液压流体力学第1章流体物理性质.ppt

《工程流体力学》; 2.1 流体的概念及 连续介质假设 2.2 流体的密度、重度、 比体积与相对密度 2.3 流体的热膨胀性 和可压缩性 2.4 流体的粘性;2.1 流体的概念及连续介质假设;II 同样分子间距上的分子相互作用力： 气体液体固体 气体分子的运动具有较大的自由程和随机性，液体 次之，而固体分子只能绕自身的位置作微小的振动 III 固体、液体和气体宏观的表象差异 固体有一定的体积也有一定的形状； 液体有一定的体积而无一定的形状； 气体既无一定的体积也无一定的形状。 IV 固体、液体和气体力学性能比较： 固体可以承受拉力、压力和切应力； 液体却只能承受压力，几乎不能承受拉力，在 极小的切应力作用下就会出现连续的变形流动，它 只呈现对变形运动的阻力，不能自行消除变形。这 一特性称为流体的易流动性。;这是流体区别于固体的根本标志。 气体与液体性能相近，主要差别是 可压缩性的大小。气体在外力作用下表 现出很大的可压缩性，而液体则不然。 在通常的温度下水所承受的压强由 0.1MPa增加到10MPa时，其体积仅减少 原来的0.5%，而气体的体积与压强按波 义尔?马略特定律成反比关系。可见气体 的可压缩性比液体的大很多。;2.1 流体的特征和连续介质假设（续）; 微小变形以抗拒外力，一直达到平衡为止。只要作用力保持不变，固体的变形就不再变化。 流体和固体具有上述不同性质是由于分子间的作用力不同造成的。在相同体积的固体和流体中，流体所含的分子数目比固体少得多，分子间的空隙就大得多，因此流体分子间的作用力小，分子运动强烈，从而决定了流体具有流动性和不能保持一定形状的特性。 流体中所包括的液体和气体除具有上述共同特性外，还具有如下的不同特性：液体的分子距和分子的有效直径差不多是相等的，当对液体加压时，只要分子距稍有缩小，分子间的斥力就会增大以抵抗外压力。所以，液体的分子距很难缩小，即液体很不易被压缩，以致一定重量的液体具有一定的体积，液体的形状取决于容器的形状，并且由于分子间吸引力的; 作用，液体有力求自身表面积收缩到最小的特性。所以，当容器的容积大于液体的体积时，液体不能充满容器，故在重力的作用下，液体总保持一个自由表面(或称自由液面)，通常称为水平面。 气体的分子距比液体的大，在0℃、1个标准大气压强（101325Pa）下，气体的平均分子距约为3.3× 10 -7cm，其分子平均直径约为2.5×10-8cm，分子距比分子平均直径约大十倍。因此，只有当分子距缩小很多时，分子间才会出现斥力。可见，气体具有很大的压缩性。此外，因其分子距与分子平均直径相比很大，以致分子间的吸引力微小，分子热运动起决定性作用，所以气体没有一定形状，也没有一定的体积，它总是能均匀充满容纳它的容器而不能形成自由表面。; 二、流体连续介质假设 从微观角度看，流体和其它物体一样，都是由大量不连续分布的分子组成，分子间有间隙。但是，流体力学所要研究的并不是个别分子的微观运动，而是研究由大量分子组成的宏观流体在外力作用下的宏观运动。因此，在流体力学中，取流体微团来作为研究流体的基元。所谓流体微团是一块体积为无穷小的微量流体，由于流体微团的尺寸极其微小，故可作为流体质点看待。这样，流体可看成是由无限多连续分布的流体微团组成的连续介质。这种对流体的连续性假设是合理的，因为在流体介质内含有为数众多的分子。例如，在标准状态下，lmm3气体中有2.7× 1016个分子；lmm3的液体中有3×10 19个分子。可见分子间的间隙是极其微小的。因此在研究流体宏观运动时，可; 可以忽略分子间的间隙，而认为流体是连续介质。 当把流体看作是连续介质后，表征流体性质的密度、速度、压强和温度等物理量在流体中也应该是连续分布的。这样，可将流体的各物理量看作是空间坐标和时间的连续函数，从而可以引用连续函数的解析方法等数学工具来研究流体的平衡和运动规律。 流体作为连续介质的假设对大部分工程技术问题都是适用的，但对某些特殊问题则不适用。例如，火箭在高空非常稀薄的气体中飞行以及高真空技术中，其分子距与设备尺寸可以比拟，不再是可以忽略不计了。这时不能再把流体看成是连续介质来研究，需要用分子动力论的微观方法来研究。本书只研究连续介质的力学规律。 ;二、连续介质假设 流体质点：包含有大量流体分子，并能保持其宏观力学性能的微小单元体。 连续介质的概念：在流体力学中，把流体质点作为最小