第一章-流体及其物理性质课件.ppt
1,第一节 流体的概念,一、流体的特征流动性在任意微小的剪切力作用下使流体发生连续的剪切变形流动。能够流动的物质称为流体。流动性是流体的主要特征。流体可分为液体和气体。,2,第一节 流体的概念,流体与固体的区别,固体的变形与受力的大小成正比；,任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形；,一、流体的特征流动性(续),液体与气体的区别,液体的流动性小于气体；,液体具有一定的体积，并取决于容器的形状；气体充满任何容器，而无一定体积。,流体没有固定形状，其形状取决于容器的形状。,流动性,形状不定,3,第一节 流体的概念,一、流体的特征受力特性,流体在静止时不能承受剪切力，抵抗剪切变形。,流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。,只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，发生连续变形而流动。,作用在流体上的剪切力不论多么微小，只要有足够的时间，便能产生任意大的变形。,运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。,4,第一节 流体的概念,一、流体的特征受力特性（续）,？,流体是否可以承受拉力、切应力、压力？有无静摩擦力？,5,第一节 流体的概念,微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的 随机性使得流体的各物理量在时间和空 间上的分布都是不连续的。宏观上：当所讨论问题的特征尺寸远大于流体 的分子平均自由程时，可将流体视为在 时间和空间连续分布的函数。,问题的提出,二、连续介质假说,6,第一节 流体的概念,个分子,1mm3空气(1个大气压，00C),宏观（流体力学处理问题的尺度）上看，流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。微观（分子自由程的尺度）上看，流体质点是一个足够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。,流体质点概念,二、连续介质假说（续）,宏观无限小,微观无限大,7,第一节 流体的概念,流体质点的运动过程是连续的；表征流体的一切特性可看成 是时间和空间连续分布的函数,流体介质是由连续的流体质点所组成，流体质点占 满空间而没有间隙。,连续介质假说,特例,航天器在高空稀薄的空气中的运行血液在毛细血管中的流动,二、连续介质假说（续）,8,第二节流体的密度和重度,一、流体的密度单位体积的流体所包含的质量称为密度，用表示。,常压常温下，空气的密度大约是水的 1/800,一般取汞密度为水密度的13.6倍,9,第二节流体的密度和重度,二、流体的重度单位体积的流体所的受的重力，用表示。,10,第三节流体的压缩性与膨胀性,一、流体的压缩性流体受压体积减小的性质称为压缩性。,压缩系数,11,第三节流体的压缩性与膨胀性,二、流体的膨胀性流体受温度影响体积变化的性质。,12,第三节流体的压缩性与膨胀性,例11厚壁容器中盛有0.5 m3的水，初始压力为2106 Pa。当压力增至6106 Pa时，问水的体积减少了多少?解取水的弹性模数E2109 Pa，,体积减少量为,(m3),13,第四节流体的粘性,一、粘性及其表现运动流体内存在内摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。,14,第四节流体的粘性,形成牛顿内摩擦力物理机理,分子间的吸引力,分子运动引起流体层间的动量交换,液体以此为主,气体以此为主,一、粘性及其表现（续）,15,第四节流体的粘性,二、牛顿内摩擦定律,(N/m2),16,第四节流体的粘性,二、牛顿内摩擦定律（续）,17,第四节流体的粘性,二、牛顿内摩擦定律（续）,粘性切应力与速度梯度成正比；,(2)粘性切应力与角变形速率成正比；,(3)比例系数称动力粘度，简称粘度。,18,第四节流体的粘性,三、粘性的度量动力粘度和运动粘度,动力粘度,运动粘度,温度对流体粘度的影响？,动力粘度越大，说明流动阻力越大；运动粘度越大，说明流动性好。,19,第四节流体的粘性,三、粘性的度量恩氏粘度,E=t/t0=(0.0732E-0.0631/E)10-4(m2/s),理想流体，牛顿流体,20,第四节流体的粘性,例12相距为h=10 mm的两固定平板间充满动力粘度=1.49 Pas的甘油，若两板间甘油的速度分布为u=4000y(h-y)，则(1)若上板的面积A=0.2 m2，求使上板固定不动所需的水平作用力F；(2)求y=h/3和2h/3处的内摩擦应力，并说明正负号的意义。解：(1)=du/dy=4000(h-2y)设上板处流体所受的内摩擦应力为0，则上板所受的内摩擦应力0=-0，F=-A0=-0.240001.49(0.01-20.01)=11.92(N)(方向如图示),21,第四节流体的粘性,例12相距为h=10 mm的两固定平板间充满动力粘度=1.49 Pas的甘油，若两板间甘油的速度分布为u=4000y(h-y)，则(1)若上板的面积A=0.2 m2，求使上板固定不动所需的水平作用力F；(2)求y=h/3和2h/3处的内摩擦应力，并说明正负号的意义。解：(2)y=h/3时，=40001.49(0.01-20.01/3)=19.9(N/m2)y=2/3 h时，=4 0001.49(0.01-40.01/3)=-19.9(N/m2),y=h/3,y=2/3,22,补充例题1,图示油缸尺寸为 d=12 cm，l14 cm，=0.02 cm，所充油的=0.65 10-1Pas。试求当活塞以速度 v=0.5 m/s 运动时所需拉力 F为多少？解:由牛顿内摩擦定律知,式中,由此得,23,流体及其物理性质小结,主要概念：流动性及流体、密度、压缩性、膨胀性、粘性、动力粘度、运动粘度水=1000kg/m3，空气=1.2kg/m3，汞=13.6水,作业：1-1，1-3，1-9，1-12，1-13,
