2.2流体粘性.ppt.ppt

2.2流体的粘性 viscosity 2.2流体的粘性 2.2.1粘性,理想流体 2.2.2牛顿内摩擦定律 2.2.3牛顿流体和非牛顿流体 牛顿实验 两无限大平行平板之间充满了静止的液体。将下板固定，对上板施加一恒定外力，使上板以速度v0沿x方向作匀速运动。 牛顿实验 发现：紧靠上板的液体粘附在其表面上而与之以相同的速度v0向前运动；紧靠下板的液体，也因粘附作用而与下板一起保持不动，而两板之间的液体，则由于粘滞作用，从上到下速度逐渐由大变小，直至为零。 2.2.1粘性,理想流体 粘性: 流体所具有这种抵抗两层流体相对滑动速度,或普遍讲抵抗变形的性质叫做粘性。 粘性应力: 流体在运动时,对相邻两层流体间的相对运动,即相对滑动速度有抵抗作用,这种抵抗力称为粘性应力。 粘性产生的原因 两板间的流体可以看作分成了无数个平行于平板的流体层，层与层之间存在着速度差。 由于流体分子间存在吸引力，速度较快的流体层会拖着慢层向前运动。 速度较快的流体层中的流体，其在x方向的动量也大，该层流体分子中的一部分由于无规则热运动进入速度较慢的流体层，通过碰撞将动量传递给后者，使其产生一个加速力； 粘性产生的原因 同时，运动较慢的流体层亦有同样数量分子进入运动较快的流体层，而对后者产生一个大小相等、方向相反的减速力。 这种传递一层一层进行，直至壁面。流体向壁面传递动量的结果是产生了壁面处的摩擦力。 归纳如下： 产生粘性的物理原因: 流体的粘性是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的 分子间吸引力：分子间相互拖动(或称为内聚力)。 分子不规则运动：分子迁移(引起分子动量交换)。 对于气体： 分子活动空间大，主要是不规则运动引起分子团间相互掺混； 对于液体： 分子间吸引力起主要作用，阻碍分子离开瞬时形成的平衡位置。 2.2.1. 理想流体 理想流体: 当流体的粘性很小时,或运动的相对速度不大时,所产的粘性力与其他类型的力相比可忽略不计,可以把流体看成是无粘的,叫做理想流体。 完全气体和理想气体 完全气体(perfect gas)是就气体是否满足完全气体状态方程来讲的。实际气体不能严格满足气体状态方程。 理想气体(ideal gas)相对于粘性而言。 2.2.2牛顿内摩擦定律 牛顿摩擦力定律： 流体相对运动时所引起的摩擦力： 与两层流体的速度梯度成正比； 与两层流体的接触面积成正比； 与流体物性有关：粘性系数? 2.2.2牛顿内摩擦定律 写成剪应力形式： 2.2.2粘性系数 粘度?： 又称动力粘度、绝对粘度、动力粘性系数，是反映流体粘滞性大小的系数，单位：N?s/m2（ Pa.s ）。??? 运动粘度?： ? =?/? 又称相对粘度、运动粘性系数。单位： m2/s 2.2.2粘性系数 粘度的影响因素：??? 流体粘度?的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。????? 1）流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。 比如，常温、常压下水的粘性系数为1.01E-3Pa.s，空气为1.8E-5Pa.s?。 2）压强。对常见的流体，如水、气体等，?值随压强的变化不大，一般可忽略不计。 2.2.2粘性系数 3）温度是影响粘度的主要因素。 当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。??????? a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以粘性系数值减小。??????? b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以粘性系数值增加。 2.2.3非牛顿流体 牛顿流体。 凡是剪应力与速度梯度不符合牛顿粘性定律(或讲不符合正比关系)的流体均称为非牛顿型流体。 一般地，浓稠的悬浮液、乳浊液、泥浆、长链聚合物溶液、生物流体、液体食品、涂料以及混凝土混合物等，均为非牛顿型流体。非牛顿型流体的剪应力与速度梯度成曲线关系，或者成不过原点的直线关系. 剪切力和速度梯度的关系 2.2.3非牛顿流体 按照粘性系数与时间的关系,非牛顿型流体可以分为三大类： 第一类是流体的剪应力与速度梯度间的关系不随时间而变，但不满足正比关系。 2.2.3非牛顿流体 第二类是流体的剪应力与速度梯度间的关系与时间有关，但为非弹性的，这类流体的现时性质与它最近的过去受过什么样的作用有关。例如番茄酱放着不动，会倒不出来，然而，一瓶刚刚摇过的番茄酱就容易倒出来。 2.2.3非牛顿流体 第三类是粘弹性非牛顿流体，这类流体兼有固体的弹性与流体的流动特性，应力除去后其变形能够部分地恢复。例如，面团受挤压通过小孔而成条状后，每条的截面积略大于孔面积。 固体推进剂是典型的粘弹性体。 思考题 粘性流体在静止时有没