流体的基本性质.pptVIP

第一节 流体的连续介质假说 第二节 流体的主要性质 第四节 表面张力 * * * * 第一章 流体的性质 工程流体力学 由大量分子组成，分子之间具有一定的空隙。 在微观上，流体不是连续的。 真实的流体 流体力学研究的实质 不关心个别分子的微观运动细节，而在于宏观运动(大量分子运动的结果)。在宏观上足够小的流体微团里包含足够多的分子。如标准状态下： 1mm3的气体中含有2.7×1016个分子； 1mm3的液体中含有3×1019个分子。 故，微观上足够大，宏观上足够小的微体积（流体微团），含有足够多的分子，可作为流体质点，即忽略分子间距，认为流体是连续介质——流体的连续介质假说。 流体的流动性：流体的抗拉能力极弱，抗切能力也很微小，静止时不能承受切力，只要受到切力的作用，不管切力怎样微小，流体都要发生不断变形，各质点间发生相对运动。 利用流体的流动性，表现出多种用途。如管道输送，供热、供冷工作介质等。 也有几种与流动有关的区别于固体的物理性质。 流动性 一 惯性、密度及重度 1 惯性 惯性：物体维持原有运动状态的能力的性质。 惯性力： 2 密度 密度：单位体积内流体的质量。 均质流体： 单位：kg/m3 非均质流体（某点的密度）： 3 重度/容重 重度/容重：单位体积所具有的重量，即作用在单位体积流体上的重力。 均质流体： 单位：N/m3 非均质流体（某点的密度）： 密度与容重的关系 4 比容 比容：流体密度的倒数。即单位质量流体所占的体积。 符号：v 单位：m3/kg 二 液体的压缩性和热胀性 引起流体密度变化的原因： 1 压缩性 流体在压力作用下，会发生体积压缩变形，同时其内部将产生一种企图恢复原状的内力，在除去内力后能恢复原状。 1）定义：在一定温度下，压力变化引起的密度变化率。 2）表征：压缩系数 符号：β 单位：m2/N 物理意义：压力增量引起的流体体积（或密度）的变化率（dp与dρ符号相同，与dV相反） 温度、压力 3）弹性模量 压缩系数的倒数 符号：Ev 单位：N/m2 物理意义：单位流体体积减小量所需要的压力。 理解： 压缩相同的程度所需要的压力 不易压缩 压缩相同的程度所需要的压力 易压缩 2 热胀性 在受热情况下，体积膨胀，密度减小，温度下降则恢复原状。 1）定义：一定压力下，流体的体积随温度升高而增大的性质。 2）表征：热胀系数 符号：α 单位：1/K 物理意义：压力保持不变时，温度升高1K引起的流体体积或密度的相对增加量。（dT与dρ符号相反，与dV相同） 液体热胀性的实际意义：自然对流，热水上升，冷水下降。 3 密度的变化 密度受压力和温度的影响，两者同时变化是密度如何变？ （1.2） 液体的压缩性和热胀性较小，气体较大。 三 气体的压缩性和热胀性/理想气体状态方程 或 p——气体绝对压力； R——气体常数；对于空气，R＝287J/(kg.K) T——气体的热力学温度，K ρ——气体的密度，kg/m3 v——气体的比容，m3/kg 四 可压缩流体与不可压缩流体 1 压力和温度的变化都会引起流体密度的变化，即任何流体都是可压缩流体，只是程度不同。 流体的压缩性是流体的基本属性 2 区别：液体的压缩性很小，工程上通常可忽略压缩性的影响；气体的压缩性很大，压力和温度的变化都能显著改变气体体积。故通常把气体看成可压缩流体，而液体是不可压缩流体。 3 两者的区分不是绝对的。在某些场合应将液体作为可压缩流体处理，而将气体作为不可压缩流体处理。 如：产生水击现象时，水为可压缩流体；流速很小时，气体为不可压缩（因密度变化很小） 采用的判断方法：流体密度的变化率3％～5％时，可视为不可压缩流体。 五 粘性（*） 1 流体的粘性 流体流动时，流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力，以抵抗其相对运动的性质。 各种流体都具有粘性，但大小不同。 由于流体的粘性，在流体的流层之间产生阻碍其流动的作用力，称为内摩擦力或粘性力。 无摩擦？ 粘性力成对出现，大小相等、方向相反，以阻碍流体的相对运动。 搅动水流；低于0℃流动的水不结冰。 原因？ 粘性产生的原因？ 1 分子相互作用力； 2 流层间分子的动量交换。 无摩擦？ 2 牛顿内摩擦定律（用于定义粘性力） 上平板受到向右的拉力为F，受到流体的粘性力大小为F，方向向左。 A y x 0 δ F, uo 上平板在力F的作用下以速度u0运动 如平板浮于水面上，不考虑平板厚度 下平板静止 影