第一章 流体及其物理性质精选文档.ppt

《第一章 流体及其物理性质精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章 流体及其物理性质精选文档.ppt（24页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第一章 流体及其物理性质1本讲稿第一页，共二十四页第一节 流体的概念一、流体的特征一、流体的特征流动性流动性在在任意微小的剪切力任意微小的剪切力作用下使流体发生作用下使流体发生连续的剪连续的剪切变形切变形流动流动。能够流动的物质称为能够流动的物质称为流体流体。流动性是流体的主要。流动性是流体的主要特征。特征。流体可分为流体可分为液体和气体。液体和气体。2本讲稿第二页，共二十四页第一节 流体的概念流体与固体的区别流体与固体的区别 固体的变形与受力的大小成正比；固体的变形与受力的大小成正比；任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形；一、流体的特征一、

2、流体的特征流动性流动性(续续)液体与气体的区别液体与气体的区别 液体的流动性小于气体；液体的流动性小于气体；液体具有一定的体积，并取决于容器的形状；气体充满液体具有一定的体积，并取决于容器的形状；气体充满任何容器，而无一定体积任何容器，而无一定体积。流体没有固定形状，其形状取决于容器的形状。流体没有固定形状，其形状取决于容器的形状。流动性流动性形状不定形状不定3本讲稿第三页，共二十四页第一节 流体的概念一、流体的特征一、流体的特征受力特性受力特性 流流体体在在静静止止时时不不能能承承受受剪剪切力，抵抗剪切变形。切力，抵抗剪切变形。流流体体只只有有在在运运动动状状态态下下，当当流流体体质质点点之

3、之间间有有相相对对运运动动时，时，才能才能抵抗剪切变形。抵抗剪切变形。只只要要有有剪剪切切力力的的作作用用，流流体体就就不不会会静静止止下下来来，发发生生连连续续变变形形而而流动。流动。作作用用在在流流体体上上的的剪剪切切力力不不论论多多么么微微小小，只只要要有有足足够够的的时时间间，便便能能产产生任意大的变形。生任意大的变形。运运动动流流体体抵抵抗抗剪剪切切变变形形的的能能力力（产产生生剪剪切切应应力力的的大大小小）体体现现在在变变形形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。4本讲稿第四页，共二十四页第一节 流体的概念一、流体的特征

4、一、流体的特征受力特性（续）受力特性（续）？流体是否可以承受拉力、切应力、流体是否可以承受拉力、切应力、压力？有无静摩擦力？压力？有无静摩擦力？5本讲稿第五页，共二十四页第一节 流体的概念 微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的 随机性使得流体的各物理量在时间和空随机性使得流体的各物理量在时间和空 间上的分布都是不连续的。间上的分布都是不连续的。宏观上：当所讨论问题的特征尺寸远大于流体宏观上：当所讨论问题的特征尺寸远大于流体 的分子平均自由程时，可将流体视为在的分子平均自由程时，可将流体视为在 时间和空间连续分布的函数。时间和空间连续分布的函数。问题的

5、提出问题的提出二、连续介质假说二、连续介质假说6本讲稿第六页，共二十四页第一节 流体的概念个分子个分子 1mm3空气空气(1个大气压，个大气压，00C)宏宏观观（流流体体力力学学处处理理问问题题的的尺尺度度）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空间几何点，体积趋于零。个空间几何点，体积趋于零。微微观观（分分子子自自由由程程的的尺尺度度）上上看看，流流体体质质点点是是一一个个足足够够大大的的分分子子团团，包包含含了了足足够够多多的的流流体体分分子子，以以致致于于对对这这些些分分子子行行为为的的统统计计平平均均值值将将是是稳稳定定的的，作作为为表表征征流流体体物物理理特特性性

6、和和运运动动要要素素的的物物理理量量定定义义在在流流体体质质点点上。上。流体质点概念流体质点概念二、连续介质假说（续）二、连续介质假说（续）宏观宏观无限小无限小微观微观无限大无限大7本讲稿第七页，共二十四页第一节 流体的概念流体质点的运动过程是连续的；表征流体的一切特性可看成流体质点的运动过程是连续的；表征流体的一切特性可看成 是时间和空间连续分布的函数是时间和空间连续分布的函数流流 体体 介介 质质 是是 由由 连连 续续 的的 流流 体体 质质 点点 所所 组组 成成，流流 体体 质质 点点 占占 满空间而没有间隙。满空间而没有间隙。连续介质假说连续介质假说特例特例航天器在高空稀薄的空气中

7、的运行航天器在高空稀薄的空气中的运行血液在毛细血管中的流动血液在毛细血管中的流动 二、连续介质假说（续）二、连续介质假说（续）8本讲稿第八页，共二十四页第二节流体的密度和重度第二节流体的密度和重度一、流体的密度一、流体的密度单位体积的流体所包含的质量称为密度，用单位体积的流体所包含的质量称为密度，用表示。表示。v 常压常温下，空气的密度大约是水的常压常温下，空气的密度大约是水的 1/800v 一般取汞密度为水密度的一般取汞密度为水密度的13.6倍倍v 1大气压，大气压，40C 1大气压，大气压，200C9本讲稿第九页，共二十四页第二节流体的密度和重度第二节流体的密度和重度二、流体的重度二、流体

8、的重度单位体积的流体所的受的重力，用单位体积的流体所的受的重力，用表示。表示。10本讲稿第十页，共二十四页第三节流体的压缩性与膨胀性第三节流体的压缩性与膨胀性一、流体的压缩性一、流体的压缩性流体受压体积减小的性质称为压缩性。流体受压体积减小的性质称为压缩性。VV-Vpp+p压缩系数压缩系数弹性模数弹性模数11本讲稿第十一页，共二十四页第三节流体的压缩性与膨胀性第三节流体的压缩性与膨胀性二、流体的膨胀性二、流体的膨胀性流体受温度影响体积变化的性质。流体受温度影响体积变化的性质。VV+VTT+T膨胀系数膨胀系数12本讲稿第十二页，共二十四页第三节流体的压缩性与膨胀性第三节流体的压缩性与膨胀性 例例

9、11厚壁容器中盛有厚壁容器中盛有0.5 m3的水，初始的水，初始压压力力为为2106 Pa。当。当压压力增至力增至6106 Pa时时，问问水的水的体体积积减少了多少减少了多少?解解取水的取水的弹弹性模数性模数E2109 Pa，体体积积减少量减少量为为 (m3)13本讲稿第十三页，共二十四页第四节流体的粘性第四节流体的粘性一、粘性及其表现一、粘性及其表现运动流体内存在内摩擦力的特性（有抵抗剪切变运动流体内存在内摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。形的能力），这就是粘滞性。14本讲稿第十四页，共二十四页第四节流体的粘性第四节流体的粘性形成牛顿形成牛顿内摩擦力内摩擦力物理机理物理机理

10、 分子间的吸引力分子间的吸引力 分子运动引起流体分子运动引起流体层间的动量交换层间的动量交换液体以液体以此为主此为主气体以气体以此为主此为主一、粘性及其表现（续）一、粘性及其表现（续）15本讲稿第十五页，共二十四页第四节流体的粘性第四节流体的粘性二、牛顿内摩擦定律二、牛顿内摩擦定律(N/m2)16本讲稿第十六页，共二十四页第四节流体的粘性第四节流体的粘性二、牛顿内摩擦定律（续）二、牛顿内摩擦定律（续）17本讲稿第十七页，共二十四页第四节流体的粘性第四节流体的粘性二、牛顿内摩擦定律（续）二、牛顿内摩擦定律（续）粘性切应力与速度梯度成正比；粘性切应力与速度梯度成正比；(2)(2)粘性切应力与角变形

11、速率成正比；粘性切应力与角变形速率成正比；(3)(3)比例系数称动力粘度，简称粘度。比例系数称动力粘度，简称粘度。18本讲稿第十八页，共二十四页第四节流体的粘性第四节流体的粘性三、粘性的度量动力粘度和运动粘度三、粘性的度量动力粘度和运动粘度动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度温度对流体粘度的影响？温度对流体粘度的影响？动力粘度越大，说明流动阻力越大；动力粘度越大，说明流动阻力越大；运动粘度越大，说明流动性好。运动粘度越大，说明流动性好。19本讲稿第十九页，共二十四页第四节流体的粘性第四节流体的粘性三、粘性的度量恩氏粘度三、粘性的度量恩氏粘度E=t/t0=(0.0732E-0.0631/E)10-4

12、 (m2/s)理想流体，牛顿流体理想流体，牛顿流体20本讲稿第二十页，共二十四页第四节流体的粘性第四节流体的粘性例例12相距为相距为h=10 mm的两固定平板间充满动力粘度的两固定平板间充满动力粘度=1.49 Pas的甘油，的甘油，若两板间甘油的速度分布为若两板间甘油的速度分布为u=4000y(h-y)，则，则(1)若上板的面积若上板的面积A=0.2 m2，求使上板固定不动所需的水平作用力，求使上板固定不动所需的水平作用力F；(2)求求y=h/3和和2h/3处的内摩擦应力，处的内摩擦应力，并说明正负号的意义。并说明正负号的意义。解解：(1)=du/dy=4000(h-2y)设上板处流体所受的内

13、摩擦应设上板处流体所受的内摩擦应力为力为0，则上板所受的内摩擦应力，则上板所受的内摩擦应力0=-0，F=-A0=-0.240001.49(0.01-20.01)=11.92(N)(方向如图示方向如图示)21本讲稿第二十一页，共二十四页第四节流体的粘性第四节流体的粘性例例12相距为相距为h=10 mm的两固定平板间充满动力粘度的两固定平板间充满动力粘度=1.49 Pas的甘油，若两板间甘的甘油，若两板间甘油的速度分布为油的速度分布为u=4000y(h-y)，则，则(1)若上板的面积若上板的面积A=0.2 m2，求使上板固定不动所需的水平作用力，求使上板固定不动所需的水平作用力F；(2)求求y=h

14、/3和和2h/3处的内摩擦应力，处的内摩擦应力，并说明正负号的意义。并说明正负号的意义。解解：(2)y=h/3时，时，=40001.49(0.01-20.01/3)=19.9(N/m2)y=2/3 h时，时，=4 0001.49(0.01-40.01/3)=-19.9(N/m2)y=h/3y=2/322本讲稿第二十二页，共二十四页补充例题1图示油缸尺寸为图示油缸尺寸为 d=12 cm，l14 cm，=0.02 cm，所充油的，所充油的=0.65 10-1Pas。试求当活塞以速度。试求当活塞以速度 v=0.5 m/s 运动时所需拉力运动时所需拉力 F为多少？为多少？解解:由牛顿内摩擦定律知由牛顿内摩擦定律知式中式中由此得由此得23本讲稿第二十三页，共二十四页流体及其物理性质小结1.主要概念：流动性及流体、密度、压缩性、膨胀性、主要概念：流动性及流体、密度、压缩性、膨胀性、粘性、动力粘度、运动粘度粘性、动力粘度、运动粘度2.水水=1000kg/m3，空气空气=1.2kg/m3，汞汞=13.6水水3.作业：作业：1-1，1-3，1-9，1-12，1-1324本讲稿第二十四页，共二十四页