工程流体力学（承德） 1.2流体的主要物理性质 1.2流体的密度与黏滞性.ppt

1.2 流体的主要物理性质 1.2.1 流体的密度 流体单位体积内所具有的质量 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 水银——136000 kg/m3 1.2 流体的主要物理性质 1.2.1 流体的密度 液体相对密度：液体的密度与标准大气压下、温度为4℃时的纯水密度之比。 气体相对密度：气体密度与标准大气压下、温度为0 ℃时的空气密度之比。 * 1.2.2 流体的黏滞性 黏性能够直观地反映流体是否容易流动 * 流体的黏性表现在相邻两层流体做相对运动时有内摩擦作用。流体内摩擦的概念最早由牛顿 (I.Newton, 1686)提出。 1.2.2 流体的黏滞性 牛顿的平板实验 实验装置：2块平板，平板间充满流体。 实验过程：用力拉动液面上的平板，直 到平板匀速前进。 实验参数：上平板面积 A，2平板间距 h 平板运动速度 U，拉力 F。 实验结果：(1) 拉力 F 与平板面积 A 成正比； (2) 拉力 F 与平板速度 U 成正比； (3) 拉力 F 与平板间的距离 h 成反比。 引入比例系数 μ，则上式可写成： 1.2.2 流体的黏滞性 1.2.2 流体的黏滞性 由于上平板是匀速运动，故平板在水平方向所受的流体内摩擦力等于拉动平板的力。 上式中，μ 称为流体的动力粘度，简称粘度，单位 Pa·s。 粘度与流体的种类、温度和压强有关。 粘度是流体的固有属性。 上式中，U/h 表示在垂直于流速的方向上单位长度的速度增量，即流速在其法线方向上的变化率，称为速度梯度。 牛顿的平板实验 1.2.2 流体的黏滞性 一、牛顿内摩擦定律 将牛顿平板实验的结果推广到任意速度分布的流体中。 y u y+dy u+du U = (u+du) – u = du h = (y+dy) – y = dy T —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 1.2.2 流体的黏滞性 运动粘度 工程上，常用动力粘度 μ 和流体密度 ρ 的比值来表示粘度，称为流体的运动粘度，单位是 m2/s。 1.2.2 流体的黏滞性 用勺子搅拌咖啡，杯子内的咖啡被带动做整体旋转运动。把勺子取出后，咖啡旋转速度逐渐减小，直至静止。 这是为什么呢？ 二、牛顿内摩擦定律的生活应用 1.2.2 流体的黏滞性 固体不易变形，因此立刻跟随外壳一起旋转。液体易变形，即使外壳旋转了，液体也不会立刻跟随转动（流体层间的内摩擦力阻碍其运动）。相反，一旦旋转起来，外壳瞬间停止转动时，由于惯性作用，液体依然会继续旋转。 二、牛顿内摩擦定律的生活应用 1.2.2 流体的黏滞性 这是利用了水是流体，可以自由变形的性质，水箱内的水会向风引起晃动的相反方向运动，进而阻止楼顶震动。 二、牛顿内摩擦定律的生活应用 1.2.2 流体的黏滞性 三、牛顿内摩擦定律的计算 例题如图所示，气缸内径D1=0.2m，活塞外径D2=0.182m，活塞长度L=0.1m，活塞与气缸壁的间隙中，充满黏度μ=0.2Pa.s的润滑油，当活塞运动速度为v=2m/s时，活塞上所受的摩擦力T=？ 1.2.2 流体的黏滞性 三、牛顿内摩擦定律的计算 解： μ=0.2Pa.s A=πD2L du/dy=v/h=v/(r1-r2） * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *