§1-2 流体的主要力学性质.ppt

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1、1-2 流体的主要力学流体的主要力学性质性质 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics 第一章 绪论1-1 1-1 流体力学概述流体力学概述1-2 1-2 流体的主要力学性质流体的主要力学性质 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid Mechani

2、csFluid Mechanics1-2 1-2 流体的主要力学性质流体的主要力学性质一、流体的流动性一、流体的流动性 二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质 1、流体的惯性（1）密度 流体的密度是流体的重要属性之一，它表征流体在空间某点质量的密集程度，流体的密度定义为：单位体积流体所具有的质量，用符号来表示。 对于流体中各点密度相同的均质流体，其密度： 式中： 流体的密度，kg/m3； m流体的质量，kg； V流体的体积，m3。Vm 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe Col

3、lege流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics 对于各点密度不同的非均质流体，在流体的空间中某点取包含该点的微小体积 ，该点的密度为：二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质VmVmVddlim0 （2）流体的相对密度比重（specific gravityspecific gravity） 流体的相对密度是指某种流体的密度与4时水的密度的比值，用符号d来表示。 式中： 流体的密度，kg/m3； 4时水的密度，kg/m3。Wfd 1、流体的惯性fw 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department

4、，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质 1、流体的惯性（3 3）比容）比容 (specific volume)(specific volume)：1vg3mNm3/kg 流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力（内力/粘性力）以反抗相对运动的性质。 粘性是流体抵抗剪切变形（或相对运动）的一种属性。粘性也是运动流体产生机械能损失的根源。 微观机制：分子间吸引力、分子不规则运动的动量交换。 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction En

5、gineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质y yubFAU)m(1007. 126waters)m(100 .1526airsFUAbdydup TT（ , ）（ ） 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics()du d

6、yconst00二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质（4）影响黏性的因素 流体黏性随压强和温度的变化而变化。在通常的压强下，压强对流体的黏性影响很小，可忽略不计。在高压下，流体(包括气体和液体)的黏性随压强升高而增大。 流体的黏性受温度的影响很大，而且液体和气体的黏性随温度的变化是不同的。液体的黏性随温度

7、升高而减小，气体的黏性随温度升高而增大。 造成液体和气体的黏性随温度不同变化的原因是由于构成它们黏性的主要因素不同。分子间的吸引力是构成液体黏性的主要因素，温度升高，分子间的吸引力减小，液体的黏性降低；构成气体黏性的主要因素是气体分子作不规则热运动时，在不同速度分子层间所进行的动量交换。温度越高，气体分子热运动越强烈动量交换就越频繁，气体的黏性也就越大。 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二

8、、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质（5）关于流体粘性的几点补充流体存在相对运动或剪切变形时，流体内部就会产生切应力，以抵抗其相对运动或剪切变形。对于相对静止的流体，粘性表现不出来（可忽略）！流体粘性作用巨大，它不仅影响流体运动的形态和性质，而且影响运动中许多物理量的数值，如，温度、压强、速度的分布等。流体粘性的存在有利有弊！如，产生粘性阻力，使飞机、舰船、鱼雷等航行体速度、航程受限；产生升力，使鸟儿、飞机等可以自由飞翔。粘性使得流体力学变得难以求解！ 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeT

9、ianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质 随着压强的增加，流体体积缩小；随着温度的增高，流体体积膨胀，这是所有流体的共同属性，即流体的压缩性和膨胀性。 （1）流体的膨胀性 在一定的压强下，流体的体积随温度的升高而增大的性质称为流体的膨胀性。流体膨胀性的大小用体积膨胀系数 来表示，它表示当压强不变时，升高一个单位温度所引起流体体积的相对增加量，即式中 流体的体积膨胀系数，1/，1/K； VVdVtVd1V 流体温度的增加量，K； 原有流体的体积，m3； 流体体积的增加量，m3。 t dVV

10、d 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质 （1）流体的膨胀性 实验指出，液体的体积膨胀系数很小，一般可忽略不计。气体的热膨胀性相对很大，一般不可忽略，当气体压强不变时，温度每升高1K，体积便增大到273K时体积的1/273。因此，气体的热膨胀系数=1/273（1/K）。 流体的体积膨胀系数还取决于压强。对于大多数液体，随压强的增加稍为减小。水的在高于

11、50时也随压强的增加而增大。 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质 （2）流体的压缩性 在一定的温度下，流体的体积随压强升高而缩小的性质称为流体的压缩性。流体压缩性的大小用体积压缩系数k来表示。它表示当温度保持不变时，单位压强增量引起流体体积的相对缩小量，即 式中 流体的体积压缩系数，m2/N； 流体压强的增加量，Pa； 原有流体的体积，m3； 流体

12、体积的增加量，m3。 VVpdd1pdVVd 由于压强增加时，流体的体积减小，故在上式中加个负号，以使体积压缩系数恒为正值。 实验指出，液体的体积压缩系数很小，气体的压缩性要比液体的压缩性大得多，这是由于气体的密度随着温度和压强的改变将发生显著的变化。 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质 （3）可压缩流体和不可压缩流体 任何流体都是可以压缩的。液体

13、的压缩性都很小，随着压强和温度的变化，液体的密度仅有微小的变化，在大多数情况下，可以忽略压缩性的影响，认为液体的密度是一个常数，称为不可压缩流体，而密度为常数的流体称为不可压均质流体。 气体的压缩性都很大。通常把气体看成是可压缩流体，即它的密度不能作为常数，而是随压强和温度的变化而变化的。我们把密度随温度和压强变化的流体称为可压缩流体。 把液体看作是不可压缩流体，气体看作是可压缩流体，都不是绝对的。在实际工程中，要不要考虑流体的压缩性，要视具体情况而定。例如，研究管道中水击和水下爆炸时，水的压强变化较大，而且变化过程非常迅速，这时水的密度变化就不可忽略，即要考虑水的压缩性，把水当作可压缩流体来

14、处理。又如，在锅炉尾部烟道和通风管道中，气体在整个流动过程中，压强和温度的变化都很小，其密度变化很小，可作为不可压缩流体处理。再如，当气体对物体流动的相对速度比声速要小得多时，气体的密度变化也很小，可以近似地看成是常数，也可当作不可压缩流体处理。 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质（1）表面张力 表面张力的形成主要取决于分界面液体分子间的吸引力，也

15、称为内聚力。表面层内的所有液体分子均受有向下的吸引力，从而把表面层紧紧拉向液体内部。由于表面层中的液体分子都有指向液体内部的拉力作用，所以任何液体分子在进入表面层时都必须反抗这种力的作用，也就是必须给这些分子以机械功。当自由表面收缩时，在收缩的方向上必定有与收缩方向相反的作用力，这种力称为表面张力。在不相混合的液体间以及液体和固体间的分界面附近的分子都将受到两种介质吸引力的作用，沿着分界面产生表面张力，通常称为交界面张力。表面张力的大小以作用在单位长度上的力表示，单位为N/m。 不同的液体在不同的温度下具有不同的表面张力值。所以液体的表面张力都随着温度的上升而下降。 天河学院 建筑工程系建筑工

16、程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质（2）毛细现象 把细管插入液体内，若液体(如水)分子间的吸引力(称为内聚力)小于液体分子与固体分子之间的吸引力，也称为附着力，则液体能够润湿固体，液体将在管内上升到一定的高度，管内的液体表面呈凹面，若液体(如水银)的内聚力大于液体与固体之间的附着力，则液体不能润湿固体，液体将在管内下降到一定高度，管内的液体表面呈凸面。 这种液体在细管中能上

17、升或下降的现象称为毛细现象。液体在细管中上升或下降的高度与表面张力有关 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics 图1 液体在毛细管内上升 (a) 湿润管壁的液体的液面上升 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Me

18、chanics 图图2 2 液体在毛细管内上升液体在毛细管内上升 (a) (a) 湿润管壁的液体的液面上升湿润管壁的液体的液面上升 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics 图3 液体在毛细管内下降 (b) 不湿润管壁的液体的液面下降 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流

19、体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics 图4 液体在毛细管内下降 (b) 不湿润管壁的液体的液面下降 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质 当细管半径越小时，H的绝对值就越大。所以，当用内径很细的管子作液柱式测压计的管子时，会造成较大的测量误差。一般来说，对于水，细管的内径应大于14mm；对于水银，细管的内径大于10mm时，此时毛细现象产生的测量误差已很小，不必加以修正。 天河学院 建筑工程系建筑工程系 Construction Engineering Department ，TianHe CollegeTianHe College流体力学流体力学 Fluid MechanicsFluid Mechanics小结：小结：作业：作业：掌握流体的主要力学性质：1、惯性：密度；比容；比重；重度；2、粘性：牛顿内摩擦定理；动力黏度；运动黏度； 黏度的影响因素；黏度的作用；3、可压缩性与热膨胀性：概念与影响因素；4、表面张力的概念；5、毛细现象与测量读数误差。教材：P12-2；6；8；13学习辅导：