第一章流体的力学性质.pptVIP

概述 流体力学是研究流体受力及其宏观运动规律的一门学科，既有基础学科的性质，又有应用学科的特点，而“工程流体力学”更侧重于后者，也就是工程应用上。 作为“过程装备与控制工程”专业的核心课程之一，“工程流体力学”课程的任务是使学生掌握流体力学的基本的概念、基本原理、基本方法及在工程实际问题中的应用，从而为分析研究过程装备中流体流动规律及传递过程做准备，为设计开发新型高效的过程装备奠定必备的基础。 1 流体的力学性质 要求： 掌握：流体概念、流体性质、牛顿内摩擦定律、拉普拉斯公式。 熟悉：拉普拉斯公式的推导过程；毛细管现象。 了解：牛顿流体；非牛顿流体。 1.1 流体的特征及连续介质模型 1.1.1 流体的特征 根据现代科学的观点，物质可分为五种状态即：固态、液态、气态、等离子态和凝聚态。固体具有特定的形状和一定的刚度，是一种不能流动的物质。而液体和气体则没有固定的形状，在切应力作用下将产生连续不断的变形——流动。通常称液体和气体为流体。 流体和固体对剪切力的反映不同。如下图所示。 1.1.2 流体质点的概念 在流体中任意取一体积为△V 的微元，其质量为△m，其平均密度为： 1.1.3 流体的连续介质模型 流体微团（也称为流体质点），由足够数量的分子组成，连续充满它所占据的空间，彼此间无任何间隙。——这就是1753年由欧拉首先建立的连续介质模型。 基于流体质点的概念，流体的连续介质的模型有如下的基本假设： a.质量分布连续 b.运动连续 c.内应力连续 上述基本假说，具有非常重要的意义。流体物性和运动参数物理量被表示成连续函数，意味着大量的数学方法特别是微分方程可以引用到流体力学中来。 1.2 流体的主要物理性质 1.2.1 流动性 流体的流动性：流体没有固定的形状，其形状取决于限制它的固体边界；流体各个部分之间很容易发生相对运动，这就是流体的流动性。 运动流体：受到剪切应力的作用发生了连续变形的流体就称之为运动流体。 静止流体：不受剪切应力的流体就不发生变形，称之为静止流体。 流体中存在切应力是流体处于运动状态的充分必要条件。 1.2.2 可压缩性及膨胀性 思考题：βp的符号？βp值大小不同，流体的可 压缩性有何不同？ b、体积弹性模量表示法（即βp的倒数用Ev表示）。 流体可膨胀性表示法： 当压强保持不变时，单位温升所引起的体积变 化率称为体积膨胀系数,即： 1.2.3 可压缩流体和不可压缩流体 通常情况下，视液体为不可压缩流体，即密度为常数。但在某些特殊场合，如水击现象，则必须考虑液体的可压缩性才能得出合理的结果。 通常视气体为可压缩流体，特别在流速较高时，压强变化较大的场合，必须将其密度视为变量。但在流速不高时，压强变化较小的场合，可忽略其可压缩性，视为不可压缩性流体。例如：在标准状态下，当气体的流速为102m/s（Ma=0.3）时，不考虑压缩性所引起的计算相关误差为2.3%，这在工程上是允许的。通风机中空气的流速小，压强变化也不大，可视为不可压缩流体。 1.2.4 流体的粘性 1.2.4.1 粘性的概念及粘性内摩擦力产生的原因 首先观察一个简单的实验，如图所示： 粘性内摩擦力产生的原因： （1） 由于分子间的吸引力，如图(a)所示。 （2） 由于分子不规则运动的动量交换，如图(b)所示。 思考题 1.什么是流体？ 2.流体的物理性质有哪些？ 3.流体的连续介质的模型有哪些基本假设？ 4.所有液体都可视为不可压缩流体，气体可视为可压缩流体，这种说法对吗？ 5.静止时血液比水粘性大，对吗？ 6.粘性达到一定值时，流体内摩擦力会完全阻碍流体层间的相对滑动，对吗？ 7.为了研究方便，流体质点可以取得无限小，对吗？ 1.2.4 表面张力 定义：液体自