应用流体力学应用流体力学 (5).pdf

1.2 流体的主要力学性质1.2.3 黏性1.2.4 表面张力1.2.5 饱和蒸汽压与汽蚀 引入：一些我们熟悉的现象为什么总呈球形的呢？绿叶上的水珠昆虫为什么可以在水面上行走？昆虫在水面行走（水黾）这些现象都是由于液体表层(如液体和气体的分界面)存在表面张力。解释这些现象需要从液体内部和液体表层两部分来分析。1.2.4 表面张力 在液体内部,以分子力的有效力程为半径,作以分子A为中心的球面。由于对称,液体分子A在各方向上受到相邻分子的引力大小相等,处于平衡状态。气体液体表层液体内部910m1.2.4 表面张力表面张力A1.2.4 表面张力 在液体表层，分子B的有效力程球面有一部分在气体中，由于气体密度小于液体密度，气体对分子B向上的吸引力小于液体分子对其向下的吸引力。因此分子有下降的趋势。同时，液体表层区分子与分子之间还有侧面的吸引力，即有尽量收缩表面的趋势。表面张力AB气体液体表层液体内部910m/ssTl=表面张力系数与液体及其接触物的性质有关。20 时水银与空气、水接触时的表面张力系数分别为0.466 N/m 和 0.375 N/m。表面张力系数：作用在单位长度的表面张力。液体表面上 A,B 两点间长度为 l 的路径上存在表面张力 TS，其表面张力系数的表达式为：l单位：N/m1.2.4 表面张力 将两端开口的细玻璃管竖立在液体中，在表面张力作用下，管中液体上升或下降的现象，称为毛细管现象。水玻璃管玻璃管水银水的毛细现象水银的毛细现象1.2.4 表面张力毛细现象 以玻璃管插在水中为例，从受力的角度分析毛细现象。ABDTsTsCPaPaPaPamg 液柱上端大气压力和下端与大气压力相等的液体压力方向相反,二者合力为零。表面张力在垂直方向的分力和液柱重力相平衡液柱重力表面张力TsTs=sl=sdmg=Vg=(1/4d2h)gPaTsTsmg1.2.4 表面张力 以玻璃管插在水中为例，从受力的角度分析毛细现象。表面张力与竖直方向的夹角为，根据受力平衡：21cos4sdg hd=表面张力大小重力大小4cosshgd=Tscos=mg水柱：90 ，h为正，液面上升，呈现润湿。1.2.4 表面张力ABDTsTsCPaPamg不过，夹角 大于90度，h为负，此时液面下降，即呈现不润湿。4cosshgd=通过对毛细管上升高度h 的公式分析可知，对于同一液体而言，管径越小毛细现象越明显。1.2.4 表面张力 对于水银而言，分析过程与水相同1.一块毛巾，一头搭在脸盆内的水中，另一头搭在脸盆外的台子上，过了一段时间，脸盆外的台子上湿了一大块，为什么？习 题答：这是由毛细现象导致的。在表面张力的作用下，水将沿着毛巾的缝隙向毛巾内渗透，当蔓延至脸盆外的毛巾时将在重力作用向下滴落到台子上。盆中的水源源不断地进入毛巾并滴落在台子上，因此脸盆外的台子上会有很多水。热管（Heat Pump）中吸液芯10 cm1.2.5 饱和蒸气压与汽蚀 饱和蒸气压：液体转变为气体的过程称为汽化，其逆过程称为液化；汽化与液化达到平衡时，液体表面的气体压强称为饱和蒸气压。101325Pa,100如图所示，往外抽烧瓶里的气体会使烧瓶中水很快沸腾，就是这个道理。空穴：当液体流经某一局部区域，该区域压强低于饱和蒸汽压时，液体将会发生部分汽化生成气泡；气泡所占空间称为空穴。饱和蒸气压 定义：当气泡被液体带至压强较高的区域时，会导致气泡急剧凝结溃灭，液体高速冲向空穴，产生局部压强骤升，引起强烈的振动和噪声；若发生在壁面附近，反复冲击作用下的疲劳与液体中溶解氧的电化学腐蚀作用所造成的壁面损坏，称为汽蚀。1.2.5 饱和蒸气压与汽蚀汽蚀汽蚀多发生在流体机械(如泵)的入口处,流体流至泵的吸入管处一般压强已经很低,因此容易产生汽蚀现象而损坏叶片，汽蚀现象对流体机械具有很大危害,轻则降低流动性能,重则造成机械损伤、降低机械寿命和发生事故,因此一般应尽量避免汽蚀的发生。泵叶片的汽蚀利用空穴：超空化鱼雷气体携带颗粒等1.2.5 饱和蒸气压与汽蚀汽蚀