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1、第1章 流体的物理性质本讲稿第一页，共十一页流流流流体体体体质质质质点点点点：含含含含有有有有大大大大量量量量分分分分子子子子而而而而体体体体积积积积 足足足足够够够够小小小小的的的的流流流流体体体体团团团团。是是是是能给出流体稳定平均值的最小体积单位。能给出流体稳定平均值的最小体积单位。能给出流体稳定平均值的最小体积单位。能给出流体稳定平均值的最小体积单位。1.2 1.2 流体的连续介质假设流体的连续介质假设 连连连连续续续续介介介介质质质质假假假假设设设设的的的的涵涵涵涵义义义义：空空空空间间间间任任任任意意意意点点点点上上上上的的的的物物物物理理理理量量量量就就就就是是是是指指指指位位位
2、位于于于于该该该该点点点点的的的的流流流流体体体体质点的物理量，而且质点的物理量，而且质点的物理量，而且质点的物理量，而且是是是是连续可微函数连续可微函数连续可微函数连续可微函数。连续介质假设连续介质假设连续介质假设连续介质假设：流体是由连续分布的流体质点：流体是由连续分布的流体质点：流体是由连续分布的流体质点：流体是由连续分布的流体质点 所组成。所组成。所组成。所组成。流体密度：流体密度：流体密度：流体密度：物理上小体积物理上小体积物理上小体积物理上小体积 数学上：几何点数学上：几何点数学上：几何点数学上：几何点 本讲稿第二页，共十一页密度密度密度密度(density)(density)：(
3、)intheSIsystem比容比容(specificvolume)：重度（重度（重度（重度（specificweightspecificweight）：）：）：）：（）比重（比重（specificgravity）：）：1.3流体的物理性质流体的物理性质 1.3.11.3.1流动性流动性流动性流动性(fluidity)(fluidity)流动性、粘性、可压缩性、扩散性和热传导性。流动性、粘性、可压缩性、扩散性和热传导性。流动性、粘性、可压缩性、扩散性和热传导性。流动性、粘性、可压缩性、扩散性和热传导性。流流流流体体体体在在在在任任任任意意意意小小小小的的的的剪剪剪剪切切切切力力力力作作作作用用
4、用用下下下下，将将将将发发发发生生生生连连连连续续续续不不不不断断断断地地地地变变变变形形形形，剪切力消失，变形停止。剪切力消失，变形停止。剪切力消失，变形停止。剪切力消失，变形停止。本讲稿第三页，共十一页1.1.牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律NewtonsNewtons实验：实验：实验：实验：发现粘俯现象（内摩擦力）；发现粘俯现象（内摩擦力）；发现粘俯现象（内摩擦力）；发现粘俯现象（内摩擦力）；发现内摩擦（剪应）力和变形速率呈线性发现内摩擦（剪应）力和变形速率呈线性发现内摩擦（剪应）力和变形速率呈线性发现内摩擦（剪应）力和变形速率呈线性1.3.2 1.3.2 粘性粘
5、性粘性粘性(viscosity)(viscosity)运动粘性系数（运动粘性系数（运动粘性系数（运动粘性系数（mm22/s/s）。（常温常压下）（常温常压下）（常温常压下）（常温常压下）ybFAU内摩擦力。内摩擦力。内摩擦力。内摩擦力。产生原因产生原因产生原因产生原因：分子引力；分子动量交换。分子引力；分子动量交换。分子引力；分子动量交换。分子引力；分子动量交换。动动动动力力力力粘粘粘粘性性性性系系系系数数数数（Pa.sPa.s）。值值值值越越越越大大大大，流流流流体体体体越越越越粘粘粘粘，抵抵抵抵抗抗抗抗变形运动的能力越强。变形运动的能力越强。变形运动的能力越强。变形运动的能力越强。本讲稿第
6、四页，共十一页1.3.2 1.3.2 粘性粘性粘性粘性(viscosity)(viscosity)3.3.3.3.牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体 牛牛牛牛顿顿顿顿流流流流体体体体:的的的的流流流流体体体体。剪剪剪剪应应应应力力力力和变形速率满足线性关系。和变形速率满足线性关系。和变形速率满足线性关系。和变形速率满足线性关系。非非非非牛牛牛牛顿顿顿顿流流流流体体体体：的的的的流流流流体体体体。剪剪剪剪切应力和变形速率不满足线性关系。切应力和变形速率不满足线性关系。切应力和变形速率不满足线性关系。切应力和变形速率不满足线性关系。m1牛顿流体和非牛顿
7、流体O2.2.2.2.理想流体与粘性流体理想流体与粘性流体理想流体与粘性流体理想流体与粘性流体 理想流体理想流体理想流体理想流体：的流体（无粘性流体）的流体（无粘性流体）的流体（无粘性流体）的流体（无粘性流体）粘性流体粘性流体粘性流体粘性流体：的流体（真实流体）的流体（真实流体）的流体（真实流体）的流体（真实流体）本讲稿第五页，共十一页不可压缩流体：不可压缩流体：不可压缩流体：不可压缩流体：液液液液体体体体和和和和低低低低速速速速流流流流动动动动的的的的气气气气体体体体（70m70ms s）可可可可作作作作为为为为不不不不可可可可压压压压缩缩缩缩流流流流体体体体处处处处理理理理。但但但但水水水
8、水中中中中爆爆爆爆炸炸炸炸、击击击击水水水水或或或或研研研研究究究究水水水水声声声声的的的的传传传传播播播播等等等等问问问问题题题题中中中中，必必必必须须须须考考考考虑虑虑虑液液液液体体体体的压缩性。的压缩性。的压缩性。的压缩性。压缩性：压缩性：压缩性：压缩性：流体的密度或容积随压力或温度变化的性质。流体都是流体的密度或容积随压力或温度变化的性质。流体都是流体的密度或容积随压力或温度变化的性质。流体都是流体的密度或容积随压力或温度变化的性质。流体都是可压缩的。可压缩的。可压缩的。可压缩的。1.3.31.3.3压缩性（压缩性（压缩性（压缩性（compressibilitycompressibil
9、ity）(bulkmodulus)(bulkmodulus)本讲稿第六页，共十一页其中其中其中其中，。声速（声速（声速（声速（speedofsoundspeedofsound）:(isentropic)(isentropic)完全气体完全气体完全气体完全气体(PerfectorIdealGas):(PerfectorIdealGas):(theequationofstate)(theequationofstate)正压流体正压流体正压流体正压流体:（isothermalprocess)(isentropicprocess)isothermalprocess)(isentropicprocess
10、)1.3.31.3.3压缩性（压缩性（压缩性（压缩性（compressibilitycompressibility）本讲稿第七页，共十一页1.4 1.4 流体的界面现象和性质流体的界面现象和性质1.1.互不掺混流体界面上存在表面张力互不掺混流体界面上存在表面张力互不掺混流体界面上存在表面张力互不掺混流体界面上存在表面张力（surfacetensionsurfacetension）2.2.流体与固壁界面表面张力流体与固壁界面表面张力流体与固壁界面表面张力流体与固壁界面表面张力毛细现象：毛细现象：毛细现象：毛细现象：气、液、固三种界面之间的浸润作用。气、液、固三种界面之间的浸润作用。气、液、固三种
11、界面之间的浸润作用。气、液、固三种界面之间的浸润作用。3.3.流流流流-固界面上速度的连续性固界面上速度的连续性固界面上速度的连续性固界面上速度的连续性粘性流体：粘性流体：粘性流体：粘性流体：界面上流体速度和固体运动速度相等。界面上流体速度和固体运动速度相等。界面上流体速度和固体运动速度相等。界面上流体速度和固体运动速度相等。（无滑移条件）（无滑移条件）（无滑移条件）（无滑移条件）理想流体：理想流体：理想流体：理想流体：界面上允许流体切向滑移，但不能穿透，即界面上流界面上允许流体切向滑移，但不能穿透，即界面上流界面上允许流体切向滑移，但不能穿透，即界面上流界面上允许流体切向滑移，但不能穿透，即
12、界面上流-固速度的法向投影相等固速度的法向投影相等固速度的法向投影相等固速度的法向投影相等（不可穿透条件）（不可穿透条件）（不可穿透条件）（不可穿透条件）本讲稿第八页，共十一页 1.5 1.5 作用在流体上的力作用在流体上的力 重力场中：重力场中：单位质量质量力：单位质量质量力：单位质量质量力：单位质量质量力：质量力的合力：质量力的合力：质量力的合力：质量力的合力：1.1.1.1.质量力（体积力）：质量力（体积力）：质量力（体积力）：质量力（体积力）：透过物质传递的力。透过物质传递的力。透过物质传递的力。透过物质传递的力。分离体内任取一微元体积分离体内任取一微元体积分离体内任取一微元体积分离体
13、内任取一微元体积 ，其质量，其质量，其质量，其质量SV本讲稿第九页，共十一页2.2.2.2.表面力：表面力：表面力：表面力：外界通过接触传递的力，用应力来表示。外界通过接触传递的力，用应力来表示。外界通过接触传递的力，用应力来表示。外界通过接触传递的力，用应力来表示。表面力的合力表面力的合力表面力的合力表面力的合力:3.3.3.3.理想（静止）流体中一点处的应力理想（静止）流体中一点处的应力理想（静止）流体中一点处的应力理想（静止）流体中一点处的应力 PascalPascal s laws law 理理理理想想想想（静静静静止止止止）流流流流体体体体中中中中没没没没有有有有切切切切应应应应力力
14、力力 ，只只只只承承承承受受受受压压压压力力力力 ，不能承受拉力不能承受拉力不能承受拉力不能承受拉力 表面力只有法向压应力表面力只有法向压应力表面力只有法向压应力表面力只有法向压应力p pSV本讲稿第十页，共十一页 压力是唯一的表面力，指向作用面的内法线方向；压力是唯一的表面力，指向作用面的内法线方向；压力是唯一的表面力，指向作用面的内法线方向；压力是唯一的表面力，指向作用面的内法线方向；压力只是位置和时间的函数，与作用面的方位无关。压力只是位置和时间的函数，与作用面的方位无关。压力只是位置和时间的函数，与作用面的方位无关。压力只是位置和时间的函数，与作用面的方位无关。Thepressurea
15、tapointinafluidatrest,orinmotion,isindependentofThepressureatapointinafluidatrest,orinmotion,isindependentofdirectionaslongastherearenoshearingstressespresent.Thisimportantdirectionaslongastherearenoshearingstressespresent.ThisimportantresultisknownasresultisknownasPascals lawPascals law.图1.5.2 理想流体中一点的应力D可以证明：可以证明：可以证明：可以证明：本讲稿第十一页，共十一页