流體力學課件第1章流體的主要力學性質(zhì)

1第一章流體的主要力學性質(zhì)1第一章流體的主要力學性質(zhì)2一、流體的微觀特點

質(zhì)點：微觀上足夠大、宏觀上足夠小的流體微團。流體質(zhì)點的物理量是確定的，不受單個分子的影響，是一個統(tǒng)計平均量。第一節(jié)、連續(xù)介質(zhì)模型微觀上：由大量做無規(guī)則運動（布朗運動）的分子組成的，分子間有空隙；流體具有不連續(xù)性。二、質(zhì)點模型2一、流體的微觀特點質(zhì)點：微觀上足夠大、宏3A、流體的分子；B、流體內(nèi)的固體顆粒；C、幾何點；D、幾何尺寸同流動空間相比是極小量,又含有大量分子的微元體。三、連續(xù)介質(zhì)模型把流體看成是由大量質(zhì)點組成的，質(zhì)點間無空隙。一個質(zhì)點占據(jù)一個空間點，流體分布與空間連續(xù)對應起來。

(1)按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點是指（？）質(zhì)量分布連續(xù)、運動連續(xù)、內(nèi)應力連續(xù)。流體的物理量U都是空間坐標和時間的連續(xù)函數(shù)：內(nèi)涵(2)連續(xù)介質(zhì)模型什么情況下都適用嗎？3A、流體的分子；B、流體內(nèi)的固體顆粒；C、幾何點；D、幾何4第二節(jié)、流體的主要物理性質(zhì)*均質(zhì)流體：*非均質(zhì)流體:物體反抗外力而維持固有運動狀態(tài)的性質(zhì)。kg/m3kg/m3N/m3一、慣性1、密度2、重度4第二節(jié)、流體的主要物理性質(zhì)*均質(zhì)流體：*非均質(zhì)流體:物體反5二、

粘度及牛頓內(nèi)摩擦定律流體的內(nèi)聚力（對于液體）和分子的動量交換（對于氣體）。1、粘性粘性的微觀本質(zhì)或產(chǎn)生的原因?粘性1，2流體在有相對運動時，流體內(nèi)部要產(chǎn)生阻礙運動和變形的內(nèi)摩擦力，稱為流體的粘性。粘性是流體的一種固有屬性。*、流體種類2、粘性的主要影響因素一般地，相同條件下，液體的粘度大于氣體的粘度.5二、粘度及牛頓內(nèi)摩擦定律流體的內(nèi)聚力（6液體：內(nèi)聚力是液體產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度升高，分子間距離增大，吸引力減小，因而使剪切變形速度所產(chǎn)生的切應力減小，所以粘度減小。氣體：氣體分子間距離大，粘度主要是由氣體分子熱運動所產(chǎn)生的動量交換的結(jié)果所引起的。溫度升高，分子運動加快，動量交換頻繁，所以粘度增加。流體粘度隨著溫度的升高而降低嗎?*、壓強*、溫度？對常見的流體，粘度隨壓強的變化不大，一般忽略；6液體：內(nèi)聚力是液體產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度升高，分子間距離7

對牛頓流體，粘性力F的大小與流體的性質(zhì)有關(guān)，并與流速梯度和接觸面積成正比：液體運動時，相鄰液層間所產(chǎn)生的切應力與剪切變形的速率成正比。表示為應力，引入系數(shù)：ABAB3、牛頓內(nèi)摩擦定律—動力粘度，N?s/m2或Pa.s—粘性切應力(單位面積上的內(nèi)摩擦力),N/m2

或Pa；7對牛頓流體，粘性力F的大小與流體的性質(zhì)有關(guān)，并8平行薄板A、B間充滿流體，A以速度U運動，B板固定不動。由于粘性作用，流體要沿x方向流動，在y方向流速要發(fā)生變化（U0）：牛頓剪切定律：速度線性變化ABAB8平行薄板A、B間充滿流體，A以速度U運動，B板9*、基于角變形分析的牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律（1-12）流體的切應力與（剪切變形速率or角變形速率）成正比。aba'b'dcd'c'dy流體質(zhì)點的剪切變形速率9*、基于角變形分析的牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律（1-110!!*切應力與剪切變形速率成正比；而固體的切應力與角變形的大小成正比。*

對于平衡流體：*粘性也可用運動粘度表示：*注意單位。牛頓內(nèi)摩擦定律應用舉例10!!*切應力與剪切變形速率成正比；而固體的切應力與11例1：底面積為40×45cm2，高為1cm的木塊，質(zhì)量為5kg，沿涂有潤滑油的斜面向下等速運動，速度u=1m/s，油層厚度=1mm，由木塊所帶動的油層的運動速度呈直線性分布，求油的粘度。解：∵等速運動∴s=0由牛頓定律：∑Fs=ms=0，即：由內(nèi)摩擦定律（速度呈直線分布）：11例1：底面積為40×45cm2，高為1cm的木塊，質(zhì)量12帶入數(shù)據(jù)：12帶入數(shù)據(jù)：13例2：半徑r0的圓盤，在平臺上旋轉(zhuǎn)，盤與平臺間充有厚度δ的油膜，當圓盤以nr/min旋轉(zhuǎn)時，測得扭矩M。設油膜內(nèi)速度沿垂直方向為線性分布，求油的粘度及切應力沿徑向的分布規(guī)律。解：半徑r處的微元環(huán)dr上的摩擦阻力為

圓盤微元環(huán)所受粘性摩擦阻力矩為：圓盤所受摩擦阻力矩為：13例2：半徑r0的圓盤，在平臺上旋轉(zhuǎn)，盤與平臺間充有厚度δ14三、壓縮性

作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積（或密度）變化的性質(zhì).1）體積壓縮系數(shù)k一定溫度下，單位壓力增量產(chǎn)生的體積相對減少率。單位：1/Pa2）

彈性體積模量K，PaP反映流體抗壓縮能力14三、壓縮性作用在流體上的壓力變化可引起流15200oC時，體積為2.5m3的水，1=998.23kg/m3；當溫度升至800oC時，2=971.83kg/m3，體積增加了多少？例解：15200oC時，體積為2.5m3的水，1=998.2316水的K=2000Mpa，使水的體積分別減小0.1%及1%時，應增大的壓強各為多少？解：由當例負號16水的K=2000Mpa，使水的體積分別減小0.1%及1四、液體表面張力與潤濕及毛細現(xiàn)象液體表面有明顯的欲成球趨勢，由分子的內(nèi)聚力引起。表面張力是拉力，單位長度上的拉力定義為表面張力，單位為N/m。

潤濕效應具體表現(xiàn)為液體在固體表面的擴展或收縮，即浸潤或不浸潤。潤濕效應18090450四、液體表面張力與潤濕及毛細現(xiàn)象液體表面有明顯的欲成球趨勢，1818

毛細現(xiàn)象是由液體對固體表面的潤濕效應和液體的表面張力共同決定的一種界面現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為固體壁表面液位的上升或下降（h）。液柱高度為h，液體受到的重力為：

彎曲液面與毛細管接觸周邊上的表面張力在垂直方向的分量為：兩者平衡：GfhG改變h的途徑？1818毛細現(xiàn)象是由液體對固體表面的潤濕效應和19生活及工程實例實例影響因素毛細管半徑表面張力接觸角加速度礦物加工領(lǐng)域的應用細物料脫水難度大；離心過濾脫水的原理；助濾劑的作用；。。。。。。。。。。離心設備：Cg離心因數(shù)19生活及工程實例實例影響毛細管半徑表面張力接觸角加速度礦物20第三節(jié)、牛頓體和非牛頓體（ZX）

（1）假塑性體：也叫剪切變稀流體，其粘度隨著速度梯度或變形速率的增加而逐漸減小。涂料、油漆、油脂、高分子溶液等。切應力與速度梯度呈線性關(guān)系，為一條過O點的直線。一、

牛頓體水、空氣、汽油、煤油、甲苯、乙醇等二、非牛頓體O牛頓體賓漢理想塑性體假塑性體脹塑性體20第三節(jié)、牛頓體和非牛頓體（ZX）（1）假塑21

（2）脹塑性體：也叫剪切變稠流體，其粘度隨著速度梯度或變形速率的增加而逐漸增大。生面團、濃淀粉糊

牛頓體、假塑性體、脹塑性體在切應力很小時就會發(fā)生很大的變形，而且關(guān)系曲線過O點。

（4）賓漢塑性體：在切應力達到屈服極限之前無變形；但超過屈服應力極限后，切應力和變形速率成線性關(guān)系。黃油、牙膏、污泥、血漿等等。

（3）塑性體：能抵抗小的切應力，即只有當切應力大于某臨界值后，流體才開始變形。

真實流體21（2）脹塑性體：也叫剪切變稠流體，其粘度隨22O牛頓體賓漢理想塑性體假塑性體脹塑性體圖1-6流變曲線理想流體：無粘性的假想流體。22O牛頓體賓漢理想塑性體假塑性體脹塑性體圖1-6流變曲第四節(jié)作用于流體上的力一、按作用方式分類1、質(zhì)量力23屬于遠程力、非接觸力，作用于每一個流體質(zhì)點上;與流體質(zhì)量成正比;對于均質(zhì)流體，又稱為體積力。單位質(zhì)量力：單位質(zhì)量的流體所受到的質(zhì)量力。直角坐標系中表示為：或第四節(jié)作用于流體上的力一、按作用方式分類1、質(zhì)量力2324fx=fz=fy=0，0，-g思考：只有重力作用時的單位質(zhì)量力有什么特點？如果流體受到的質(zhì)量力只有重力，那么在Z軸向上的直角坐標系中，質(zhì)量力的三個分量分別是：在如圖所示的坐標系中：說明：（2）單位質(zhì)量力的單位？（1）常見質(zhì)量力有重力和慣性力；即：N/kg，或m/s2

24fx=fz=fy=0，0，-g思考：只有重力作用時的單位25作用于體積為V的流體團上的總質(zhì)量力如何確定？單位質(zhì)量力在整個流體微團體積范圍的積分：不可壓縮流體25作用于體積為V的流體團上的總質(zhì)量力如何確定？單位質(zhì)量力在26思考：重力場中，如圖所示兩種運動狀態(tài)下的單位質(zhì)量力為：fx＝fy=0fx=-a,fy=0,

fz=-gA.f水<f水銀；B.f水>f水銀；C.f水=f水銀；D、不一定左圖：以加速度g下落右圖：以加速度a水平運動思考：重力場（質(zhì)量力只有重力）中，水和水銀所受的單位質(zhì)量力f水和f水銀的大?。篻+(-g)=0fz=26思考：fx＝fy=0fx=-a,fy=0,fz=-gA2、面積力（表面力）

毗鄰流體或其它物體直接作用在流體微團表面上的接觸力(近程作用)，大小與作用面積成正比?？煞纸鉃閴毫Γǚň€方向，垂直于作用面）、切力（切線方向，平行于作用面）。單位面積上的表面力稱為應力：單位27面積力僅作用于自由表面嗎？N/m2或Pa2、面積力（表面力）毗鄰流體或其它物體直接作用在流28本章回顧1、質(zhì)點與連續(xù)介質(zhì)模型的內(nèi)涵與意義2、流體的主要特性及表征3、牛頓摩擦定律及典型應用4、流體的受力、特點及單位質(zhì)量力分析5、理想流體模型及意義？END作業(yè)（P16）：習題1-2、1-3、1-428本章回顧1、質(zhì)點與連續(xù)介質(zhì)模型的內(nèi)涵與意義2、流體的主要29第一章流體的主要力學性質(zhì)1第一章流體的主要力學性質(zhì)30一、流體的微觀特點

質(zhì)點：微觀上足夠大、宏觀上足夠小的流體微團。流體質(zhì)點的物理量是確定的，不受單個分子的影響，是一個統(tǒng)計平均量。第一節(jié)、連續(xù)介質(zhì)模型微觀上：由大量做無規(guī)則運動（布朗運動）的分子組成的，分子間有空隙；流體具有不連續(xù)性。二、質(zhì)點模型2一、流體的微觀特點質(zhì)點：微觀上足夠大、宏31A、流體的分子；B、流體內(nèi)的固體顆粒；C、幾何點；D、幾何尺寸同流動空間相比是極小量,又含有大量分子的微元體。三、連續(xù)介質(zhì)模型把流體看成是由大量質(zhì)點組成的，質(zhì)點間無空隙。一個質(zhì)點占據(jù)一個空間點，流體分布與空間連續(xù)對應起來。

(1)按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點是指（？）質(zhì)量分布連續(xù)、運動連續(xù)、內(nèi)應力連續(xù)。流體的物理量U都是空間坐標和時間的連續(xù)函數(shù)：內(nèi)涵(2)連續(xù)介質(zhì)模型什么情況下都適用嗎？3A、流體的分子；B、流體內(nèi)的固體顆粒；C、幾何點；D、幾何32第二節(jié)、流體的主要物理性質(zhì)*均質(zhì)流體：*非均質(zhì)流體:物體反抗外力而維持固有運動狀態(tài)的性質(zhì)。kg/m3kg/m3N/m3一、慣性1、密度2、重度4第二節(jié)、流體的主要物理性質(zhì)*均質(zhì)流體：*非均質(zhì)流體:物體反33二、

粘度及牛頓內(nèi)摩擦定律流體的內(nèi)聚力（對于液體）和分子的動量交換（對于氣體）。1、粘性粘性的微觀本質(zhì)或產(chǎn)生的原因?粘性1，2流體在有相對運動時，流體內(nèi)部要產(chǎn)生阻礙運動和變形的內(nèi)摩擦力，稱為流體的粘性。粘性是流體的一種固有屬性。*、流體種類2、粘性的主要影響因素一般地，相同條件下，液體的粘度大于氣體的粘度.5二、粘度及牛頓內(nèi)摩擦定律流體的內(nèi)聚力（34液體：內(nèi)聚力是液體產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度升高，分子間距離增大，吸引力減小，因而使剪切變形速度所產(chǎn)生的切應力減小，所以粘度減小。氣體：氣體分子間距離大，粘度主要是由氣體分子熱運動所產(chǎn)生的動量交換的結(jié)果所引起的。溫度升高，分子運動加快，動量交換頻繁，所以粘度增加。流體粘度隨著溫度的升高而降低嗎?*、壓強*、溫度？對常見的流體，粘度隨壓強的變化不大，一般忽略；6液體：內(nèi)聚力是液體產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度升高，分子間距離35

對牛頓流體，粘性力F的大小與流體的性質(zhì)有關(guān)，并與流速梯度和接觸面積成正比：液體運動時，相鄰液層間所產(chǎn)生的切應力與剪切變形的速率成正比。表示為應力，引入系數(shù)：ABAB3、牛頓內(nèi)摩擦定律—動力粘度，N?s/m2或Pa.s—粘性切應力(單位面積上的內(nèi)摩擦力),N/m2

或Pa；7對牛頓流體，粘性力F的大小與流體的性質(zhì)有關(guān)，并36平行薄板A、B間充滿流體，A以速度U運動，B板固定不動。由于粘性作用，流體要沿x方向流動，在y方向流速要發(fā)生變化（U0）：牛頓剪切定律：速度線性變化ABAB8平行薄板A、B間充滿流體，A以速度U運動，B板37*、基于角變形分析的牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律（1-12）流體的切應力與（剪切變形速率or角變形速率）成正比。aba'b'dcd'c'dy流體質(zhì)點的剪切變形速率9*、基于角變形分析的牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律（1-138!!*切應力與剪切變形速率成正比；而固體的切應力與角變形的大小成正比。*

對于平衡流體：*粘性也可用運動粘度表示：*注意單位。牛頓內(nèi)摩擦定律應用舉例10!!*切應力與剪切變形速率成正比；而固體的切應力與39例1：底面積為40×45cm2，高為1cm的木塊，質(zhì)量為5kg，沿涂有潤滑油的斜面向下等速運動，速度u=1m/s，油層厚度=1mm，由木塊所帶動的油層的運動速度呈直線性分布，求油的粘度。解：∵等速運動∴s=0由牛頓定律：∑Fs=ms=0，即：由內(nèi)摩擦定律（速度呈直線分布）：11例1：底面積為40×45cm2，高為1cm的木塊，質(zhì)量40帶入數(shù)據(jù)：12帶入數(shù)據(jù)：41例2：半徑r0的圓盤，在平臺上旋轉(zhuǎn)，盤與平臺間充有厚度δ的油膜，當圓盤以nr/min旋轉(zhuǎn)時，測得扭矩M。設油膜內(nèi)速度沿垂直方向為線性分布，求油的粘度及切應力沿徑向的分布規(guī)律。解：半徑r處的微元環(huán)dr上的摩擦阻力為

圓盤微元環(huán)所受粘性摩擦阻力矩為：圓盤所受摩擦阻力矩為：13例2：半徑r0的圓盤，在平臺上旋轉(zhuǎn)，盤與平臺間充有厚度δ42三、壓縮性

作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積（或密度）變化的性質(zhì).1）體積壓縮系數(shù)k一定溫度下，單位壓力增量產(chǎn)生的體積相對減少率。單位：1/Pa2）

彈性體積模量K，PaP反映流體抗壓縮能力14三、壓縮性作用在流體上的壓力變化可引起流43200oC時，體積為2.5m3的水，1=998.23kg/m3；當溫度升至800oC時，2=971.83kg/m3，體積增加了多少？例解：15200oC時，體積為2.5m3的水，1=998.2344水的K=2000Mpa，使水的體積分別減小0.1%及1%時，應增大的壓強各為多少？解：由當例負號16水的K=2000Mpa，使水的體積分別減小0.1%及1四、液體表面張力與潤濕及毛細現(xiàn)象液體表面有明顯的欲成球趨勢，由分子的內(nèi)聚力引起。表面張力是拉力，單位長度上的拉力定義為表面張力，單位為N/m。

潤濕效應具體表現(xiàn)為液體在固體表面的擴展或收縮，即浸潤或不浸潤。潤濕效應18090450四、液體表面張力與潤濕及毛細現(xiàn)象液體表面有明顯的欲成球趨勢，4646

毛細現(xiàn)象是由液體對固體表面的潤濕效應和液體的表面張力共同決定的一種界面現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為固體壁表面液位的上升或下降（h）。液柱高度為h，液體受到的重力為：

彎曲液面與毛細管接觸周邊上的表面張力在垂直方向的分量為：兩者平衡：GfhG改變h的途徑？1818毛細現(xiàn)象是由液體對固體表面的潤濕效應和47生活及工程實例實例影響因素毛細管半徑表面張力接觸角加速度礦物加工領(lǐng)域的應用細物料脫水難度大；離心過濾脫水的原理；助濾劑的作用；。。。。。。。。。。離心設備：Cg離心因數(shù)19生活及工程實例實例影響毛細管半徑表面張力接觸角加速度礦物48第三節(jié)、牛頓體和非牛頓體（ZX）

（1）假塑性體：也叫剪切變稀流體，其粘度隨著速度梯度或變形速率的增加而逐漸減小。涂料、油漆、油脂、高分子溶液等。切應力與速度梯度呈線性關(guān)系，為一條過O點的直線。一、

牛頓體水、空氣、汽油、煤油、甲苯、乙醇等二、非牛頓體O牛頓體賓漢理想塑性體假塑性體脹塑性體20第三節(jié)、牛頓體和非牛頓體（ZX）（1）假塑49

（2）脹塑性體：也叫剪切變稠流體，其粘度隨著速度梯度或變形速率的增加而逐漸增大。生面團、濃淀粉糊

牛頓體、假塑性體、脹塑性體在切應力很小時就會發(fā)生很大的變形，而且關(guān)系曲線過O點。

（4）賓漢塑性體：在切應力達到屈服極限之前無變形；但超過屈服應力極限后，切應力和變形速率成線性關(guān)系。黃油、牙膏、污泥、血漿等等。

（3）塑性體：能抵抗小的切應力，即只有當切應力大于某臨界值后，流體才開始變形。

真實流體21（2）脹塑性體：也叫剪切變稠流體，其粘度隨50O牛頓體賓漢理想塑性體假塑性體脹塑性體圖1-6流變曲線理想流體：無粘性的假想流體。22O牛頓體賓漢理想塑性體假塑性體脹塑性體圖1-6流變曲第四節(jié)作用于流體上的力一、按作用方式分類1、質(zhì)量力51屬于遠程力、非接觸力，作用于每一個流體質(zhì)點上;與流體質(zhì)量成正比;對于均質(zhì)流體，又稱為體積力。單位質(zhì)量力：單位質(zhì)量