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1、第1章 流体的主要物理性质现在学习的是第1页，共21页第第1 1章章 流体的主要物理性质流体的主要物理性质n1.1 1.1 流体的概念及连续介质假设流体的概念及连续介质假设1.1.1 流体的概念n流体流体-不能保持一定的形状，有很大的流动性，不能保持一定的形状，有很大的流动性，能够流动的物体，包括液体和气体。能够流动的物体，包括液体和气体。流体与固体的差别在宏观上表现为流体具有流动性，不能承受拉力和剪力。现在学习的是第2页，共21页 气体、液体：只能受压力，不能抵抗拉应力、切应力，在切应气体、液体：只能受压力，不能抵抗拉应力、切应力，在切应力下连续变形，即流动。力下连续变形，即流动。微观上，微
2、观上，固体和流体比较固体和流体比较：固体的分子排列紧密，分子被束缚在平衡位置附近，只能作微小的振固体的分子排列紧密，分子被束缚在平衡位置附近，只能作微小的振动而不能相对移动，因此分子间的距离和相对位置都较难改变，可以承受动而不能相对移动，因此分子间的距离和相对位置都较难改变，可以承受压力、拉力和剪力。压力、拉力和剪力。液体和气体的分子排列松散，分子运动强烈，除在平衡位置附近作振液体和气体的分子排列松散，分子运动强烈，除在平衡位置附近作振动外，还可以离开平衡位置作无规则相对移动，使分子间的距离和相对位动外，还可以离开平衡位置作无规则相对移动，使分子间的距离和相对位置发生较大改变，不能承受拉力和剪
3、力。置发生较大改变，不能承受拉力和剪力。液体和气体比较液体和气体比较：液体分子间的距离比气体之间的距离小，分子之间的引力可使液体分子间的距离比气体之间的距离小，分子之间的引力可使液体保持一定的体积；液体保持一定的体积；气体的分子间距很大，引力很弱，既不能保持一定的形状，也不能保气体的分子间距很大，引力很弱，既不能保持一定的形状，也不能保持一定的体积。持一定的体积。流体的分类流体的分类液体不可压缩流体液体不可压缩流体气体可压缩流体气体可压缩流体现在学习的是第3页，共21页1.1.2 连续介质假设n连续介质假设连续介质假设：把流体视为一种假想的、充满其占有空间、：把流体视为一种假想的、充满其占有空
4、间、由大量的没有间隙存在的流体质点所组成的介质。由大量的没有间隙存在的流体质点所组成的介质。只研究流体宏观性质，不研究微观性质。只研究流体宏观性质，不研究微观性质。注：注：只适用于宏观情况，假设取微单元时，仍为连续。只适用于宏观情况，假设取微单元时，仍为连续。各种物理量都可以看作是空间和时间的连续函数。各种物理量都可以看作是空间和时间的连续函数。实际流体是由分子组成的，而分子之间是存在空隙的。实际流体是由分子组成的，而分子之间是存在空隙的。可以将流体看作连续介质是因为流体力学所研究的并不是可以将流体看作连续介质是因为流体力学所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的个
5、别分子的微观运动。而是研究由大量分子组成的宏观流体的机械运动。机械运动。目的：目的：引用解析数学连续函数理论来研究流体处于平衡引用解析数学连续函数理论来研究流体处于平衡和运动状态下的状态参数问题。和运动状态下的状态参数问题。现在学习的是第4页，共21页1.2 1.2 流体的密度、重度、质量体积流体的密度、重度、质量体积密度密度单位体积的流体所具有的质量。单位体积的流体所具有的质量。（1.11.1）重度重度单位体积的流体所受的重力。单位体积的流体所受的重力。（1.21.2）密度与重度的关系密度与重度的关系（1.31.3）质量体积质量体积（比体积）（比体积）单位质量的流体所具有的体积（密度的倒单位
6、质量的流体所具有的体积（密度的倒数）。数）。（1.41.4）现在学习的是第5页，共21页对于非均质流体对于非均质流体（1.51.5）（1.61.6）（1.71.7）1.3 1.3 流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性 液体的压缩性作用在流体上的压强增加时，流体液体的压缩性作用在流体上的压强增加时，流体 的体积将减小。即的体积将减小。即P VP V1.3.1 1.3.1 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性和膨胀性 现在学习的是第6页，共21页 kT:单位是Pa1，表示增加单位压力时流体体积的相对变化量。“”：压力增加时体积缩小，加上负号后，kT永远为正值。例子：水在0时，5个大气压下，体胀系数
7、（等压时，温度变化）体胀系数（等压时，温度变化）液体的膨胀性当温度变化时，流体的体积随之变化。液体的膨胀性当温度变化时，流体的体积随之变化。v ：单位是：单位是K1，表示温度升高，表示温度升高1K时，流体体积的相对增加时，流体体积的相对增加量。量。(例子：水在例子：水在1020时，时，现在学习的是第7页，共21页 1.3.2 1.3.2 气体的压缩性和膨胀性气体的压缩性和膨胀性n理想气体状态方程理想气体状态方程：pv=RT v比体积比体积 R气体常数，空气气体常数，空气气体常数气体常数287Nm/(kgK)当气体温度不变当气体温度不变注意几个概念：注意几个概念：（1 1）不可压缩流体不可压缩流
8、体：等温压缩率：等温压缩率k kT T、体胀系数、体胀系数 V V很小，可忽很小，可忽略，略，、可视为常数；可视为常数；（2 2）可压缩流体可压缩流体：等温压缩率：等温压缩率k kT T、体胀系数、体胀系数 V V较大，不可忽较大，不可忽略，略，、不是常数；不是常数；（3 3）理想流体理想流体：无粘性流体，：无粘性流体，=0=0。当气体压力不变当气体压力不变现在学习的是第8页，共21页1.4 1.4 流体的粘性流体的粘性1.4.1 1.4.1 流体粘性的概念流体粘性的概念n粘性粘性：流体抵抗剪切变形的能力（阻碍两相邻流体层作相：流体抵抗剪切变形的能力（阻碍两相邻流体层作相对运动的能力）。对运动
9、的能力）。现在学习的是第9页，共21页产生原因：（产生原因：（1 1）分子掺混，（）分子掺混，（2 2）分子间引力）分子间引力紧贴壁面的流层，紧贴壁面的流层，vx=0，称为，称为无滑移边界无滑移边界。由粘性产生的作用力叫由粘性产生的作用力叫粘性阻力粘性阻力或或内摩擦力内摩擦力。观看录像1.4.2 1.4.2 牛顿粘性定律牛顿粘性定律：流层间粘性阻力正比于速度梯度、接触面积。流层间粘性阻力正比于速度梯度、接触面积。y-动量传输方向；x-速度分量方向。式中式中现在学习的是第10页，共21页1.4.3 1.4.3 动力动力粘度、运动粘度和恩氏粘度粘度、运动粘度和恩氏粘度-动力粘度动力粘度 Pas，表
10、示速度梯度为，表示速度梯度为1单位时，单单位时，单 位面积上摩擦力的大小。位面积上摩擦力的大小。-运动粘度运动粘度 m2/s。又称。又称“动量扩散系数动量扩散系数”。1.1.动力粘度动力粘度2.2.运动粘度运动粘度现在学习的是第11页，共21页3.3.恩氏粘度恩氏粘度是一种相对粘度，仅适用于液体，便于测定。是一种相对粘度，仅适用于液体，便于测定。测定方法测定方法：将：将200mL200mL的待测液体装入恩氏粘度计中，测的待测液体装入恩氏粘度计中，测定它在某一温度下通过底部定它在某一温度下通过底部2.8mm2.8mm标准小孔口流尽所标准小孔口流尽所需时间需时间t t1 1,再将再将200mL20
11、0mL的蒸馏水加入同一恩氏粘度计中，在的蒸馏水加入同一恩氏粘度计中，在2020标准温度下，测出其流尽所需时间标准温度下，测出其流尽所需时间t t2 2，时间，时间t t1 1 与与t t2 2的的比值就是该液体在该温度下的恩氏粘度，即比值就是该液体在该温度下的恩氏粘度，即与与的换算关系的换算关系现在学习的是第12页，共21页1.4.4 1.4.4 影响影响粘度粘度的因素：的因素：1、物质种类；、物质种类；例子：例子：现在学习的是第13页，共21页现在学习的是第14页，共21页现在学习的是第15页，共21页现在学习的是第16页，共21页非牛顿流体牛顿流体（newtonian fluids）：是指
12、任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体，即遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。非牛顿流体：不符合上述条件的均称为非 牛顿流体。现在学习的是第17页，共21页现在学习的是第18页，共21页牛顿流体触变形流体本课程只讨论牛顿流体。现在学习的是第19页，共21页n1、流体的特征是什么？n2、什么是理想流体？n3、影响粘度的因素有哪些？n4、什么时候可以将气体按不可压缩流体来处理？n5、什么是牛顿流体？什么是非牛顿流体？第第1 1章章 复习思考题复习思考题现在学习的是第20页，共21页作业作业:P13 3、5、6参考答案参考答案3.=5.910-6 m2/s5.=0.61 N/m26.1=0.967Pa.s,2=1.933 Pa.s现在学习的是第21页，共21页