2流体的物理性质.ppt

* * * * 第一章、流体的物理性质 2-1 流体主要物理性质 2-2 作用于流体上的力 §2-1 流体主要物理性质 定义：单位体积流体所具有的质量 用符号ρ来表示。 单位：kg/m3 均质流体： 非均质流体： 常见流体的密度： 水——1000 kg/m3 空气——1.23 kg/m3 流体重要属性，表征流体在空间某点质量的密集程度。 一.惯性 1.以密度ρ来衡量 不可压缩流体：流体密度随温度、压强变化很小的流体。 不可压流体： 可压缩流体： 2、不可压缩流体和可压缩流体 严格地说，不存在完全不可压缩的流体。 气体对物体流动的相对速度比声速要小得多时，气体的密度变化也很小，可以近似地看成是常数，也可当作不可压缩流体处理。 一般情况下的液体都可视为不可压缩流体，管路中压降较大时，应作为可压缩流体（发生水下爆炸）。 二 .可压缩性 二.压缩性-流体在质量不变时，由于压力的改变而使其体积改变的性质 压强增大使体积减小的性质 单位：m2/N，Pa-1 可压缩流体 不可压缩流体 ：密度ρ为变量，即ρ=ρ (x,y,z,t) ：密度ρ为常数，即ρ=C 注：通常情况下，液体为不可压缩流体，气体为可压缩流体。 压缩系数： 在一定的温度下，单位压强所引起的流体体积的相对缩小量 特 例 水击现象,液压冲击,水中爆炸波的传播等问题。 在低温,低压,低速条件下,隧道施工,运营通风,气体输送,烟道流动等问题。 ------ 液体为可压缩流体 ------ 气体为不可压缩流体 牛顿在《自然哲学的数学原理》(1687)中指出： 相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。 ? 库仑实验(1784) 库仑用液体内悬吊圆盘摆动实验证实流体存在内摩擦。 三.粘性 ① 分子间的内聚力 ② 分子运动引起流体层间的动量交换 两层液体之间的粘性力 两层气体之间的粘性力 形成牛顿 内摩擦力 物理机理 壁面不滑移假设 由于流体的易变形性，流体与固壁可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固壁上的流体质点与固壁一起运动。 壁面不滑移假设已获得大量实验证实，被称为壁面不滑移条件。 库仑实验间接地验证了壁面不滑移假设 ? 粘性定义 流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力 （内力/粘性力）以反抗相对运动的性质 ? 粘性特性 粘性是流体抵抗变形的能力， 是流体的固有属性， 是运动流体产生机械能损失的根源 三、流体的粘性 1、流体的粘性 定义：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，产生阻抗相对运动的切向阻力的性质。 理想流体和粘性流体 1686年 流体粘性 粘性 《自然哲学的数学原理》 牛顿内摩擦定律 牛顿：英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。 2.粘度的表示方法 μ ——动力粘性系数，Pa·s ν ——运动粘性系数，m2/s 反映流体粘滞性大小的系数 四、影响粘度的因素 液体　吸引力　T↑　μ↓ 气体　热运动　T↑　μ↑ 拉力T与接触面积A、速度梯度 成正比，即 或 上两式均称为牛顿内摩擦阻力定律。 牛顿内摩擦定律 实验测得： 剪应力 剪应力的大小与流体的粘性和速度梯度成正比，满足上式的为牛顿流体 牛顿内摩擦阻力定律适用于空气、水、石油等大多数流体。 凡符合这一定律的流体称为牛顿流体，不符合的流体为非牛顿流体。 流变图（流变曲线） 理想流体 （无粘性流体）: τ=0 实际流体 （粘性流体） : τ?0 牛顿内摩擦阻力定律 当h很小时，阻力定律可写为 ，即速度为线性分布。 速度分布图形不同时，剪应力τ分布也不同。 抛物线分布 u 直线分布 u 随着温度升高，液体的粘性系数下降；气体的粘性系数上升。 今后在谈及粘性系数时一定指明当时的温度。 运动粘性系数 具有运动学量纲。 注意 二.粘性 与接触面的面积A成正比 与流体的种类有关 与接触面上压强P 无关 内摩擦力 F 与垂直于流动方向的速度梯度du/dy成正比 F —流体层接触面上的内摩擦力，N； A—流体层间的接触面积，m2； du/dy—垂直于流动方向上的速度梯度，1/s； μ —动力黏度，Pa·s。 牛顿内摩擦定律 流 体 分 类 §2-2 作用于流体上的力 作用在流体上的力可以分为两大类，表面力和质量力。 一、表面力 定义： 两个分力 与流体表面相切的切向力T-剪应力 特点： 分离体以外的流体通过接触面作用在流体上的力，其大小与作用面积成正比 通过接触面产生的力 与面积成正比