第一章 流体主要物理性质 重庆科技学院.pptVIP

第一节 流体的概念 凡是没有固定的形状易于流动的物质就叫流体。即液体和气体。 流体与固体的差别表现为： 固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。 流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。在极小切应力下就会出现连续的变形流动。 液体和气体的区别： 气体易于压缩；而液体难于压缩； 液体有一定的体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。? 液体和气体的共同点： 两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。 第二节 流体的基本物理性质 密度 重度 相对密度 μ — 动力粘度、 ν=μ/ρ—运动粘度系数 ★注意：液体和气体的粘度随温度变化规律不同。 粘度的测量方法 绝对粘度 ：毛细管粘度计、旋转粘度计 相对粘度 ：恩氏粘度计测定 第三节 作用在流体上的力 流体无论处于运动或平衡状态，都受到各种力的作用。 按力的物理性质不同来划分，可分为重力、惯性力、弹性力和粘滞力。 按力的作用方式不同，可分为：质量力和表面力两种。 一、质量力 作用在流体每一质点上，其大小与流体质量成正比：G=mg 直线惯性力：I=ma 离心惯性力： 这三种力都与液体质量m成正比，且都作用在质点中心上，因而称为质量力 二、表面力 表面力作用于流体的表面上，并与受作用的流体表面积成正比。表面力包括外力和内力。 垂直与作用面的力，称为法向力（压力）；平行与流体作用面的，称为切向力（内摩擦力） 连续流体中，表面力是在流体表面连续分布的力。因此使用单位面积上的表面力来表述，称为应力。 第四节 流体的各种模型 本节主要介绍几个概念： 连续介质 理想流体：不考虑粘度、可压缩性、膨胀性等物理性质的流体 不可压缩流体 牛顿流体与非牛顿流体 恩氏粘度计 毛细管粘度计 旋转粘度计 * * 　　在研究流体静止和运动之前，首先要了解流体的内在属性，即流体的物理性质。包括密度、压缩性、膨胀性、粘性等。其中，粘性是流体物理性质中最重要的特性。 第一章 流体主要物理性质 常见的密度（在一个标准大气压下）： 4℃时的水　　　　　　　　20℃时的空气 热膨胀性和可压缩性 热膨胀性：流体体积随温度升高而增大的性质。它的物理意义是单位温度变化所引起的体积的相对变化率。液体的热膨胀性很小，一般可以忽略不计。气体的热膨胀系数为1/273，不可忽略 压缩性：在一定温度下，流体体积随压强升高而减少的性质。它的物理意义是单位压强变化所引起的体积的相对变化率。（Pa-1） 体积模量：体积压缩率的倒数。 流体的粘性 粘性：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时， 　　　　随之产生阻抗相对运动的内摩擦力 微观机制：分子间吸引力、分子不规则运动的动量交换 牛顿内摩擦定律： 切应力： 数学含义：垂直于流动方向的流速梯度。 物理含义：运动流体的剪切变形速率。 ——角变形速度（剪切变形速度） 速度梯度　　的物理意义 vdt (u+du)dt dudt dy dθ 流体与固体在摩擦规律上完全不同 正比于du/dy 正比于正压力，与速度无关 流体的粘性 dy 动力粘度和运动粘度 温度 掌握两种粘度的单位计量方式 200ml被测液体从恩氏粘度计流出的时间 200ml，20度的纯水从恩氏粘度计流出的时间 与运动粘度的换算关系 例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ =0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。 解： 注意：面积、速度梯度的取法 d D L 例：旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/min。内外筒间充入实验液体。内筒r1=1.93cm，外筒 r2=2cm，内筒高h=7cm，转轴上扭距M=0.0045N·m。求该实验液体的粘度。 解： 注意：1.面积A的取法； 2.单位统一 h n r1 r2 得 解： 注意：1.面积A的取法； 2.单位统一 得 表面张力σ：由分子的内聚力引起　单位：N/m 发生在液气接触的周界、液固接触的周界、不同液体接触的周界 毛细现象：液固接触 液固间附着力大于液体的内聚力(H2O) 液固间附着力小于液体的内聚力(Hg) 表面张力和毛细管现象 思考：水和养分为什么能够到达参天大树的枝叶？ 凹　上升 σ σ h θ 凸　下降 σ σ h θ 牛顿流体与非牛顿流体 牛顿流体——服从牛顿内摩擦定律的流体（水、大部分轻油、气体等） 假塑性流体——τ的增长率随dv/dz的增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等） 塑性流体——克服初始应力τ0后，τ才与速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂浆、中等浓度的悬浮液等） 膨胀型流体