流体力学流体特性.ppt

1.1 流体的力学特性和连续介质模型 一、流体的力学特性 1.1 流体的力学特性和连续介质模型 二、连续介质模型 1.3 流体的压缩性和膨胀性 * 在剪切力停止作用时，流体不作任何恢复变形； ▲ 在流体内部压强可向任何方向传递； ▲ 在一定条件下流体内部可形成超乎想象的复杂结构。 ▲ 在剪切力持续作用下，流体能产生无限大的变形 流体的力学定义是：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。 流体与固体在宏观力学行为方面的主要差异是流体具有易变形性 易变形性表现在 任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形。 1 流体质点概念 (2) 将临界体积范围内的分子平均特性赋于此点。 2 连续介质假设： 假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。 (1) 无线性尺度、无热运动的点 不研究复杂的分子运动，而着眼于宏观运动 介质连续，可引用数学方法 好处 x 0 y z ·P ?v ? ?v* ?v 分子效应 连续介质 3、应用限制： 分子自由程/几何尺寸《0.01 足够小的体积含有足够多的分子 1.2 作用在流体上的力 1 作用力的分类 （1）质量力（体积力） 重力 惯性力 电磁力 流体力学 单位质量流体的质量力 （2）表面力 将 分解为法向 和切向 即压强 （理想或静止流体） 一、流体的压缩性 一定温度下升高一个单位压强时，体积的相对缩小量 ： 弹性模量E：Pa 二、膨胀性 一定压强下，温度升高1个单位时体积的相对增加量。 温度膨胀系数 1.4 流体的粘性 1. 流体粘性及内摩擦概念 牛顿在《自然哲学的数学原理》指出： 相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。 ? 流体粘性形成原因: (1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成 (2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成 2 牛顿内摩擦定律 牛顿在《自然哲学的数学原理》中假设：“流体两部分由于缺乏润滑而引起的阻力，同这两部分彼此分开的速度成正比”。粘性切应力为： 上式称为牛顿内摩擦定律，它表明： ⑴粘性切应力与速度梯度成正比； ⑵粘性切应力与接触面积成正比； ⑶与流体物性无关； (4)与接触面压强无关。 牛顿流体和非牛顿流体 速度梯度＝角变形速度 3 粘度 1）动力粘度 μ 粘度的单位是Pa?s(帕秒）或 kg/m?s ? 温度对流体粘度的影响很大 气体：T升高，μ增加，气体粘性由分子不规则热运动产生； 液体： T升高，μ减小，液体粘性由分子内聚力产生。 理想流体和非理想流体 粘度 2）运动粘度 常温常压下，水和空气的粘度系数分别为 运动粘度的单位是 水： 空气： 例：套筒固定，轴均匀旋转，其间隙充满油液，求施于轴上的扭矩。?油=900kg/m3；?油=2?10?5m2/s；?=150s-1；D=100 mm；d=99.5 mm；L=120mm。 解：轴表面? 处处相等，切应力产生阻力矩。 =0.5??油?油??d3L?/(D-d） =1.0Nm q = ?油=900kg/m3, ?油= 2?10?5m2/s, ?=150s-1 D=100 mm；d=99.5 mm；L=120mm