流体动力学第一章绪论.ppt

* 第一章 绪论 由于运动流体内部存在摩擦力，于是流体在运动过程中为克服内摩擦力就要不断消耗流体的能量，所以说粘性是引起流体运动能量损失的根源，因此在分析和研究流体运动中流体的粘性占有很重要的地位。 §1.2 流体的主要物理力学性质 由于内摩擦力与作用面平行，故称故称为切力，用切应力表示，记作 ，（单位用Pa， ） 应指出，粘性对流体运动的影响极为重要。 第一章 绪论 实验表明，相邻流层接触面的单位面积上所产生的 二、牛顿内摩擦定律 引入比例系数为 式中， 为动力粘度，简称粘度。 为流速梯度。 上式即为牛顿内摩擦定律，它可表述为：作层流做运动的流体，相邻流层间单位面积上所作用的内摩擦力，与流速梯度成正比，与流体的性质有关。 内摩擦力，即切应力存在 §1.2 流体的主要物理力学性质 第一章 绪论 ⑴粘性切应力与速度梯度成正比； (2)粘性切应力与角变形速率成正比； (3)比例系数 称动力粘度，简称粘度。 C D B A d? b a dy dudt 牛顿内摩擦定律表明： (4)运动粘度 §1.2 流体的主要物理力学性质 观看录像演示 第一章 绪论 温度对流体粘度的影响很大，压强对流体粘度的影响不大，一般忽略不计。 粘度的影响因素 T（℃） (10-3Pa·s) (10-6m2/s) T（℃） (10-3Pa·s) (10-6m2/s) 0 1.792 1.792 40 0.656 0.661 5 1.519 1.519 45 0.599 0.605 10 1.308 1.308 50 0.549 0.556 15 1.140 1.140 60 0.469 0.477 20 1.005 1.007 70 0.406 0.415 25 0.894 0.897 80 0.357 0.367 30 0.801 0.804 90 0.317 0.328 35 0.723 0.727 100 0.284 0.296 §1.2 流体的主要物理力学性质 水的粘度随温度的变化 第一章 绪论 温度对流体粘度的影响很大 温度 压强对流体粘度的影响不大，一般忽略不计 液体：分子内聚力是产生粘度的主要因素。 温度↑→分子间距↑→分子吸引力↓→内摩擦力↓→粘度↓ 气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。 温度↑→分子热运动↑→动量交换↑→内摩擦力↑→粘度↑ 粘度的影响因素 §1.2 流体的主要物理力学性质 第一章 绪论 三、牛顿流体和非牛顿流体 1.牛顿流体 2.非牛顿流体 符合牛顿内摩擦定律的流体 如水、空气、汽油和水银等 不符合牛顿内摩擦定律的流体 如泥浆、血浆、新拌水泥砂浆、新拌混凝土等。 §1.2 流体的主要物理力学性质 第一章 绪论 例题1：一平板在油面上做水平运动（如图所示），已知平板的运动速度为u=40cm/s，油层的厚度δ=5mm，油的动力粘度μ=0.1Pa·s，求作用在平板上的切应力。 解： 因为油层的厚度δ很小，流层的流线分布可近似看做直线分布，即 由牛顿内摩擦定律 §1.2 流体的主要物理力学性质 第一章 绪论 压缩性用体积压缩系数表示。 §1.2.4 压缩性及膨胀性 压缩性：指流体受压,体积缩小,密度增大,除去外力后能恢复原状的性质 膨胀性：指流体受热,体积膨胀,密度减小,温度下降后能恢复原状的性质 1.压缩性 体积压缩系数指恒温下液体体积的相对缩小值与压强增值之比。 压强增大时体积缩小，所以加一个负号来确保压缩率为正值。 §1.2 流体的主要物理力学性质 一、液体的压缩性及膨胀性 第一章 绪论 流体压缩时其质量并不改变，故 故 所谓弹性模量E，乃体积压缩系数的倒数，即 水的压缩性和膨胀性很小，在一般情况下可忽略不计，只有在某些特殊情况下，如水管阀门突然关闭时所发生的水击现象，自然循环的热水采暖系统等问题时，才需考虑其水的压缩性和膨胀性。 §1.2 流体的主要物理力学性质 2.膨胀性 膨胀性用体积膨胀系数表示，在一定压强下，单位温升所引起的体积变化率。 第一章 绪论 气体具有明显的压缩性和膨胀性。常用气体的密度、压强和温度三者之间的关系，相当符合理想气体状态方程，即 式中，p---为气体的绝对压强； T---为气体热力学温度； R---为气体常数，空气的气体常数是287J/（kg·K）。 §1.2 流体的主要物理力学性质 二、气体的压缩性及膨胀性 观看录像演示 第一章 绪论 §1.2.5 表面张力特性 一、液体的表面张力 1. 表面张力现象 水滴悬在水龙头出口而不滴落； 细管中的液体自动上升或下降一个高度（毛细管现象）； 铁