液体的主要物理性质.pptx

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1、1.1 1.1 液体的基本性质及连续介质的概念液体的基本性质及连续介质的概念 1.2 1.2 1.2 1.2 液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重 1.3 1.3 液体的粘滞性液体的粘滞性 1.4 1.4 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性和膨胀性 1.5 1.5 液体的表面张力液体的表面张力 1.6 1.6 液体的相变液体的相变 1.7 1.7 作用于液体上的力作用于液体上的力第1页/共75页 1.1 1.1 液体的主要物理性质液体的主要物理性质1.1.1 1.1.1 液体的基本特征液体的基本特征自然界物质存在三种形式 固体 液体气体第2页/共75页 流体 固体 液

2、体气体物质第3页/共75页 固体 液体气体物质 固定形状和体积 内部存在拉力、压力和剪力 不能保持固定形状 不能承受拉力，微弱剪力作用 下，流体发生变形和流动第4页/共75页 固体 液体气体物质压缩和膨胀性小 可压缩和膨胀(但低速空气流动（4050m/s）气体可视为不可压缩)第5页/共75页连续介质的概念连续介质的概念液体由分子组成，分子之间存在空隙，介质不连续第6页/共75页分子间距相当微小 现代物理学指出，常温下，每立方厘米水中，约含3 310102222个分子，相邻分子间距约3 310108 8cmcm。可见，分子间距相当微小，在很小体积中，包含难以计数的分子。3108cm第7页/共75

3、页水力学中，把液体当作连续介质 假设液体是一种连续充满其所占据空间的连续体第8页/共75页水力学所研究的液体是连续介质的连续流动第9页/共75页 连续介质的概念 由瑞士学者欧拉（EulerEuler）17531753年首先建立，这一假定在流体力学发展上起到了巨大作用。第10页/共75页 如果液体视为连续介质，则液体中一切物理量一切物理量（如速度、压强和密度等）可视为 空间（液体所占据空间）坐标和时间的连续函数空间（液体所占据空间）坐标和时间的连续函数。研究液体运动时，可利用连续函数分析方法。研究液体运动时，可利用连续函数分析方法。第11页/共75页 研究液体运动时，可利用连续函数分析方法 第1

4、2页/共75页 特殊问题：水流掺气 空化水流 液体是不连续的第13页/共75页 1.1 1.1 液体的主要物理性质液体的主要物理性质1.1.1 1.1.1 液体的基本特征液体的基本特征 不能保持固定形状 易流性：不能承受拉力，微弱剪力作用下流动 压缩和膨胀性小1.1.2 1.1.2 连续介质的概念连续介质的概念液体是一种连续充满其所占据空间的连续体第14页/共75页1.1 1.1 液体的基本性质及连续介质的概念液体的基本性质及连续介质的概念 1.2 1.2 液体的密度和容重液体的密度和容重 1.3 1.3 液体的粘滞性液体的粘滞性 1.4 1.4 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性和膨胀性 1.

5、5 1.5 液体的表面张力液体的表面张力 1.6 1.6 液体的相变液体的相变 1.7 1.7 作用于液体上的力作用于液体上的力第15页/共75页 1.2 1.2 液体的密度和容重液体的密度和容重1 1 密度密度：单位体积液体所包含的质量，用表示第16页/共75页均质液体：=式中，M为液体的质量；V为的体积 对于非均质液体：=式中，M为任意微元的液体质量；量纲：=ML-3单位：kgm-3 V 为任意微元的液体体积。M VM,V 第17页/共75页量纲：F=Ma=Ma=Ma每一个物理量包含量的数值和量的种类用符号 表示物理量的种类称量纲 例如，F=-Ma则第18页/共75页 f(p,t)=f(压

6、强，温度压强，温度）但随温度、压强变化较小，水力学中一般视为常数。用标准大气压下，温度为4 4（）时蒸馏水密度计算 1000（kgm-3)第19页/共75页第20页/共75页若已知均质液体密度和体积，则该液体质量为 第21页/共75页 但随温度和压强的变化较小 f(p,t)=f(压强，温度）水力学的特殊问题,如水击问题，则视为变数第22页/共75页2 2 容重（重度）容重（重度）均质液体：或：则量纲：FL-3 单位：Nm-3 或 kNm-3 第23页/共75页重力：地球对物体的吸引力称重力，用符号G 表示G=Mg式中，g 为加速度。第24页/共75页不同液体重度是不同的 f(p,t)=f(压强

7、，温度）但随压强和温度的变化甚微，一般工程上视为常数。第25页/共75页 9800（Nm-3）9.8（kNm-3）取一个标准大气压下的温度为4c蒸馏水计算，则 第26页/共75页水的重度（标准大气压下）水的重度（标准大气压下）随温度变化随温度变化第27页/共75页第28页/共75页 表表0-1 0-1 几种常见的液体的重度（标准大气压下）几种常见的液体的重度（标准大气压下）液体名称液体名称 汽油汽油 纯酒精纯酒精 蒸馏水蒸馏水 海水海水 水银水银 重度（重度（N Nm m-3-3）测定温度（测定温度（）水的倍数水的倍数666466647350735015150.680.680.750.7577

8、78.37778.315150.79370.7937 9800 9800 4 4 1 1 999699961008410084 15 151.021.021.0291.0291332801332800 013.613.6第29页/共75页1.1 1.1 液体的基本性质及连续介质的概念液体的基本性质及连续介质的概念 1.2 1.2 1.2 1.2 液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重1.3 1.3 液体的粘滞性液体的粘滞性 1.4 1.4 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性和膨胀性 1.5 1.5 液体的表面张力液体的表面张力 1.6 1.6 液体的相变液体的相变 1.

9、7 1.7 作用于液体上的力作用于液体上的力第30页/共75页从运动的液体中取出两个相邻的液层进行分析u 两个相邻微元液层受力分析两个相邻微元液层受力分析ABABBAuABABuBA 平板缝隙中的润滑油流动平板缝隙中的润滑油流动 1.3 1.3 液体的粘滞性液体的粘滞性第31页/共75页1 1粘滞性：粘滞性：当液体质点（液层）间存在相对运动时 液体质点（液层）间产生 这种性质称液体粘滞性，此内摩擦力称为粘滞力内摩擦力抵抗其相对运动（液体连续变形）或 液体在相对运动状态下抵抗剪切变形的能力第32页/共75页因：液体质点（液层）间存在相对运动（快慢）果：质点间（液层）间存在内摩擦力 （1）方向：与

10、该液层相对运动速度方向相反 （2）大小：由牛顿内摩擦定律决定第33页/共75页2 2牛顿内摩擦定律：牛顿内摩擦定律：根据前人的科学实验研究，与液层之间的流速差成正比，液层接触面上产生的内摩擦力（单位面积上）大小，与两液层距离成反比，同时与液体的性质有关。试验成果写成表达式为第34页/共75页2 2牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律 牛顿内摩擦定律式中，为液体的动力粘滞系数为切应力，方向与作用面平行dudy为流速梯度，y 为垂直于流速方向与相对运动方向相反 uyOu+duyud yuBAuABuBAABAB第35页/共75页流速分布曲线第36页/共75页切应力方向判断u+duuu+duu第37页/共7

11、5页 适用条件：牛顿流体（Newtonian fluidNewtonian fluid）图图 牛顿流体的适用条件牛顿流体的适用条件 0du/dy1牛顿流体理想宾汉流体伪塑性流体膨胀性流体 泥浆，血液等 尼龙，橡胶的溶液生面团，浓淀粉等第38页/共75页固体的变形从另一个角度分析流速梯度第39页/共75页液体的变形第40页/共75页图图 微元水体运动的示意微元水体运动的示意 dudtu+du u yud yd y d 故证明:液体的流速梯度即为液体的剪切变形速度 第41页/共75页故相邻液层之间所产生的切应力与剪切变形速度成正比所以,液体的粘滞性可视为液体抵抗剪切变形的特性 剪切变形越大，所产生

12、内摩擦力越大 对相对运动液层抵抗越大 第42页/共75页3 3粘滞系数粘滞系数：反映不同液体对内摩擦力的影响系数第43页/共75页动力粘滞系数 量纲：F.T.L-2 单位：Nsm-2 Pas 有时候用:poise(:poise(泊)=dyne)=dyne s scmcm-2-21 poise=0.1 Nsm-2 第44页/共75页运动粘滞系数 量纲：L2T-1单位：m2s-1 有时候用:cm2s-1 1 cm2s-1=1 stokes=0.0001 m2s-1/第45页/共75页同一种液体中，粘滞系数()=f(p,t)=随压力和温度变化，但是随压力变化甚微，对温度变化较为敏感。第46页/共75

13、页对于水，可采用下列经验公式 式中，t 水温度，为stokes；（cm2/s)第47页/共75页下图给出了水和空气的粘滞系数随温度变化曲线。图图 水和空气的运动粘滞系数随温度的变化曲线水和空气的运动粘滞系数随温度的变化曲线 可见：对于水（液体）随温度上升而减少，对于空气其随温度上升增大。原因在于两者分子结构不同。第48页/共75页1 1 液体的主要物理性质液体的主要物理性质第49页/共75页1.1 1.1 液体的基本性质及连续介质的概念液体的基本性质及连续介质的概念 1.2 1.2 1.2 1.2 液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重 1.3 1.3 液体的粘滞性液

14、体的粘滞性 1.4 1.4 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性和膨胀性 1.5 1.5 液体的表面张力液体的表面张力 1.6 1.6 液体的相变液体的相变 1.7 1.7 作用于液体上的力作用于液体上的力第50页/共75页1.4 1.4 压缩性及压缩系数压缩性及压缩系数 1 1弹性弹性：当液体承受压力后，体积要缩小，压力撤出后也能恢复原状，这种性质称为液体的弹性或压缩性。液体的压缩性大小用体积压缩系数或弹性系数表示第51页/共75页2 2体积压缩系数：体积压缩系数：pp+dpVV+dV图图 液体体积的压缩示意液体体积的压缩示意 式中，为体积压缩系数，值越大，液体压缩性越大。解释：解释：“”表示压

15、强增大，体积缩小，表示压强增大，体积缩小，体积增量体积增量d dV V与压强增量与压强增量d dp p符号相反，符号相反，为了保证为了保证 是一个整数，前面冠以是一个整数，前面冠以“”。第52页/共75页液体被压缩时，质量并没有改变，故 单位：(m 2N-1)=Pa-1 第53页/共75页3 3体积弹性系数：体积弹性系数：单位：Pa，kPa 物理意义：K 越大，液体越不容易压缩 K K 表示液体绝对不可压缩。第54页/共75页 例如，在温度 t=20，K2.10106（kNm-2），即每增加一个大气压，水的体积相对压缩量仅两万分之一。液体是不可压缩 第55页/共75页 特殊问题必须考虑液体压缩

16、性例如，电站出现事故，突然关闭电站进水阀门，则进水管中压力突然升高，液体受到压缩，产生的弹性力对运动的影响不能忽视。第56页/共75页1.1 1.1 液体的基本性质及连续介质的概念液体的基本性质及连续介质的概念 1.2 1.2 1.2 1.2 液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重 1.3 1.3 液体的粘滞性液体的粘滞性 1.4 1.4 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性和膨胀性 1.5 1.5 液体的表面张力液体的表面张力 1.6 1.6 液体的相变液体的相变 1.7 1.7 作用于液体上的力作用于液体上的力第57页/共75页1.5 1.5 表面张力表面张力 1 1

17、 表面张力表面张力：自由面上液体分子受到的极其微小的拉力原因：自由表面上液体分子和两侧分子引力不平衡。注意：注意：1 1 表面张力不在液体的内部存在，只存在于液体表面表面张力不在液体的内部存在，只存在于液体表面 2 2 液体的表面张力较小，一般对液体的宏观运动不起液体的表面张力较小，一般对液体的宏观运动不起 作用可忽略不计。作用可忽略不计。3 3 某些情况下要考虑。例如，水滴雾化某些情况下要考虑。例如，水滴雾化 第58页/共75页一个金属框一个金属框AB AB 可以沿着框边直线运动可以沿着框边直线运动BA一个试验可以证明，表面张力的存在一个试验可以证明，表面张力的存在第59页/共75页盛有黑颜

18、液体的容器盛有黑颜液体的容器第60页/共75页 2 2 毛细现象：毛细现象：盛有液体的细玻璃管叫做测压管。由于表面张力作用玻璃管中液面和与之连同的大容器中的液面不在同一水平面上，这种现象叫毛细现象。图图 毛细现象毛细现象 hh水水银第61页/共75页图图 玻璃管中毛细管上升值玻璃管中毛细管上升值 图图 毛细现象毛细现象 hh水水银d第62页/共75页1 1 液体的主要物理性质液体的主要物理性质第63页/共75页1.1 1.1 液体的基本性质及连续介质的概念液体的基本性质及连续介质的概念 1.2 1.2 1.2 1.2 液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重 1.3 1

19、.3 液体的粘滞性液体的粘滞性 1.4 1.4 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性和膨胀性 1.5 1.5 液体的表面张力液体的表面张力 1.6 1.6 液体的相变液体的相变 1.7 1.7 作用于液体上的力作用于液体上的力第64页/共75页1.6 1.6 液体的相变液体的相变 固体、液体和气体是物质三种形式，在不同压力、温度下可相互转化第65页/共75页1.6 1.6 液体的相变液体的相变三态界限三态界限Tt+273p第66页/共75页三态界限三态界限Tt+273p固态固态液态液态气态气态第67页/共75页三态界限三态界限Tt+273p固态固态液态液态气态气态（T T，p p）（T，p）液体的

20、沸腾液体的沸腾第68页/共75页三态界限三态界限Tt+273p固态固态液态液态气态气态（T，p）（T，p）液体的沸腾液体的沸腾（T，p）液体的汽化液体的汽化第69页/共75页1.1 1.1 液体的基本性质及连续介质的概念液体的基本性质及连续介质的概念 1.2 1.2 1.2 1.2 液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重液体的密度和容重 1.3 1.3 液体的粘滞性液体的粘滞性 1.4 1.4 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性和膨胀性 1.5 1.5 液体的表面张力液体的表面张力 1.6 1.6 液体的相变液体的相变 1.7 1.7 作用于液体上的力作用于液体上的力第70页/共75页

21、0-5 0-5 作用于液体上的力作用于液体上的力 1.1.表面力表面力 作用于液体表面，并与作用面的表面积成正比的力为表面力。例如，压力，粘滞力等。第71页/共75页1.1.表面力表面力 表面力的大小可用总作用力表示，也常用单位面积上所受的表面力（即应力）表示。若表面力和作用面垂直，此切应力称为压应力或压强。若表面力和作用面平行，则此应力称为切应力。第72页/共75页2 2 质量力质量力 作用于也液体每一部分质量上，其大小和液体的质量成正比的力。例如，重力、惯性力等。在均质液体中，质量和体积是成正比的，所以，质量力又称为体积力。第73页/共75页2 2 质量力质量力 质量力除用总作用力表示外，也常用单位质量力度量 单位质量力：作用在单位质量液体上的质量力第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页