第二章流体及其物理性质PPT讲稿.ppt

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1、第二章流体及其物理性质第1页，共62页，编辑于2022年，星期二第二章 流体及其物理性质要点：要点：流体连续介质假设；流体连续介质假设；作用在流体上的力；作用在流体上的力；流体的黏性；流体的黏性；流体的毛细现象；流体的毛细现象；难点：难点：牛顿内摩擦定律的应用牛顿内摩擦定律的应用第2页，共62页，编辑于2022年，星期二2-1 2-1 流体的定义和特征流体的定义和特征 在在任何微小任何微小的的剪切力剪切力的作用下都能够发生的作用下都能够发生连续连续变形变形的物质称为流体。的物质称为流体。自然界物质存在的主要形态：自然界物质存在的主要形态：固态、固态、液态和气态液态和气态液体和气体是流体液体和气

2、体是流体 流体定义流体定义 指具有指具有流动性流动性且自身不能保持一定形状的物体，如气且自身不能保持一定形状的物体，如气体和液体体和液体。第3页，共62页，编辑于2022年，星期二流体具有的特征流体具有的特征流流体体只只能能承承受受压压力力，不不能能承承受受拉拉力力（液液体体表表面面除除外外），在在很很小小剪剪切切力力的的作作用用下下也也将将流流动动（变变形形）不不止止，直直到到剪剪切切力消失为止。力消失为止。没有固定的形状。没有固定的形状。液体液体的形状取决于盛装它的形状取决于盛装它的容器，的容器，气体气体完全充满容器。完全充满容器。流体具有可压缩性；液体可压缩性小，气体流体具有可压缩性；液

3、体可压缩性小，气体可压缩性大。可压缩性大。流体具有明显的流动性；气体的流动性大于液体。流体具有明显的流动性；气体的流动性大于液体。第4页，共62页，编辑于2022年，星期二2-2 2-2 流体连续介质的假设流体连续介质的假设 微观上微观上：流体各物理量在时间和空间上的分布都是：流体各物理量在时间和空间上的分布都是不连续不连续的。的。问题的提出问题的提出:宏观上：一般工程中所研究流体的空间尺度要宏观上：一般工程中所研究流体的空间尺度要比分子距离大得多。比分子距离大得多。流体分子之间存在空隙，但在标准状况下流体分子之间存在空隙，但在标准状况下1mm1mm3 3液体中液体中含有含有3.3103.31

4、01919个左右的分子，相邻分子间的距离约为个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.1103.110-8-8cmcm。1mm1mm3 3气体中含有气体中含有2.7102.7101616个左右的分子，相个左右的分子，相邻分子间的距离约为邻分子间的距离约为3.2103.210-7-7cmcm 第5页，共62页，编辑于2022年，星期二宏宏观观上上看看，流流体体质质点点足足够够小小，只只占占据据一一个个空空间间几几何何点点，体积趋于零。体积趋于零。微微观观上上看看，流流体体质质点点包包含含了了足足够够多多的的流流体体分分子子，这这些些分分子子行行为为的的统统计计平平均均值值稳稳定定，可可以以将将表表征

5、征流流体体物物理理特特性性和和运运动动要要素素的物理量定义在流体质点上。的物理量定义在流体质点上。流体微团（质点）概念流体微团（质点）概念第6页，共62页，编辑于2022年，星期二连续介质模型：连续介质模型：不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无数连续不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无数连续分布的分布的流体微团流体微团组成的连续介质组成的连续介质.欧拉欧拉于于1755年年提出。提出。表征流体状态的宏观物理量都可以作为空间和时间的连表征流体状态的宏观物理量都可以作为空间和时间的连续函数。续函数。意义：意义：可利用数学工具研究流体平衡和运动规律。可利用数学工具研究流体平衡和运动规律。第7页，共

6、62页，编辑于2022年，星期二流体的连续介质假设流体的连续介质假设v适用范围：适用范围：火箭在高空稀薄气体中飞行火箭在高空稀薄气体中飞行 激波激波 MEMS MEMS（微尺度流体机械系统）（微尺度流体机械系统）L/l 100适用适用L 物体特征尺寸物体特征尺寸l 流体质点特征尺寸流体质点特征尺寸不适用不适用大部分工程大部分工程问题都满足问题都满足特例：特例：第8页，共62页，编辑于2022年，星期二2-3 2-3 作用在流体上的力作用在流体上的力1.表面力表面力两个分力两个分力与流体表面垂直的与流体表面垂直的法向力法向力P P与流体表面相切的与流体表面相切的切向力切向力法向力法向力 切向力切

7、向力表面力表面力 定义：定义：分离体以外的流体通分离体以外的流体通过接触面作用在流体上的力，过接触面作用在流体上的力，与作用表面积成正比。与作用表面积成正比。第9页，共62页，编辑于2022年，星期二 法向应力法向应力p p 切向应力切向应力压压 强强黏性力黏性力理想（静止）流体理想（静止）流体理想（静止）流体中没有切应力理想（静止）流体中没有切应力 ，只承受压力，只承受压力 不能承受拉力。表面力只有法向压应力不能承受拉力。表面力只有法向压应力p p第10页，共62页，编辑于2022年，星期二二、质量力二、质量力 定义：定义：作用在某体积内所有流体质点上的力，与作用在某体积内所有流体质点上的力

8、，与 这一体积的流体质量成正比，又称体积力。这一体积的流体质量成正比，又称体积力。例如：重力、磁力、电动力例如：重力、磁力、电动力达朗伯原理：在质点运动的每一瞬时，作用于质点上达朗伯原理：在质点运动的每一瞬时，作用于质点上的主动力、约束反力和虚加的的主动力、约束反力和虚加的惯性力惯性力在形式上组成平在形式上组成平衡系。衡系。惯性力惯性力也是质量力也是质量力第11页，共62页，编辑于2022年，星期二 单位质量流体的质量力单位质量流体的质量力:重力场中：重力场中：第12页，共62页，编辑于2022年，星期二2-4 2-4 流体的密度流体的密度密度：密度：单位体积内流体所具有的质量，表征流体在空单

9、位体积内流体所具有的质量，表征流体在空 间的密集程度间的密集程度。密度密度 ：均质流体均质流体常见流体的密度：常见流体的密度：水水1000kg/m3 空气空气1.293kg/m3 水银水银13600kg/m3第13页，共62页，编辑于2022年，星期二相对密度：相对密度：是指某种流体的密度与是指某种流体的密度与44时水时水的密度的密度 的比值，用符号的比值，用符号d d来表示。来表示。比体积（比容）：比体积（比容）：流体密度的倒数，流体密度的倒数，混合气体密度混合气体密度：按各组分所占的体积百分数计算。按各组分所占的体积百分数计算。第14页，共62页，编辑于2022年，星期二解：查得标准状态下

10、各组分的密度解：查得标准状态下各组分的密度第15页，共62页，编辑于2022年，星期二2-5 2-5 流体的压缩性和膨胀比流体的压缩性和膨胀比1.1.流体的压缩性流体的压缩性（）：）：一定温度下，单位压强增量引起的体积变化率。一定温度下，单位压强增量引起的体积变化率。体积模量体积模量K K：压缩系数的倒数压缩系数的倒数,工程上常用体积模量衡量流体压缩性工程上常用体积模量衡量流体压缩性（m m2 2/N,Pa/N,Pa-1-1)水的体积模量：水的体积模量：K=2.0GPaK=2.0GPa第16页，共62页，编辑于2022年，星期二 K K 值越大，越难被压缩；值越大，越难被压缩；流体种类不同，流

11、体种类不同，K K 值不同；气体压缩性大于液体；值不同；气体压缩性大于液体；同一种流体的同一种流体的K K 值随温度、压强的变化而变化。值随温度、压强的变化而变化。v说说 明：明：2.流体的膨胀性（流体的膨胀性（）：）：在一定压力下，单位温升引起的体积变化率。在一定压力下，单位温升引起的体积变化率。第17页，共62页，编辑于2022年，星期二v说说 明：明：液体的体胀系数很小；液体的体胀系数很小；一般情况下，应考虑压强和温度对气体体积和密度一般情况下，应考虑压强和温度对气体体积和密度的影响；工程上，一般将实际气体当成理想气体处理。的影响；工程上，一般将实际气体当成理想气体处理。温度低于温度低于

12、50，水的体胀系数，水的体胀系数随压强随压强增加而增大；增加而增大；超过超过50，正好相反；正好相反；第18页，共62页，编辑于2022年，星期二解：解：第19页，共62页，编辑于2022年，星期二3.3.可压缩流体和不可压缩流体可压缩流体和不可压缩流体 严格地说，不存在完全不可压缩的流体。严格地说，不存在完全不可压缩的流体。一般情况下的液体都可视为不可压缩流体；一般情况下的液体都可视为不可压缩流体；当液体压降较大时，应作为可压缩流体。当液体压降较大时，应作为可压缩流体。（发生水击、水下爆破）（发生水击、水下爆破）。对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为对于气体，当所受压强变化相对较小时，

13、可视为不可压缩流体。不可压缩流体。（锅炉尾部烟道）（锅炉尾部烟道）气体流速小于气体流速小于0.30.3倍声速时，气体的密度变化也很倍声速时，气体的密度变化也很小，也可当作不可压缩流体处理。小，也可当作不可压缩流体处理。v说说 明：明：第20页，共62页，编辑于2022年，星期二2-6 2-6 流体的黏性流体的黏性1 1、流体的黏性、流体的黏性 定义：定义：流体微团间发生流体微团间发生相对滑移相对滑移时产生时产生切向阻力切向阻力的性的性质。质。流体内摩擦的概念最早由流体内摩擦的概念最早由牛顿牛顿提出，并由提出，并由库仑库仑用实验得到用实验得到证实。证实。第21页，共62页，编辑于2022年，星期

14、二流体粘性产生的效应：流体粘性产生的效应：流体内部各流体微团之间会产生黏性力，内摩擦力；流体内部各流体微团之间会产生黏性力，内摩擦力；流体将黏附于它所接触的固体表面。流体将黏附于它所接触的固体表面。实验表明：流体内摩擦阻力与速实验表明：流体内摩擦阻力与速度和接触面积成正比，与两板间度和接触面积成正比，与两板间的距离成反比。的距离成反比。动力黏度，动力黏度，Pas与流体种类、温度、压强有关与流体种类、温度、压强有关第22页，共62页，编辑于2022年，星期二切向应力：单位面积上的切向阻力，切向应力：单位面积上的切向阻力，流速在其法线上的变化率，速度梯度流速在其法线上的变化率，速度梯度当速度分布不

15、是按线性分布时当速度分布不是按线性分布时牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律第23页，共62页，编辑于2022年，星期二与垂直于流动方向的速度梯度与垂直于流动方向的速度梯度dv/dydv/dy成正成正比比与接触面的面积与接触面的面积A A成正比成正比与流体的种类有关与流体的种类有关与接触面上压强与接触面上压强P P 无关无关内摩擦力内摩擦力 F F第24页，共62页，编辑于2022年，星期二数学含义：垂直于流动方向的流速梯度。数学含义：垂直于流动方向的流速梯度。物理含义：流体微团角变形大小。物理含义：流体微团角变形大小。第25页，共62页，编辑于2022年，星期二 黏性切应力由相邻两层流体之间的黏性切

16、应力由相邻两层流体之间的速度梯度速度梯度决定决定,而不是由速度决定而不是由速度决定.黏性切应力由流体元的黏性切应力由流体元的角变形速率角变形速率决定，而不是由变决定，而不是由变形量决定形量决定.流体黏性只能影响流动的快慢，却不能停止流动流体黏性只能影响流动的快慢，却不能停止流动 当流体处于当流体处于静止状态静止状态或以或以相同速度运动相同速度运动(流层间没有相流层间没有相对运动对运动)时，时，内摩擦力等于零内摩擦力等于零，此时流体有黏性，流体的黏性作，此时流体有黏性，流体的黏性作用也表现不出来。用也表现不出来。v说明：说明：理想流体忽略流体的黏性，切应力为理想流体忽略流体的黏性，切应力为0 0

17、。第26页，共62页，编辑于2022年，星期二黏度黏度动力黏度（黏度），动力黏度（黏度），Pas，常压：压强对流体的黏性影响很小，可忽略不计；高压：流常压：压强对流体的黏性影响很小，可忽略不计；高压：流体黏性随压强升高而增大，如：水在体黏性随压强升高而增大，如：水在10GPa10GPa压强下的黏度增压强下的黏度增大到大到0.1MPa0.1MPa下黏度的两倍。下黏度的两倍。压强：压强：相同条件下，液体的粘度大于气体的黏度相同条件下，液体的粘度大于气体的黏度(表表2-6)流体种类：流体种类：v影响黏性的因素：影响黏性的因素：运动黏度，运动黏度，,第27页，共62页，编辑于2022年，星期二液体的黏

18、性随温度升高而减小液体的黏性随温度升高而减小气体的黏性随温度升高而增大气体的黏性随温度升高而增大 温度温度:一般认为一般认为：液体液体黏黏性主要取决于分子间的引力（内聚力）性主要取决于分子间的引力（内聚力）气体的黏性主要取决于分子随机运动时，不同流速气体的黏性主要取决于分子随机运动时，不同流速的流层间进行的动量交换。的流层间进行的动量交换。注意：液体和气体的黏度随温度变化规律不同。注意：液体和气体的黏度随温度变化规律不同。（表（表2-72-7）第28页，共62页，编辑于2022年，星期二m or nLiquidsGasest润滑时，要降低油温润滑时，要降低油温燃烧时，要增加油温燃烧时，要增加油

19、温今后在谈及黏度时一定指明当时的温度今后在谈及黏度时一定指明当时的温度第29页，共62页，编辑于2022年，星期二几种物质黏度随温度变化的经验公式几种物质黏度随温度变化的经验公式v水水v矿物油矿物油水在水在0时的动力黏度时的动力黏度计示压强（表压强）计示压强（表压强）黏压指数，机械油通常取黏压指数，机械油通常取大气压下大气压下(可取可取0、15、20)时对应的黏度时对应的黏度黏温指数，黏温指数，机械油通常取机械油通常取水的摄氏温度，水的摄氏温度，在在20-50MPa范围内范围内第30页，共62页，编辑于2022年，星期二v气体气体气体在气体在0时对应的动力黏度时对应的动力黏度苏士兰常数，与气体

20、种类有关苏士兰常数，与气体种类有关(见表见表2-6)（苏士兰关系式）（苏士兰关系式）气体的热力学温度，气体的热力学温度，K使用范围：使用范围：压强不太高的场合压强不太高的场合 第31页，共62页，编辑于2022年，星期二v混合气体混合气体混合气体在混合气体在i组分气体所占的组分气体所占的体积百分数体积百分数混合气体在混合气体在i组分气体的分子量组分气体的分子量混合气体在混合气体在i组分气体的动力黏度组分气体的动力黏度第32页，共62页，编辑于2022年，星期二 【例【例2-32-3】活塞直径活塞直径d=152.4mm，活塞缸直径，活塞缸直径D=152.6mm，活活塞长塞长L L304.8mm3

21、04.8mm，活塞与缸间的缝隙充满润滑剂，其运动黏度，活塞与缸间的缝隙充满润滑剂，其运动黏度=0.914410=0.914410-4-4m m2 2/s/s，相对密度为，相对密度为d=0.92d=0.92，如果活塞以，如果活塞以6m/s6m/s的的平均速度移动。平均速度移动。解：解：求：求：克服摩擦力所需要的功率克服摩擦力所需要的功率 动力黏度动力黏度润滑剂的密度润滑剂的密度dDL第33页，共62页，编辑于2022年，星期二由于间隙很小，速度可认为是线性分布由于间隙很小，速度可认为是线性分布克服摩擦力所需功率克服摩擦力所需功率由牛顿内摩擦定律由牛顿内摩擦定律第34页，共62页，编辑于2022年

22、，星期二 【例【例2-42-4】锅炉烟气各组分气体的体积百分数分别为：锅炉烟气各组分气体的体积百分数分别为：求烟气在标准状态下烟气的动力黏度。求烟气在标准状态下烟气的动力黏度。解：解：查表查表2-62-6，得各组分气体标况下的黏度带入公式：，得各组分气体标况下的黏度带入公式：第35页，共62页，编辑于2022年，星期二【例】如图所示，转轴直径【例】如图所示，转轴直径d=0.36m，轴承长度，轴承长度L=1m轴轴与轴承之间的缝隙为与轴承之间的缝隙为0.2mm，其中充满动力黏度为，其中充满动力黏度为0.72 Pa.s的油，如果轴的转速的油，如果轴的转速200rpm，求克服油的黏性阻，求克服油的黏性

23、阻力所消耗的功率以及外界施加的力矩。力所消耗的功率以及外界施加的力矩。解：油层与轴承接触面上的速度为零，与轴接触面上的解：油层与轴承接触面上的速度为零，与轴接触面上的速度等于轴面上的线速度：速度等于轴面上的线速度：第36页，共62页，编辑于2022年，星期二 设油层在缝隙内的速度分布为直线分布，即轴表面设油层在缝隙内的速度分布为直线分布，即轴表面上总的切向力为：上总的切向力为：克服摩擦所消耗的功率为：克服摩擦所消耗的功率为：施加的力矩：施加的力矩：第37页，共62页，编辑于2022年，星期二【例】半径为【例】半径为R R的圆盘在厚度为的圆盘在厚度为 的润滑油表面上绕轴的润滑油表面上绕轴线以角速

24、度线以角速度 转动，则应对圆盘施加多大的力矩。转动，则应对圆盘施加多大的力矩。解：离转轴解：离转轴r r处圆盘的线速度为处圆盘的线速度为对应的黏性切应力为对应的黏性切应力为圆盘上应施加的力矩为圆盘上应施加的力矩为第38页，共62页，编辑于2022年，星期二2 2、流体黏度的测量、流体黏度的测量 流体的黏度不能直接测量，一般通过测量与其有流体的黏度不能直接测量，一般通过测量与其有关的其他物理量，再由有关方程进行计算而得到。关的其他物理量，再由有关方程进行计算而得到。几种测量方法：几种测量方法：落球法落球法将将已已知知质质量量和和直直径径的的小小球球沿沿盛盛有有实实验验液液体体的的玻玻璃璃圆圆管管

25、中中心心线垂直降落，测量小球在液体中的线垂直降落，测量小球在液体中的自由沉降速度自由沉降速度，计算黏度。，计算黏度。适合于黏度大的流体。适合于黏度大的流体。第39页，共62页，编辑于2022年，星期二旋转法旋转法在在两两个个不不同同直直径径的的同同心心圆圆筒筒的的环环形形间间隙隙中中，充充加加实实验验液液体体，一一个个固固定定，另另一一个个以以已已知知速速度度旋旋转转，测测定定旋旋转转力力矩。矩。管流法管流法待待测测流流体体以以一一定定流流量量通通过过已已知知管管径径的的细细管管，测测量量细细管管上上一定长度上的压降，计算出流体的黏度。一定长度上的压降，计算出流体的黏度。第40页，共62页，编

26、辑于2022年，星期二泄流法（工业粘度计）泄流法（工业粘度计）使使已已知知温温度度和和体体积积的的液液体体通通过过仪仪器器下下部部已已知知直直径径的的短短管管自自由由泄泄流流，测测定定规规定定体体积积的的液液体体全全部部流流出出的的时时间间，与与同同样样体体积积已已知知黏黏度度的的液液体体泄泄流流时时间间相相比比，求求出出待待测测液液体体的的黏黏度。度。中国、德国采用的是恩格勒（中国、德国采用的是恩格勒（EnglerEngler）黏度计，）黏度计，测量石油产品及其它流体的粘度测量石油产品及其它流体的粘度；英国采用雷氏（英国采用雷氏（RedwoodRedwood）黏度计，）黏度计，测量燃料、测量

27、燃料、柴油之类的油的黏度；柴油之类的油的黏度；美国采用美国采用赛波特赛波特（SayboltSaybolt）黏度计，分通用黏度计和重油黏度计。黏度计，分通用黏度计和重油黏度计。第41页，共62页，编辑于2022年，星期二恩格勒黏度计恩格勒黏度计我国采用的工业黏度计我国采用的工业黏度计 测定结果为恩氏度，待测液体的恩测定结果为恩氏度，待测液体的恩氏度氏度根据恩氏度，求得运动黏度根据恩氏度，求得运动黏度220cm3记录记录200cm3的时间的时间第42页，共62页，编辑于2022年，星期二恩氏粘度：恩氏粘度：在规定条件下在规定条件下，一定体积的试样从恩格勒粘度，一定体积的试样从恩格勒粘度计的小孔流出

28、计的小孔流出200mL试增所需要的时间（试增所需要的时间（s）与该粘度计测）与该粘度计测定水的值之比，以定水的值之比，以E表示。表示。雷氏粘度：在规定条件下，一定体积的试样从雷氏粘度计雷氏粘度：在规定条件下，一定体积的试样从雷氏粘度计流出流出50mL试样所需要量的时间，以试样所需要量的时间，以s为单位。为单位。赛氏粘度：在规定条件下，一定体积的试样从赛赛氏粘度：在规定条件下，一定体积的试样从赛波特粘度计流出所需要的时间，以波特粘度计流出所需要的时间，以s为单位。赛氏粘为单位。赛氏粘度分为度分为赛氏通用粘度赛氏通用粘度（以（以SUV表示）和表示）和赛氏重油粘度赛氏重油粘度（以（以SFV表示）。表

29、示）。第43页，共62页，编辑于2022年，星期二3 3、牛顿流体和非牛顿流体、牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体：牛顿流体：遵循遵循牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律的流体。的流体。非牛顿流体：非牛顿流体：不遵循不遵循牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律的流体。的流体。胀流型流体胀流型流体牛顿流体牛顿流体拟塑性流体拟塑性流体理想塑性流体理想塑性流体(宾汉型流体宾汉型流体)理想流体理想流体弹性体弹性体表观黏度表观黏度第44页，共62页，编辑于2022年，星期二B、宾汉型流体：宾汉型流体：k 0，n=1,=Const代表流体：牙膏代表流体：牙膏C、拟拟(伪伪)塑性流体：塑性流体：k=0，n1代表流体：油漆、油墨代表

30、流体：油漆、油墨流体分类流体分类E、纵纵轴轴，理想流体：理想流体：k=0，=0F、横横轴轴，弹性固体弹性固体第45页，共62页，编辑于2022年，星期二4 4、理想流体、理想流体在实际流体的黏性作用表现不出来的场合在实际流体的黏性作用表现不出来的场合(像在静止流体中像在静止流体中或匀速直线流动的流体中或匀速直线流动的流体中)，可把实际流体当理想流体来处，可把实际流体当理想流体来处理。理。在许多场合，想求得黏性流体流动的精确解是很困难在许多场合，想求得黏性流体流动的精确解是很困难的。对某些黏性不起主要作用的问题，先不计黏性的影的。对某些黏性不起主要作用的问题，先不计黏性的影响，使问题的分析大为简

31、化，从而有利于掌握流体流动响，使问题的分析大为简化，从而有利于掌握流体流动的基本规律。的基本规律。定义：定义：不具有黏性的流体不具有黏性的流体。是假想流体，实际中并不存在是假想流体，实际中并不存在第46页，共62页，编辑于2022年，星期二对于黏性为主要影响因素的实际流动问题，先研究不计黏性影对于黏性为主要影响因素的实际流动问题，先研究不计黏性影响的理想流体的流动，而后引入黏性影响，再研究黏性流体流响的理想流体的流动，而后引入黏性影响，再研究黏性流体流动的更为复杂的情况，也是符合认识事物由简到繁的规律的。动的更为复杂的情况，也是符合认识事物由简到繁的规律的。第47页，共62页，编辑于2022年

32、，星期二2-7 2-7 液体的表面性质液体的表面性质1、表面张力、表面张力 原因：由分子的原因：由分子的内聚力内聚力引起的，即分子间的相互吸引力。引起的，即分子间的相互吸引力。3-4倍平均分倍平均分子距离子距离 分子距液面距离大于或等于影分子距液面距离大于或等于影响球半径时，处于平衡状态；当距响球半径时，处于平衡状态；当距离小于离小于r时，产生一个向下的吸引时，产生一个向下的吸引力，把表面拉向液体内部。力，把表面拉向液体内部。第48页，共62页，编辑于2022年，星期二表表面面张张力力（系系数数）：自自由由面面上上单单位位长长度度上上所所受受到到的的拉力，用拉力，用 ，N/mN/m 液体表面力

33、由于分子引力不均衡而产生的。液体表面力由于分子引力不均衡而产生的。任何液体分子在进入表面层时都必须反抗这种力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。的作用，也就是必须给这些分子以机械功。如如将水分散成雾滴，即扩大其表面，有许多内部水将水分散成雾滴，即扩大其表面，有许多内部水分子移到表面，就必须克服这种力对体系做功分子移到表面，就必须克服这种力对体系做功。自由表面的合力方向指向液体内部，导致液体表面具自由表面的合力方向指向液体内部，导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。第49页，共62页，编辑于2

34、022年，星期二 在不相混合的液体间以及液体和固体间的分界面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，通常称为分界面产生表面张力，通常称为交界面张力交界面张力。一定量的液体在表面张力的影响下总是一定量的液体在表面张力的影响下总是取自由取自由表面能最小时的形状表面能最小时的形状。如：。如：一滴液体一滴液体，如无外力的，如无外力的影响，其形状为影响，其形状为球形球形。形状形状位置位置第50页，共62页，编辑于2022年，星期二*气体不存在自由表面，也就不存在表面张力。气体不存在自由表面，也就

35、不存在表面张力。*表面张力是表面张力是液体特有液体特有的性质。的性质。*表面张力可产生在液气、液固、液液接触面上。表面张力可产生在液气、液固、液液接触面上。*表面张力可产生附加压力使自由面弯曲。表面张力可产生附加压力使自由面弯曲。*表面张力随温度的上升而下降。表面张力随温度的上升而下降。*在液体中添加某些有机溶剂或盐类，可改变液体表在液体中添加某些有机溶剂或盐类，可改变液体表面张力。面张力。v说明：说明：第51页，共62页，编辑于2022年，星期二第52页，共62页，编辑于2022年，星期二2、毛细现象、毛细现象原因：原因：附着力附着力指液体同固体壁面接触时，液体分子和指液体同固体壁面接触时，

36、液体分子和固体分子之间的相互吸引力。固体分子之间的相互吸引力。毛细现象：毛细现象：液体在细管中能上升或下降的现象液体在细管中能上升或下降的现象 把细管插入液体内，若液体分子间的吸引力小于把细管插入液体内，若液体分子间的吸引力小于附着力，则液体能够润湿固体，液体将在管内上升附着力，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；到一定的高度，管内的液体表面呈凹面；若液体若液体(如水银如水银)的内聚力大于液体与固体之间的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。一定

37、高度，管内的液体表面呈凸面。第53页，共62页，编辑于2022年，星期二d/2h水水d/2h水银水银液体沿固体液体沿固体上升上升：内聚力小于附着力，为凹面：内聚力小于附着力，为凹面液体沿固体液体沿固体下降下降：内聚力大于附着力，为凸面内聚力大于附着力，为凸面第54页，共62页，编辑于2022年，星期二毛细压强毛细压强液面为曲面时，表面张力造成曲面两侧的压强差液面为曲面时，表面张力造成曲面两侧的压强差拉普拉斯表面张力公式拉普拉斯表面张力公式d/2h第55页，共62页，编辑于2022年，星期二对于球形液滴对于球形液滴对于肥皂泡，存在内外对于肥皂泡，存在内外两个两个自由表面：自由表面：毛细管中液柱的

38、上升或下降高度毛细管中液柱的上升或下降高度 根据受力平衡，表面张力的合力与上升或下降液柱根据受力平衡，表面张力的合力与上升或下降液柱的重力相等时，液柱高度不再变化。的重力相等时，液柱高度不再变化。d/2h第56页，共62页，编辑于2022年，星期二v说明：说明：对于水，当玻璃管内径大于对于水，当玻璃管内径大于20mm、对于水银，大、对于水银，大于于12mm时，可以忽略毛细现象的影响。时，可以忽略毛细现象的影响。工程实际中，考虑误差容许范围，一般测压管的管径大于工程实际中，考虑误差容许范围，一般测压管的管径大于10mm10mm时，忽略毛细现象的影响。时，忽略毛细现象的影响。在空气中，在空气中，2

39、0水与洁净玻璃的接触角水与洁净玻璃的接触角=0=0，水银与洁，水银与洁净玻璃的接触角为净玻璃的接触角为=139。第57页，共62页，编辑于2022年，星期二本章小结1 1、流体的易流动性概念：、流体的易流动性概念：2 2、流体的连续介质模型：、流体的连续介质模型：即流体在静止时，在任何微小即流体在静止时，在任何微小剪切应力剪切应力作用下都作用下都会发生变形或流动。会发生变形或流动。把流体看成没有空隙的连续介质，则流体中的一切物把流体看成没有空隙的连续介质，则流体中的一切物理量（如速度理量（如速度u和密度和密度）都可看作时空的连续函数，可采都可看作时空的连续函数，可采用解析函数理论作为分析工具。

40、用解析函数理论作为分析工具。第58页，共62页，编辑于2022年，星期二3 3、流体的压缩性：、流体的压缩性：一般用体积模量一般用体积模量K来描述，来描述，K越大，越难压缩；通常情况越大，越难压缩；通常情况下，压强变化不大时，都可视为不可压缩流体。下，压强变化不大时，都可视为不可压缩流体。4 4、黏性：、黏性：流体的主要物理性质，它是抵抗剪切变形的一种性质，流体的主要物理性质，它是抵抗剪切变形的一种性质，不同的流体粘性大小用动力粘度不同的流体粘性大小用动力粘度 或运动粘度或运动粘度 来反映。来反映。温度是粘度的重要影响因素：温度是粘度的重要影响因素：随温度升高，气体粘度上升、随温度升高，气体粘

41、度上升、液体粘度下降液体粘度下降。0 理想流体；理想流体；0 黏性流体黏性流体第59页，共62页，编辑于2022年，星期二5 5、牛顿内摩擦定律、牛顿内摩擦定律 表明流体的切应力大小与速度梯度或角变形率或剪切变形表明流体的切应力大小与速度梯度或角变形率或剪切变形速率成正比，这是流体区别于固体（其切应力与剪切变形大速率成正比，这是流体区别于固体（其切应力与剪切变形大小成正比）的一个重要特性。小成正比）的一个重要特性。根据是否遵循牛顿内摩擦定律，可将流体分为牛顿流根据是否遵循牛顿内摩擦定律，可将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。体和非牛顿流体。第60页，共62页，编辑于2022年，星期二 表面张力是液体特有的性质。表面张力是液体特有的性质。工程实际中，考虑误差容许范围，一般测压管的管径大于工程实际中，考虑误差容许范围，一般测压管的管径大于10mm时，忽略毛细现象的影响。时，忽略毛细现象的影响。6 6、表面张力和毛细现象、表面张力和毛细现象第61页，共62页，编辑于2022年，星期二作业：作业：P18：2-2P19：2-7、2-13、2-14第62页，共62页，编辑于2022年，星期二