流体力学认识流体流体的性质与特点.pptx

工程流体力学工程流体力学贺礼清 编著中国石油大学大学出版社中国石油大学大学出版社2001 2001 年年6 6 月第月第1 1 版版选用教材选用教材第1页/共40页工程流体力学（工程流体力学（I I）赵汉中赵汉中华中科技大学出版社华中科技大学出版社 2005 2005 第第1 1版版工程流体力学工程流体力学詹德新詹德新 王家楣王家楣湖北科学技术出版社湖北科学技术出版社 2001 2001 第第1 1版版工程流体力学工程流体力学（水力学）（水力学）闻德荪闻德荪高等教育出版社高等教育出版社 20042004，第，第2 2版版流体力学流体力学胡敏良胡敏良武汉工业大学出版社，武汉工业大学出版社，20002000，第，第1 1版版推荐参考书目推荐参考书目第2页/共40页预习问题总结听讲是基础思考是关键练习是根本第3页/共40页l 授课课件授课课件l 习题课课件习题课课件l 辅导材料辅导材料l 参考书参考书 密码：密码：111100第4页/共40页1.认识流体第5页/共40页流体和固体的区别是什么?什么是流体什么是流体?第6页/共40页运动变形力力力力物体第7页/共40页固体的变形大小与外力成正比流体的变形的大小与外力无确定关系第8页/共40页应应应应变变变变作用时间作用时间作用时间作用时间加载加载加载加载卸载卸载卸载卸载恒定外力恒定外力恒定外力恒定外力第9页/共40页 在任意量的剪切力作用下将产生持续变形的物质。流体流体第10页/共40页流体流动的奥秘流体的粘性流体的粘性第11页/共40页 运动流体具有抵抗剪切变形的能力，这就是粘滞性（简称粘性）。运动流体具有抵抗剪切变形的能力，这就是粘滞性（简称粘性）。对对对对于于于于运运运运动动动动的的的的流流流流体体体体，当当当当流流流流体体体体质质质质点点点点间间间间存存存存在在在在相相相相对对对对运运运运动动动动时时时时，由由由由于于于于流流流流体体体体的的的的粘粘粘粘性性性性作作作作用用用用，在在在在流流流流体体体体内内内内部部部部流流流流层之间会出现成对的切力，称为层之间会出现成对的切力，称为层之间会出现成对的切力，称为层之间会出现成对的切力，称为内摩擦力内摩擦力内摩擦力内摩擦力。粘性粘性 第12页/共40页 把一块薄圆板用细把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中，金属丝平吊在液体中，将圆板绕中心转过一角将圆板绕中心转过一角度后放开，靠金属丝的度后放开，靠金属丝的扭转作用，圆板开始往扭转作用，圆板开始往返摆动，由于液体的作返摆动，由于液体的作用，圆板摆动幅度逐渐用，圆板摆动幅度逐渐衰减，直至静止。衰减，直至静止。园板分别为普通金园板分别为普通金属板、涂蜡板和表面粘属板、涂蜡板和表面粘有细沙板三种。有细沙板三种。测量比较三种圆板测量比较三种圆板的衰减时间。的衰减时间。库仑实验第13页/共40页实验结果三种圆三种圆板的衰减时间均相等板的衰减时间均相等库仑得出结论库仑得出结论:衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互摩擦，而是液体内部的摩擦摩擦，而是液体内部的摩擦摩擦，而是液体内部的摩擦摩擦，而是液体内部的摩擦 。第14页/共40页牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律 下板固定，上板移动，且平板面积有足够大，下板固定，上板移动，且平板面积有足够大，下板固定，上板移动，且平板面积有足够大，下板固定，上板移动，且平板面积有足够大，可以忽略边缘对流体的影响。其中可以忽略边缘对流体的影响。其中可以忽略边缘对流体的影响。其中可以忽略边缘对流体的影响。其中 h h为两平板间的为两平板间的为两平板间的为两平板间的距离，距离，距离，距离，A A为平板面积。为平板面积。为平板面积。为平板面积。第15页/共40页牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律第16页/共40页粘性切应力由相邻粘性切应力由相邻两层流体之间的两层流体之间的速速度梯度度梯度决定，而不决定，而不是由速度决定。是由速度决定。粘性切应力由流粘性切应力由流体元的体元的角变形速角变形速率率决定，而不是决定，而不是由变形量决定。由变形量决定。流体粘性只能影响流体粘性只能影响流动的流动的快慢快慢，却不，却不能停止流动。能停止流动。由于流体的易变形性，流由于流体的易变形性，流体与固壁可实现分子量级的粘体与固壁可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固壁上的流体质点与固壁附在固壁上的流体质点与固壁一起运动。一起运动。壁面不滑移假设壁面不滑移假设已获得大量实验壁面不滑移假设已获得大量实验壁面不滑移假设已获得大量实验壁面不滑移假设已获得大量实验证实，被称为：证实，被称为：证实，被称为：证实，被称为：壁面不滑移条件。壁面不滑移条件。壁面不滑移条件。壁面不滑移条件。第17页/共40页运动粘度运动粘度运动粘度运动粘度（m2/s）(Kineatic viscosity)称为称为称为称为动力粘度动力粘度动力粘度动力粘度，根据牛顿粘性定律根据牛顿粘性定律根据牛顿粘性定律根据牛顿粘性定律可得可得可得可得：粘度的单位在SI制中是帕斯卡秒（Pas),在物理单位制中为达因秒平方厘米（泊,P）1/100 泊厘泊厘泊厘泊厘泊 CP CP CP CP (centipoise)蒸馏水：蒸馏水：蒸馏水：蒸馏水：1.003 CP1.003 CPcm2/s斯托克斯斯托克斯斯托克斯斯托克斯0.0001m2/s第18页/共40页液体液体液体液体气体气体气体气体第19页/共40页假塑性流体假塑性流体胀塑性流体胀塑性流体塑性流体塑性流体 牙膏油漆牛顿流体牛顿流体 触变性流体触变性流体胶变性流体胶变性流体第20页/共40页粘弹性流体粘弹性流体鸡蛋清水水鸡蛋清鸡蛋清 第21页/共40页牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体牛顿流体(Newtonian fluid):剪应力和变形速率满足线性关系，且当变形速率为零时剪应力和变形速率满足线性关系，且当变形速率为零时剪应力和变形速率满足线性关系，且当变形速率为零时剪应力和变形速率满足线性关系，且当变形速率为零时切应力为零。切应力为零。切应力为零。切应力为零。非牛顿流体非牛顿流体(Non-Newtonian fluid):所有不满足牛顿流体关系的流体。所有不满足牛顿流体关系的流体。所有不满足牛顿流体关系的流体。所有不满足牛顿流体关系的流体。第22页/共40页液滴与毛细现象表面张力表面张力表面张力第23页/共40页第24页/共40页第25页/共40页表面表面内部内部表面张力使液体表面收缩到最小的趋势使液体表面收缩到最小的趋势相互性相互性相互性相互性第26页/共40页 表面张力表面张力(Surface tension)当液体与其它流体或固体接触时，在分当液体与其它流体或固体接触时，在分界面上都产生一个张力，称为界面上都产生一个张力，称为表面张力表面张力。表面张力一般用单位长度所具有的张力表面张力一般用单位长度所具有的张力来表示，称为表面张力系数来表示，称为表面张力系数（，Nm）。水在水在20时的表面张力为时的表面张力为0.073 Nm第27页/共40页2Rhh2R2 R R2h 接触角接触角（）：为锐角，流体浸润壁面。为锐角，流体浸润壁面。为锐角，流体浸润壁面。为锐角，流体浸润壁面。为钝角，流体不浸润壁面。为钝角，流体不浸润壁面。为钝角，流体不浸润壁面。为钝角，流体不浸润壁面。第28页/共40页第29页/共40页作用于流体上的力表面力与质量力表面力与质量力第30页/共40页 作用于流体上的力作用于流体上的力表面力又称为面积力，又由于它产生在液体与液体或液体表面力又称为面积力，又由于它产生在液体与液体或液体表面力又称为面积力，又由于它产生在液体与液体或液体表面力又称为面积力，又由于它产生在液体与液体或液体与固体的接触面上，故又称与固体的接触面上，故又称与固体的接触面上，故又称与固体的接触面上，故又称接触力接触力接触力接触力。流体流体表面力表面力表面力表面力是作用是作用是作用是作用在流体的表面在流体的表面在流体的表面在流体的表面或截面上且与或截面上且与或截面上且与或截面上且与作用面的面积作用面的面积作用面的面积作用面的面积成正比的力。成正比的力。成正比的力。成正比的力。质量力质量力质量力质量力是作用是作用是作用是作用于流体上的每于流体上的每于流体上的每于流体上的每一质点上且与一质点上且与一质点上且与一质点上且与质量成正比的质量成正比的质量成正比的质量成正比的力。力。力。力。第31页/共40页表面力：表面力：表面力：表面力：法向应力法向应力法向应力法向应力切向应力切向应力切向应力切向应力(Shear stress)(Normal stress)F F第32页/共40页质量力（体积力）：质量力（体积力）：质量力（体积力）：质量力（体积力）：质质质质量量量量力力力力是是是是某某某某种种种种力力力力场场场场作作作作用用用用在在在在全全全全部部部部流流流流体体体体质质质质点点点点上上上上的的的的力力力力，其其其其大大大大小小小小和和和和流流流流体体体体的的的的质质质质量量量量或或或或体体体体积积积积成成成成正正正正比比比比，故故故故称为质量力或体积力。称为质量力或体积力。称为质量力或体积力。称为质量力或体积力。第33页/共40页侧第34页/共40页流体流动的特点流体流动的分类流体流动的分类第35页/共40页流体流动分类流体流动分类 外流外流 流体绕过置于无限流体中的物体，或流体绕过置于无限流体中的物体，或物体在无界流体运动。（绕物体流动和运物体在无界流体运动。（绕物体流动和运动物体）动物体）内流内流 流体处于有限固体壁面所限制的空间流体处于有限固体壁面所限制的空间内流动。（管流）内流动。（管流）第36页/共40页 明渠流动明渠流动 有自由面的流动。有自由面的流动。射流射流自由流动（不受固体壁面影响）自由流动（不受固体壁面影响）流体流动分类流体流动分类第37页/共40页问题与思考问题与思考第38页/共40页l 如何判断流体粘性的大小？第39页/共40页感谢您的观看！第40页/共40页