流体的基本性质.ppt

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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

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