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。能夠流動的物質(zhì)稱為流體。流動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——流動性(續(xù))液體與氣體的區(qū)別液體的流動性小于氣體；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

流體在靜止時不能承受剪切力，抵抗剪切變形。流體只有在運動狀態(tài)下，當(dāng)流體質(zhì)點之間有相對運動時，才能抵抗剪切變形。只要有剪切力的作用，流體就不會靜止下來，發(fā)生連續(xù)變形而流動。作用在流體上的剪切力不論多么微小，只要有足夠的時間，便能產(chǎn)生任意大的變形。運動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動的隨機性使得流體的各物理量在時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大于流體的分子平均自由程時，可將流體視為在時間和空間連續(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)流體的概念個分子

1mm3空氣(1個大氣壓，00C)宏觀（流體力學(xué)處理問題的尺度）上看，流體質(zhì)點足夠小，只占據(jù)一個空間幾何點，體積趨于零。微觀（分子自由程的尺度）上看，流體質(zhì)點是一個足夠大的分子團，包含了足夠多的流體分子，以致于對這些分子行為的統(tǒng)計平均值將是穩(wěn)定的，作為表征流體物理特性和運動要素的物理量定義在流體質(zhì)點上。流體質(zhì)點概念二、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)點的運動過程是連續(xù)的；表征流體的一切特性可看成是時間和空間連續(xù)分布的函數(shù)流體介質(zhì)是由連續(xù)的流體質(zhì)點所組成，流體質(zhì)點占

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行血液在毛細血管中的流動二、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，初始壓力為2×106Pa。當(dāng)壓力增至6×106Pa時，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)運動流體內(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)摩擦力物理機理①分子間的吸引力②分子運動引起流體層間的動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)稱動力粘度，簡稱粘度。17第四節(jié)流體的粘性三、粘性的度量－動力粘度和運動粘度動力粘度運動粘度溫度對流體粘度的影響？動力粘度越大，說明流動阻力越大；運動粘度越大，說明流動性好。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，

并說明正負號的意義。

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，

并說明正負號的意義。

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

(N/m2)y=2/3h時，τ=4000×1.49×(0.01-4×0.01/3)=-19.9(N/m2)y=h/3y=2/321補充例題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運動時所需拉力F為多少？