第一章-流體及其物理性質(zhì)課件

第一節(jié)流體的概念一、流體的特征——流動(dòng)性在任意微小的剪切力作用下使流體發(fā)生連續(xù)的剪切變形——流動(dòng)。能夠流動(dòng)的物質(zhì)稱為流體。流動(dòng)性是流體的主要特征。流體可分為液體和氣體。1第一節(jié)流體的概念流體與固體的區(qū)別固體的變形與受力的大小成正比；任何一個(gè)微小的剪切力都能使流體發(fā)生連續(xù)的變形；一、流體的特征——流動(dòng)性(續(xù))液體與氣體的區(qū)別液體的流動(dòng)性小于氣體；液體具有一定的體積，并取決于容器的形狀；氣體充滿任何容器，而無一定體積。流體沒有固定形狀，其形狀取決于容器的形狀。流動(dòng)性形狀不定2第一節(jié)流體的概念一、流體的特征——受力特性

流體在靜止時(shí)不能承受剪切力，抵抗剪切變形。流體只有在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)之間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，才能抵抗剪切變形。只要有剪切力的作用，流體就不會(huì)靜止下來，發(fā)生連續(xù)變形而流動(dòng)。作用在流體上的剪切力不論多么微小，只要有足夠的時(shí)間，便能產(chǎn)生任意大的變形。運(yùn)動(dòng)流體抵抗剪切變形的能力（產(chǎn)生剪切應(yīng)力的大?。w現(xiàn)在變形的速率上，而不是變形的大?。ㄅc彈性體的不同之處）。3第一節(jié)流體的概念一、流體的特征——受力特性（續(xù)）

？流體是否可以承受拉力、切應(yīng)力、壓力？有無靜摩擦力？

4第一節(jié)流體的概念微觀上：流體分子距離的存在以及分子運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性使得流體的各物理量在時(shí)間和空間上的分布都是不連續(xù)的。宏觀上：當(dāng)所討論問題的特征尺寸遠(yuǎn)大于流體的分子平均自由程時(shí)，可將流體視為在時(shí)間和空間連續(xù)分布的函數(shù)。

問題的提出二、連續(xù)介質(zhì)假說5第一節(jié)流體的概念個(gè)分子

1mm3空氣(1個(gè)大氣壓，00C)宏觀（流體力學(xué)處理問題的尺度）上看，流體質(zhì)點(diǎn)足夠小，只占據(jù)一個(gè)空間幾何點(diǎn)，體積趨于零。微觀（分子自由程的尺度）上看，流體質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)足夠大的分子團(tuán)，包含了足夠多的流體分子，以致于對這些分子行為的統(tǒng)計(jì)平均值將是穩(wěn)定的，作為表征流體物理特性和運(yùn)動(dòng)要素的物理量定義在流體質(zhì)點(diǎn)上。流體質(zhì)點(diǎn)概念二、連續(xù)介質(zhì)假說（續(xù)）宏觀無限小微觀無限大6第一節(jié)流體的概念流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程是連續(xù)的；表征流體的一切特性可看成是時(shí)間和空間連續(xù)分布的函數(shù)流體介質(zhì)是由連續(xù)的流體質(zhì)點(diǎn)所組成，流體質(zhì)點(diǎn)占

滿空間而沒有間隙。連續(xù)介質(zhì)假說特例航天器在高空稀薄的空氣中的運(yùn)行血液在毛細(xì)血管中的流動(dòng)二、連續(xù)介質(zhì)假說（續(xù)）7第二節(jié)流體的密度和重度一、流體的密度單位體積的流體所包含的質(zhì)量稱為密度，用ρ表示。

常壓常溫下，空氣的密度大約是水的

1/800

一般取汞密度為水密度的13.6倍

1大氣壓，40C1大氣壓，200C8第二節(jié)流體的密度和重度二、流體的重度單位體積的流體所的受的重力，用γ表示。9第三節(jié)流體的壓縮性與膨脹性一、流體的壓縮性

流體受壓體積減小的性質(zhì)稱為壓縮性。VV-ΔVpp+Δp壓縮系數(shù)彈性模數(shù)10第三節(jié)流體的壓縮性與膨脹性二、流體的膨脹性

流體受溫度影響體積變化的性質(zhì)。VV+ΔVTT+ΔT膨脹系數(shù)11第三節(jié)流體的壓縮性與膨脹性例1－1厚壁容器中盛有0.5m3的水，初始?jí)毫?×106Pa。當(dāng)壓力增至6×106Pa時(shí)，問水的體積減少了多少?

解取水的彈性模數(shù)E＝2×109Pa，體積減少量為

(m3)

12第四節(jié)流體的粘性一、粘性及其表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)流體內(nèi)存在內(nèi)摩擦力的特性（有抵抗剪切變形的能力），這就是粘滯性。13第四節(jié)流體的粘性形成牛頓內(nèi)摩擦力物理機(jī)理①分子間的吸引力②分子運(yùn)動(dòng)引起流體層間的動(dòng)量交換液體以此為主氣體以此為主一、粘性及其表現(xiàn)（續(xù)）14第四節(jié)流體的粘性二、牛頓內(nèi)摩擦定律(N/m2)

15第四節(jié)流體的粘性二、牛頓內(nèi)摩擦定律（續(xù)）16第四節(jié)流體的粘性二、牛頓內(nèi)摩擦定律（續(xù)）⑴粘性切應(yīng)力與速度梯度成正比；(2)粘性切應(yīng)力與角變形速率成正比；(3)比例系數(shù)稱動(dòng)力粘度，簡稱粘度。17第四節(jié)流體的粘性三、粘性的度量－動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度動(dòng)力粘度運(yùn)動(dòng)粘度溫度對流體粘度的影響？動(dòng)力粘度越大，說明流動(dòng)阻力越大；運(yùn)動(dòng)粘度越大，說明流動(dòng)性好。18第四節(jié)流體的粘性三、粘性的度量－恩氏粘度

°E=t/t0

ν=(0.0732°E-0.0631/°E)×10-4(m2/s)理想流體，牛頓流體19第四節(jié)流體的粘性

例1－2相距為h=10mm的兩固定平板間充滿動(dòng)力粘度μ=1.49Pa·s的甘油，若兩板間甘油的速度分布為u=4000y(h-y)，則

(1)若上板的面積A=0.2m2，求使上板固定不動(dòng)所需的水平作用力F；

(2)求y=h/3和2h/3處的內(nèi)摩擦應(yīng)力，

并說明正負(fù)號(hào)的意義。

解：(1)τ=μdu/dy=4000μ(h-2y)設(shè)上板處流體所受的內(nèi)摩擦應(yīng)力為τ0，則上板所受的內(nèi)摩擦應(yīng)力τ0′=-τ0，F(xiàn)=-Aτ0=-0.2×4000×1.49×(0.01-2×0.01)=11.92(N)(方向如圖示)

20第四節(jié)流體的粘性

例1－2相距為h=10mm的兩固定平板間充滿動(dòng)力粘度μ=1.49Pa·s的甘油，若兩板間甘油的速度分布為u=4000y(h-y)，則

(1)若上板的面積A=0.2m2，求使上板固定不動(dòng)所需的水平作用力F；

(2)求y=h/3和2h/3處的內(nèi)摩擦應(yīng)力，

并說明正負(fù)號(hào)的意義。

解：(2)y=h/3時(shí)，τ=4000×1.49×(0.01-2×0.01/3)=19.9

(N/m2)y=2/3h時(shí)，τ=4000×1.49×(0.01-4×0.01/3)=-19.9(N/m2)y=h/3y=2/321補(bǔ)充例題1圖示油缸尺寸為d=12cm，l＝14cm，δ=0.02cm，所充油的μ=0.65×10-1Pa·s。試求當(dāng)活塞以速度v=0.5m/s運(yùn)動(dòng)時(shí)所需拉力F為多少？