流體力學(xué)_lecture2_前言_流體性質(zhì)

1、流體力學(xué)流體力學(xué)徐豐徐豐 教授博導(dǎo)教授博導(dǎo)辦公：土建綜合樓辦公：土建綜合樓524524電話：電話：5168833951688339，1371643670413716436704郵箱：郵箱：網(wǎng)頁：網(wǎng)頁： http:/ 什么是流體力學(xué)？什么是流體力學(xué)？2 流體力學(xué)是如何發(fā)展的？流體力學(xué)是如何發(fā)展的？ 為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？為什么學(xué)習(xí)流體力學(xué)？ 如何學(xué)習(xí)流體力學(xué)？如何學(xué)習(xí)流體力學(xué)？ 目標(biāo)目標(biāo) 內(nèi)容及安排內(nèi)容及安排 學(xué)習(xí)方式及輔助學(xué)習(xí)方式及輔助 教材教材 考核方式考核方式 要求要求本講內(nèi)容：前言續(xù)本講內(nèi)容：前言續(xù) 流體力流體力 質(zhì)量力質(zhì)量力 面力（表面張力）面力（表面張力）1-2 前言前言 流體力學(xué)模型

2、流體力學(xué)模型 理想流體，不可壓流體，連續(xù)介質(zhì)，牛頓流體理想流體，不可壓流體，連續(xù)介質(zhì)，牛頓流體 流體性質(zhì)流體性質(zhì) 慣性慣性 粘性（牛頓內(nèi)摩擦定律）粘性（牛頓內(nèi)摩擦定律） 壓縮性壓縮性3 慣性慣性 物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì) 定量描述定量描述: :質(zhì)量（慣性大小的物理量）質(zhì)量（慣性大小的物理量） 慣性力慣性力 F = m F = m * * a a 密度：單位體積的質(zhì)量密度：單位體積的質(zhì)量 = = m/Vm/V（kg/mkg/m3 3) ) 水的密度水的密度 = 1000 = 1000 /m/m3 3（條件：（條件：1 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

3、大氣壓，個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，55） 水銀的密度水銀的密度 =13.6 =13.6 1000 1000 /m/m3 3 重度：單位體積的重量重度：單位體積的重量( (/m/m3 3) ) 水的重度水的重度= =98009800 N/mN/m3 34 粘性粘性 流體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下具有抵抗由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的剪切變流體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下具有抵抗由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的剪切變形的能力，從而在內(nèi)部產(chǎn)生切應(yīng)力的這種性質(zhì)叫作流體形的能力，從而在內(nèi)部產(chǎn)生切應(yīng)力的這種性質(zhì)叫作流體的粘性，是流動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械能損失的根源的粘性，是流動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械能損失的根源1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)5 粘性的表觀粘性的表觀1-2 前言前言 1

4、流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)粘性作用的描述粘性作用的描述xyUFokyu F 流體處于平衡狀態(tài)時(shí)，其粘性無從表現(xiàn)，只有當(dāng)流體運(yùn)流體處于平衡狀態(tài)時(shí)，其粘性無從表現(xiàn)，只有當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體的粘性才能顯示出來動(dòng)時(shí)，流體的粘性才能顯示出來 流體的粘性來源于流體分子之間的內(nèi)聚力內(nèi)聚力和相鄰流動(dòng)層之間的動(dòng)量交換動(dòng)量交換 粘性的成因粘性的成因6 粘性的規(guī)律粘性的規(guī)律 牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)AUFAUFUN2與兩板之間的微小距離成反比：推動(dòng)上板的外力F與其運(yùn)動(dòng)速度U及摩擦面積A成正比：比例常數(shù)與充入兩板之間的流體種類及其溫度壓強(qiáng)狀況有關(guān)平板拖拽實(shí)驗(yàn)平板拖拽實(shí)驗(yàn)xyUFo

5、kyu UAFU切應(yīng)力切應(yīng)力速度梯度設(shè)速度分布為設(shè)速度分布為)(yuu dydu則切應(yīng)力7 粘性的規(guī)律粘性的規(guī)律 牛頓內(nèi)摩擦定律 流體微團(tuán)的剪切角變形率流體微團(tuán)的剪切角變形率1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)1/)cos(/ )sin()(ddddtgdydtdu D C A Bdydxuduu D1 C1 A1 B1ddydtdudydudtd8 粘性的規(guī)律粘性的規(guī)律 牛頓內(nèi)摩擦定律一般形式1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)設(shè)速度分布為)(yuu )()(yuff則切應(yīng)力)(yuuduuuuydy)(yoyyxdyduf)(最簡單形式9 粘性的規(guī)律粘性的規(guī)律 牛頓內(nèi)摩擦定律的

6、物理意義1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)2、切應(yīng)力的大小取決于剪切角的變形率，與固體的切應(yīng)力取決于剪切角顯然不同。1、相鄰兩層的內(nèi)摩擦力與正壓力無關(guān)，與固體力學(xué)里的摩擦力不同。3、只要切應(yīng)力不為零，變形率就不為零，這是流體易流性的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。5、速度梯度不會(huì)趨于無窮大，而是保持有限值，因?yàn)榭傆幸粚恿黧w與固體壁面之間無相對(duì)滑動(dòng)。4、只要速度梯度為零，切應(yīng)力就為零，流體必然靜止。相對(duì)靜止。10 粘性的度量粘性的度量 粘度粘度1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)2222 :FLFTM LTMPa sdu dyL TLLTLTL 單 位223 :MTLLmsMLT 單 位動(dòng)力粘度dy

7、du /代表單位速度梯度下的切應(yīng)力，動(dòng)力學(xué)量綱代表單位速度梯度下的切應(yīng)力，動(dòng)力學(xué)量綱動(dòng)力粘度與液體密度的比值，運(yùn)動(dòng)學(xué)量綱動(dòng)力粘度與液體密度的比值，運(yùn)動(dòng)學(xué)量綱運(yùn)動(dòng)粘度動(dòng)力粘度大的流體，其運(yùn)動(dòng)粘度一定大？11 粘性的度量粘性的度量 液體粘度的變化規(guī)律液體粘度的變化規(guī)律 氣體粘度的變化規(guī)律氣體粘度的變化規(guī)律1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)液體粘度隨溫度和壓強(qiáng)按指數(shù)律變化一般隨溫度的升高而減小。液體粘度液體粘度受壓強(qiáng)的影響不很顯著，受溫度的影響非常明顯。氣體的粘度一般隨溫度的升高而增大液體粘度的大小取決于分子間距和分子引力液體粘度的大小取決于分子間距和分子引力；氣體粘度的大小取決于分子熱運(yùn)動(dòng)

8、所產(chǎn)生；氣體粘度的大小取決于分子熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)量交換。的動(dòng)量交換。12 粘性實(shí)例粘性實(shí)例 例1-11-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì) 利用牛頓內(nèi)摩擦定律利用牛頓內(nèi)摩擦定律計(jì)算流體的粘性摩擦力計(jì)算流體的粘性摩擦力時(shí)，只要縫隙尺寸較小時(shí)，只要縫隙尺寸較小，不論任何速度曲線總，不論任何速度曲線總可以近似地看成是直線可以近似地看成是直線，用平均的速度梯度近，用平均的速度梯度近似地代表液流與固體接似地代表液流與固體接觸表面處的速度梯度。觸表面處的速度梯度。a13 粘性粘性實(shí)例實(shí)例 同心環(huán)形縫隙中的直線運(yùn)動(dòng)同心環(huán)形縫隙中的直線運(yùn)動(dòng)1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)如圖，假定縫隙 ，則縫隙

9、中液流的速度分布規(guī)律 近似為直線關(guān)系d)(ruu Udrdu 速度梯度為速度梯度為U 切應(yīng)力為切應(yīng)力為dlA 摩擦面積為摩擦面積為UldAF 流體對(duì)柱塞的摩擦力為流體對(duì)柱塞的摩擦力為ldUFUN2柱塞克服摩擦力所需要的功率為柱塞克服摩擦力所需要的功率為14 粘性粘性實(shí)例實(shí)例 同心環(huán)形縫隙中的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同心環(huán)形縫隙中的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)同心縫隙 ,速度分布 假定近似為 直線規(guī)律 d)(ruu2dU2dUdrdu軸表面速度梯度為軸表面速度梯度為2d切應(yīng)力為切應(yīng)力為dlA摩擦面積為摩擦面積為22ldAF流體作用在軸表面上的摩擦力為流體作用在軸表面上的摩擦力為423ldd

10、FT流體作用在軸上的摩擦力矩為流體作用在軸上的摩擦力矩為423ldFUTN軸克服摩擦力所需要的功率為軸克服摩擦力所需要的功率為15 粘性粘性實(shí)例實(shí)例 同心環(huán)形縫隙中的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同心環(huán)形縫隙中的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)rUdzduB B點(diǎn)的速度梯度為點(diǎn)的速度梯度為r上盤下表面切應(yīng)力為上盤下表面切應(yīng)力為rdrdA2B B點(diǎn)微元摩擦面積為點(diǎn)微元摩擦面積為drrdAdF22流體對(duì)微元表面的摩擦力流體對(duì)微元表面的摩擦力drrrdFdT32流體對(duì)微元表面的摩擦力矩流體對(duì)微元表面的摩擦力矩322432/0ddrrTd流體對(duì)上圓盤的總摩擦力矩流體對(duì)上圓盤的總摩擦力矩3224dTN上盤克

11、服摩擦所需要的功率上盤克服摩擦所需要的功率直徑為d的圓盤以轉(zhuǎn)速n或角速度回轉(zhuǎn),因縫隙很小 ，各層流體的速度分布 可近似假定為直線規(guī)律，B點(diǎn)半徑為r。d)(zuu 16 粘性實(shí)例粘性實(shí)例1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)UGDdl 例例1-2：圖為轉(zhuǎn)筒式粘度計(jì)示意圖，在兩個(gè)同圖為轉(zhuǎn)筒式粘度計(jì)示意圖，在兩個(gè)同心圓筒之間充滿待測(cè)液體，外筒勻速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)心圓筒之間充滿待測(cè)液體，外筒勻速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)縫隙中的液體，并給內(nèi)筒一個(gè)摩擦力矩。為保持縫隙中的液體，并給內(nèi)筒一個(gè)摩擦力矩。為保持內(nèi)筒不動(dòng)，通過連接在內(nèi)筒外表面上的鋼絲滑輪內(nèi)筒不動(dòng)，通過連接在內(nèi)筒外表面上的鋼絲滑輪法碼組施加一個(gè)平衡力矩。已知內(nèi)筒外

12、直徑法碼組施加一個(gè)平衡力矩。已知內(nèi)筒外直徑d=70mmd=70mm，外筒內(nèi)直徑外筒內(nèi)直徑D=72 mmD=72 mm，同心環(huán)形縫隙與同心環(huán)形縫隙與端面縫隙尺寸相等，內(nèi)筒在液體中的深度端面縫隙尺寸相等，內(nèi)筒在液體中的深度l=15cml=15cm，外筒轉(zhuǎn)速外筒轉(zhuǎn)速n=36r/minn=36r/min。對(duì)三種液體（重油、原對(duì)三種液體（重油、原油、輕油）分別測(cè)得其平衡砝碼重量為油、輕油）分別測(cè)得其平衡砝碼重量為G=1NG=1N、0.1N0.1N、及及0.010.01N N。試求這三種液體的動(dòng)力粘度試求這三種液體的動(dòng)力粘度 17 粘性實(shí)例粘性實(shí)例1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)環(huán)形縫隙是外筒旋

13、轉(zhuǎn)、內(nèi)筒固定，在外筒處液體圓周速度 、內(nèi)筒處液體圓周速度為零。環(huán)形縫隙中的速度梯度2DUdrdu2DU2Ddrdu2DdldlF液體中的切應(yīng)力 液體作用在內(nèi)筒側(cè)表面上的摩擦力UGDdldmmdD12 解解 ：這是包括同心環(huán)形縫隙及圓盤縫隙在內(nèi)的一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問題,縫隙18 粘性粘性1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì) 液體作用在內(nèi)筒端面上的摩擦力矩3242dT 4221lDddFT液體作用在內(nèi)筒側(cè)面上的摩擦力矩 2dGT 砝碼對(duì)內(nèi)筒的平衡力矩 21TTT324242dlDdG根據(jù)內(nèi)筒的力矩平衡條件 可得CGdDldG)8(162)8(162dDldC稱儀器常數(shù)解：sPa21.0sPa02

14、1.0sPa0021.0重油的動(dòng)力粘度 原油的動(dòng)力粘度輕油的動(dòng)力粘度UGDdl19 粘性粘性 流體粘性的應(yīng)用流體粘性的應(yīng)用1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)潤滑潤滑機(jī)床導(dǎo)軌機(jī)床導(dǎo)軌空氣軸承空氣軸承牙鉆（牙鉆（2020萬轉(zhuǎn)）萬轉(zhuǎn)）水潤滑水潤滑冰塊在冰上滑行冰塊在冰上滑行油軸承油軸承鐵路車輛滑動(dòng)軸承鐵路車輛滑動(dòng)軸承汽車輪胎的溝紋汽車輪胎的溝紋是一切動(dòng)力裝置中不可缺少的是一切動(dòng)力裝置中不可缺少的汽輪機(jī)滑動(dòng)軸承汽輪機(jī)滑動(dòng)軸承20 壓縮性（壓縮性（compressibility） 流體在外力作用外力作用下其體積或密度可以改變的性質(zhì) 體積壓縮系數(shù)(modulus of compressibilit

15、y) 體積彈性模量(modulus of elasticity)1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)dVdpVVpVVVpEVVp001lim)/(lim)*(lim)/(limNmmbardpdVVpVVpVVVVp或1110021 壓縮系數(shù)及彈性模量的密度表達(dá)方式壓縮系數(shù)及彈性模量的密度表達(dá)方式 質(zhì)量守恒 微分1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)CV 0VddVVddVdVdVddpE 1dpdPE 的單位：的單位：bar或或Pa，與壓強(qiáng)的單位相同與壓強(qiáng)的單位相同物理意義：相對(duì)變化率；E大p小不易壓縮；22完全氣體狀態(tài)方程式MRTpV 或RTpRTpv，p, 絕對(duì)壓力，絕對(duì)壓力

16、，Pa（N/m2）;v ,比體積，比體積，m3/kg;T, 絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，K，T=273+t;氣體的壓縮性和膨脹性)/(8314KkgJmR氣體分子量通用氣體常數(shù)R, 氣體常數(shù)氣體常數(shù)氣體種類氣體種類 m RAir 28.96 287CO2 44.01 188.9CO 28.01 296.5H2 2.016 4124O2 32.00 259.8三種溫度的換算三種溫度的換算攝氏溫度攝氏溫度 t ， C開氏溫度開氏溫度 T=273+t ，K華氏溫度華氏溫度 F=t 9/5+32 ， F1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)23氣體的彈性模量或體積壓縮系數(shù)氣體的彈性模量或體積壓縮系數(shù)等溫壓

17、縮過程:T=c;00PPddP,RTP,CP絕熱壓縮過程:無熱交換,CPVkCPk;00PkPkddP氣體的E不僅與初始狀態(tài)有關(guān)，還與熱力學(xué)過程有關(guān)壓縮系數(shù)011PEp0000pPPE彈性模量011kPEp壓縮系數(shù)0000kPPkE彈性模量1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)24氣體的體積膨脹系數(shù)氣體的體積膨脹系數(shù)TVpMRpMRTdTdVdTdVVT1)(11等壓膨脹系數(shù),Cp 蓋呂薩克定律CTV1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)音速音速EddPasma/144010001018. 29在水中在水中sma/335205. 11003. 14 . 15在空氣中在空氣中25液體的壓

18、縮性和膨脹性dTdVVVTVTVVTTT1/limlim00體積膨脹系數(shù)dVdpVVpVVVpEVVp00lim)/(lim1體積彈性模量 常溫下水的壓縮系數(shù)約為常溫下水的壓縮系數(shù)約為)1(10219app常溫下水的彈性模量約為常溫下水的彈性模量約為)(2)(1029aaGppE常溫常壓下水的膨脹系數(shù)常溫常壓下水的膨脹系數(shù)數(shù)量級(jí))1(1015KT表表1-1-5 51-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)26|結(jié)論氣體比液體更容易壓縮和膨脹。氣體比液體更容易壓縮和膨脹。 液體液體的的變化不大，系數(shù)中的微分變的的變化不大，系數(shù)中的微分變 化量就可以寫成有限增量的形式，即化量就可以寫成有限增量的形

19、式，即EpT,VpVEpVVtVVTVVpT,1,11（有限增量越小，系數(shù)的平均值就越容易準(zhǔn)確）（有限增量越小，系數(shù)的平均值就越容易準(zhǔn)確） M=C，P=P0 M=C，T=T0VlPVlT氣體氣體的的E E 和和 由由 確定，且與初始狀態(tài)確定，且與初始狀態(tài) 和熱力學(xué)過程有關(guān)。壓強(qiáng)越高，壓縮越困難；和熱力學(xué)過程有關(guān)。壓強(qiáng)越高，壓縮越困難； 反之，壓強(qiáng)較低時(shí)，氣體比較容易壓縮。反之，壓強(qiáng)較低時(shí)，氣體比較容易壓縮。MRTpVn計(jì)算時(shí)，公式計(jì)算時(shí)，公式中的體積中的體積V均均取取總變形體的初始總變形體的初始值值1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)27規(guī)定體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)和體積膨脹系數(shù)體積膨脹

20、系數(shù)完全為零零的流體叫作不可壓縮流體不可壓縮流體。絕對(duì)不可壓縮流體實(shí)際上并不存在，但在通常條件下，液體以及低速運(yùn)液體以及低速運(yùn)動(dòng)的氣體動(dòng)的氣體的壓縮性對(duì)其運(yùn)動(dòng)和平衡并無太大影響，忽略其可壓縮性而直接用不可壓縮流體理論分析，所得結(jié)果與實(shí)際情況有時(shí)是非常接近的。|不可壓縮流體的概念|可壓縮性和膨脹性的應(yīng)用舉例 水管的閥門突然關(guān)閉時(shí)發(fā)生水擊或水錘；汽車輪胎、列車空氣制動(dòng)、潛艇、空氣壓縮機(jī)高空氣球高壓鍋、爆炸、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃油氣體1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)28例例1-3 ：壓強(qiáng)表校正器中活塞直徑：壓強(qiáng)表校正器中活塞直徑d=1cm，手輪螺距手輪螺距t=2mm，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下裝入體積在

21、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下裝入體積V=200升的工作油升的工作油液，為了造成液，為了造成200atm的表壓力，試求手輪需要轉(zhuǎn)動(dòng)的表壓力，試求手輪需要轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)的圈數(shù)n。假定油液體積壓縮系數(shù)的平均值取為：假定油液體積壓縮系數(shù)的平均值取為：1410466. 0barp1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)29 解解 barpbaratm6 .202013. 1200013. 11pVVpVVpp1由得油液需要減少的體積為：活塞行程使油液減少的體積為：ntdV24由此得手輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為：12102106 .202102 . 010466. 04434342tdpVnp1-2 前言前言 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)3

22、0l=1.5md=0.2m例1-4為了檢查液壓缸的密封性，需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)為了檢查液壓缸的密封性，需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)前先將長前先將長l l、直徑直徑d d的油缸用水全部充滿，然后開動(dòng)加壓泵向的油缸用水全部充滿，然后開動(dòng)加壓泵向油缸再供水加壓，直到壓強(qiáng)增加了油缸再供水加壓，直到壓強(qiáng)增加了200200個(gè)大氣壓，不出故障個(gè)大氣壓，不出故障為止。忽略油缸變形，求試驗(yàn)過程中，通過泵向液壓缸又供為止。忽略油缸變形，求試驗(yàn)過程中，通過泵向液壓缸又供應(yīng)了多少水？應(yīng)了多少水？ 假定水的體積壓縮系數(shù)的平均值假定水的體積壓縮系數(shù)的平均值barp1105 . 04 答案答案 V=0.467l1-2 前言前言

23、 1 流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)31 體積力（質(zhì)量力）體積力（質(zhì)量力） 作用在隔離體內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)上的力，正比與流體質(zhì)作用在隔離體內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)上的力，正比與流體質(zhì)量量 引力引力1-2 前言前言 2 流體的力流體的力mgG 32 面力面力 作用于流體微團(tuán)表面上的力作用于流體微團(tuán)表面上的力 壓力：垂直表面的力壓力：垂直表面的力 壓強(qiáng)：單位面積上的壓力壓強(qiáng)：單位面積上的壓力 切應(yīng)力：平行表面的力切應(yīng)力：平行表面的力 平均切應(yīng)力：單位面積上的切應(yīng)力平均切應(yīng)力：單位面積上的切應(yīng)力1-2 前言前言 2 流體的力流體的力APpA0limATA0lim33 表面張力（表面張力（surface tension）1-2 前言

24、前言 2 流體的力流體的力N液體的分子作用球液體的分子作用球NN分子合力分子合力垂直液面垂直液面分子作用半徑分子作用半徑自由表面自由表面液體的表面張力液體的表面張力分子合力分子合力R在液體的自由表面上，由于分子間引力作用的結(jié)果，而產(chǎn)生極其微小的拉力。表表面張力有力圖使其表面縮小的趨勢(shì)，其結(jié)果使自由表面受到張緊的力，它分布在面張力有力圖使其表面縮小的趨勢(shì)，其結(jié)果使自由表面受到張緊的力，它分布在液球切開的周線上，與液體表面相切。表面張力液球切開的周線上，與液體表面相切。表面張力T T的大小用表面張力系數(shù)表示的大小用表面張力系數(shù)表示， = =T/l(N/m)T/l(N/m)。只發(fā)生在液體和氣體、固體

25、或另一不相混合的液體界面上。只發(fā)生在液體和氣體、固體或另一不相混合的液體界面上。34 表面張力：表面張力：濕潤現(xiàn)象與毛細(xì)管現(xiàn)象1-2 前言前言 2 流體的力流體的力表面張力不僅表現(xiàn)在液體與空氣接觸表面處，而且也表現(xiàn)在液體與固體接觸的自由液面處，形成潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象。水潤濕玻璃，水銀水潤濕玻璃，水銀不潤濕玻璃，潤濕不潤濕玻璃，潤濕不潤濕的程度用接不潤濕的程度用接觸角的概念。觸角的概念。當(dāng)當(dāng)為銳角時(shí)，液體潤濕固體；當(dāng)為銳角時(shí)，液體潤濕固體；當(dāng)為鈍角時(shí)，液體不潤濕固體。為鈍角時(shí)，液體不潤濕固體。=0=0，液體完全潤濕固體；若液體完全潤濕固體；若= = ，則液體完全不潤濕固體，則液體完全不潤濕固體35

26、 表面張力表面張力1-2 前言前言 2 流體的力流體的力附著力附著力固液分子之間的相互吸引力內(nèi)聚力內(nèi)聚力液液分子之間的相互吸引力附著層水銀在管中水在管中液固接觸處，沿固體壁面液固接觸處，沿固體壁面有一附著層，其厚度等于有一附著層，其厚度等于液液或液固分子間引力有液液或液固分子間引力有效作用距離的較大者效作用距離的較大者原理分析原理分析TN2n1nO當(dāng)附著力大于內(nèi)聚力時(shí)，當(dāng)附著力大于內(nèi)聚力時(shí)，液體分子在附著層內(nèi)所受液體分子在附著層內(nèi)所受的合力垂直于附著層指向的合力垂直于附著層指向固體，液體分子擠入附著固體，液體分子擠入附著層，沿層擴(kuò)展，潤濕固體層，沿層擴(kuò)展，潤濕固體N1n2nTO 當(dāng)內(nèi)聚力大于附

27、著力當(dāng)內(nèi)聚力大于附著力時(shí)，附著層內(nèi)較多的液時(shí)，附著層內(nèi)較多的液體分子被吸收到液體內(nèi)體分子被吸收到液體內(nèi)部，附著層呈收縮狀態(tài)部，附著層呈收縮狀態(tài)，不潤濕固體，不潤濕固體 36 表面張力表面張力1-2 前言前言 2 流體的力流體的力 如圖所示，細(xì)玻璃管插入水中時(shí)，由如圖所示，細(xì)玻璃管插入水中時(shí)，由于表面張力向上，能自動(dòng)將管中液柱提升于表面張力向上，能自動(dòng)將管中液柱提升一個(gè)高度一個(gè)高度h h ；細(xì)玻璃管插入水銀中時(shí)，表細(xì)玻璃管插入水銀中時(shí)，表面張力向下，能將管中液柱拉下一個(gè)高度面張力向下，能將管中液柱拉下一個(gè)高度h h，當(dāng)垂直向上的表面張力與上升液柱的當(dāng)垂直向上的表面張力與上升液柱的重量相等時(shí)，液柱

28、自然平衡，有重量相等時(shí)，液柱自然平衡，有Tcos =Ghdgd24cosdgdhcos4cos4水20OC,dhmNgmN30,/9790,/073. 0,03dhmNgmN10,/133300,/51. 0,1403水銀20OC,可見玻璃管內(nèi)徑越小，則毛細(xì)管現(xiàn)象引起的誤就越大可見玻璃管內(nèi)徑越小，則毛細(xì)管現(xiàn)象引起的誤就越大 連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型1-2 前言前言 3 流體模型流體模型1.1.實(shí)際流體微觀內(nèi)部實(shí)際流體微觀內(nèi)部 流體分子之間不連續(xù)、有間隙。流體分子之間不連續(xù)、有間隙。2.2.流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)( (或稱流體微團(tuán)或稱流體微團(tuán)) ) 忽略尺寸效應(yīng)但包含無數(shù)分子的流體最小單元。忽略尺寸效應(yīng)但包含無數(shù)分子的流體最小單元。3.3.連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型 流體由流