)間200ml，20度的純水從恩氏粘度計(jì)流出的時(shí)間與運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系10第10頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例：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μ=0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。解：注意：面積、速度梯度的取法dDL11第11頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例：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=2cm，內(nèi)筒高h(yuǎn)=7cm，轉(zhuǎn)軸上扭距M=0.0045N·m。求該實(shí)驗(yàn)液體的粘度。解：注意：1.面積A的取法；2.單位統(tǒng)一hnr1r2得解：注意：1.面積A的取法；2.單位統(tǒng)一得12第12頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表面張力σ：由分子的內(nèi)聚力引起單位：N/m發(fā)生在液氣接觸的周界、液固接觸的周界、不同液體接觸的周界毛細(xì)現(xiàn)象：液固接觸液固間附著力大于液體的內(nèi)聚力液固間附著力小于液體的內(nèi)聚力表面張力和毛細(xì)管現(xiàn)象思考：水和養(yǎng)分為什么能夠到達(dá)參天大樹的枝葉？凹上升σσhθ凸下降σσhθ13第13頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)作用在流體上的力流體無論處于運(yùn)動(dòng)或平衡狀態(tài)，都受到各種力的作用。按力的物理性質(zhì)不同來劃分，可分為重力、慣性力、彈性力和粘滯力。按力的作用方式不同，可分為：質(zhì)量力和表面力兩種。14第14頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、質(zhì)量力作用在流體每一質(zhì)點(diǎn)上，其大小與流體質(zhì)量成正比：G=mg直線慣性力：I=ma離心慣性力：這三種力都與液體質(zhì)量m成正比，且都作用在質(zhì)點(diǎn)中心上，因而稱為質(zhì)量力15第15頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、表面力表面力作用于流體的表面上，并與受作用的流體表面積成正比。表面力包括外力和內(nèi)力。垂直與作用面的力，稱為法向力（壓力）；平行與流體作用面的，稱為切向力（內(nèi)摩擦力）連續(xù)流體中，表面力是在流體表面連續(xù)分布的力。因此使用單位面積上的表面力來表述，稱為應(yīng)力。16第16頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)流體的各種模型本節(jié)主要介紹幾個(gè)概念：連續(xù)介質(zhì)理想流體：不考慮粘度、可壓縮性、膨脹性等物理性質(zhì)的流體不可壓縮流體牛頓流體與非牛頓流體17第17頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一牛頓流體與非牛頓流體實(shí)際流體（μ≠0）與理想流體（μ=0）牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體——服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體（水、大部分輕油、氣體等）假塑性流體——τ的增長(zhǎng)率隨dv/dz的增大而降低（高分子溶液、紙漿、血液等）塑性流體——克服初始應(yīng)力τ0后，τ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）膨脹型流體——τ的增長(zhǎng)率隨dv/dz的增大而增加（淀粉糊、挾沙水流）18第18頁(yè)，共22頁(yè)，2023年，2月20日，星期一本章小結(jié)流體的分類：本章重點(diǎn)：連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，牛頓內(nèi)摩擦定律思考題：1、流體的基本特性是什么？2、粘度的表示方法以及粘度與溫度和壓力的關(guān)系；3、動(dòng)力粘性系數(shù)和運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)的區(qū)別和聯(lián)系是什么？4、什么是流體的連續(xù)介質(zhì)模型；為何