流體的物理性質(zhì)

流體的物理性質(zhì)第一頁，共三十頁，2022年，8月28日§2-1流體主要物理性質(zhì)定義：單位體積流體所具有的質(zhì)量用符號ρ來表示。單位：kg/m3

均質(zhì)流體：

非均質(zhì)流體：常見流體的密度：

水——1000kg/m3

空氣——1.23kg/m3流體重要屬性，表征流體在空間某點(diǎn)質(zhì)量的密集程度。一.慣性

1.以密度ρ來衡量第二頁，共三十頁，2022年，8月28日不可壓縮流體：流體密度隨溫度、壓強(qiáng)變化很小的流體。不可壓流體：可壓縮流體：2、不可壓縮流體和可壓縮流體嚴(yán)格地說，不存在完全不可壓縮的流體。

氣體對物體流動的相對速度比聲速要小得多時，氣體的密度變化也很小，可以近似地看成是常數(shù)，也可當(dāng)作不可壓縮流體處理。

一般情況下的液體都可視為不可壓縮流體，管路中壓降較大時，應(yīng)作為可壓縮流體（發(fā)生水下爆炸）。二.可壓縮性

第三頁，共三十頁，2022年，8月28日二.壓縮性-流體在質(zhì)量不變時，由于壓力的改變而使其體積改變的性質(zhì)壓強(qiáng)增大使體積減小的性質(zhì)單位：m2/N，Pa-1

可壓縮流體不可壓縮流體：密度ρ為變量，即ρ=ρ(x,y,z,t)：密度ρ為常數(shù)，即ρ=C

注：通常情況下，液體為不可壓縮流體，氣體為可壓縮流體。壓縮系數(shù)：在一定的溫度下，單位壓強(qiáng)所引起的流體體積的相對縮小量第四頁，共三十頁，2022年，8月28日特例水擊現(xiàn)象,液壓沖擊,水中爆炸波的傳播等問題。

在低溫,低壓,低速條件下,隧道施工,運(yùn)營通風(fēng),氣體輸送,煙道流動等問題。------液體為可壓縮流體------氣體為不可壓縮流體第五頁，共三十頁，2022年，8月28日

牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(1687)中指出：相鄰兩層流體作相對運(yùn)動時存在內(nèi)摩擦作用,稱為粘性力。?

庫侖實(shí)驗(yàn)(1784)庫侖用液體內(nèi)懸吊圓盤擺動實(shí)驗(yàn)證實(shí)流體存在內(nèi)摩擦。

三.粘性第六頁，共三十頁，2022年，8月28日①分子間的內(nèi)聚力②分子運(yùn)動引起流體層間的動量交換兩層液體之間的粘性力兩層氣體之間的粘性力形成牛頓內(nèi)摩擦力物理機(jī)理第七頁，共三十頁，2022年，8月28日

壁面不滑移假設(shè)

由于流體的易變形性，流體與固壁可實(shí)現(xiàn)分子量級的粘附作用。通過分子內(nèi)聚力使粘附在固壁上的流體質(zhì)點(diǎn)與固壁一起運(yùn)動。壁面不滑移假設(shè)已獲得大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，被稱為壁面不滑移條件。庫侖實(shí)驗(yàn)間接地驗(yàn)證了壁面不滑移假設(shè)第八頁，共三十頁，2022年，8月28日?

粘性定義流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間或流層間因相對運(yùn)動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力（內(nèi)力/粘性力）以反抗相對運(yùn)動的性質(zhì)?

粘性特性

粘性是流體抵抗變形的能力，是流體的固有屬性，是運(yùn)動流體產(chǎn)生機(jī)械能損失的根源第九頁，共三十頁，2022年，8月28日三、流體的粘性1、流體的粘性定義：在外力作用下，流體微元間出現(xiàn)相對運(yùn)動時，產(chǎn)生阻抗相對運(yùn)動的切向阻力的性質(zhì)。理想流體和粘性流體第十頁，共三十頁，2022年，8月28日

1686年

流體粘性粘性《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》

牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓：英國偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家。第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日2.粘度的表示方法

μ

——動力粘性系數(shù)，Pa·sν——運(yùn)動粘性系數(shù)，m2/s反映流體粘滯性大小的系數(shù)四、影響粘度的因素液體吸引力T↑

μ↓氣體熱運(yùn)動T↑

μ↑第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日

拉力T與接觸面積A、速度梯度成正比，即

或上兩式均稱為牛頓內(nèi)摩擦阻力定律。

牛頓內(nèi)摩擦定律實(shí)驗(yàn)測得：剪應(yīng)力剪應(yīng)力的大小與流體的粘性和速度梯度成正比，滿足上式的為牛頓流體第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日

牛頓內(nèi)摩擦阻力定律適用于空氣、水、石油等大多數(shù)流體。

凡符合這一定律的流體稱為牛頓流體，不符合的流體為非牛頓流體。流變圖（流變曲線）

理想流體（無粘性流體）:τ=0

實(shí)際流體（粘性流體）:τ0

牛頓內(nèi)摩擦阻力定律第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日

當(dāng)h很小時，阻力定律可寫為，即速度為線性分布。

速度分布圖形不同時，剪應(yīng)力τ分布也不同。拋物線分布u直線分布u第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日

隨著溫度升高，液體的粘性系數(shù)下降；氣體的粘性系數(shù)上升。

今后在談及粘性系數(shù)時一定指明當(dāng)時的溫度。

運(yùn)動粘性系數(shù)具有運(yùn)動學(xué)量綱。注意二.粘性第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日與接觸面的面積A成正比與流體的種類有關(guān)與接觸面上壓強(qiáng)P無關(guān)內(nèi)摩擦力F與垂直于流動方向的速度梯度du/dy成正比F

—流體層接觸面上的內(nèi)摩擦力，N；A—流體層間的接觸面積，m2；du/dy—垂直于流動方向上的速度梯度，1/s；μ

—動力黏度，Pa·s。牛頓內(nèi)摩擦定律第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日流體分類第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日§2-2作用于流體上的力

作用在流體上的力可以分為兩大類，表面力和質(zhì)量力。一、表面力

定義：兩個分力與流體表面相切的切向力T-剪應(yīng)力

特點(diǎn)：分離體以外的流體通過接觸面作用在流體上的力，其大小與作用面積成正比通過接觸面產(chǎn)生的力與面積成正比與流體表面垂直的法向力P-壓力，不能承受拉力分布力，流體與固體的接觸面，流體與流體的接觸面第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日作用在流體上的表面力

法向應(yīng)力p

切向應(yīng)力τ壓強(qiáng)-單位面積上的壓力，方向沿內(nèi)法線方向切應(yīng)力ΔFΔPΔTAΔAVn法向應(yīng)力切向應(yīng)力第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日靜止流體或理想流體只有壓力第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日二、質(zhì)量力

定義：作用在流體某體積內(nèi)所有流體質(zhì)點(diǎn)上并與這一體積的流體質(zhì)量成正比的力，又稱體積力。

特點(diǎn)：例如：重力、慣性力等

單位質(zhì)量力:非接觸力與流體質(zhì)量成正比重力場，有Ｘ＝０,Ｙ＝０，Ｚ＝－ｇ（豎直向下）第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日俗稱表壓P=Pabs–Pa(2)相對壓力P：以大氣壓ｐａ為基準(zhǔn)計算計的壓力，其值即為絕對壓力超過當(dāng)?shù)卮髿鈮旱臄?shù)值。(1)絕對壓力：以絕對真空為基準(zhǔn)計算壓力Pabs。工程上壓力的幾種表示方法(3)真空壓力Pv=Pa–PabsP=0(絕對真空)絕對壓力PPPa(大氣壓)表壓P’真空壓力第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日常用的壓力單位1）際單位制（SI）：N／m２或Pa。

1Pa＝１N／m２３）大氣壓：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、工程大氣壓。１標(biāo)準(zhǔn)大氣壓Patm=1.013×105Pa=760ｍｍ汞柱=10.33ｍ水柱２）液柱高：長度單位，如水銀柱、水柱等。１工程大氣壓Pata=１kgf/cm2

=0.981×105Pa=0.968atm第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日靜止流體的壓力沿作用面的內(nèi)法線方向特性一流體靜壓特性特性二靜止流體中任意一點(diǎn)的壓力大小與作用面的方向無關(guān)，只是該點(diǎn)的坐標(biāo)函數(shù)。第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日

靜止液體中有一平板，平板的軸位于O點(diǎn)，平板繞O軸旋轉(zhuǎn)，O點(diǎn)深度不變故不管平板轉(zhuǎn)到什么方位，在O點(diǎn)處的壓力仍然保持不變。

不同點(diǎn)的壓力不相等，壓力是空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。即p=p(x,y,z)。第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日證明：

取體積為dxdydz的微分四面體，各坐標(biāo)面和斜面上的平均流體靜壓力分別為：若cos（n,x）、cos（n,y）、cos（n,z）分別代表Pn