《工程流体力学》第2章 流体的主要物理性质.ppt

湖南科技大学工程流体力学

第二章流体的基本概念§2-1流体连续介质模型流体的概念易于流动的物体统称为流体，流体分为液体和气体流体的基本特性第一，由大量分子组成；第二，分子不断做随机热运动；第三，分子与分子之间存在着分子力的作用。流体和固体的差别主要在于它们对剪应力的承受能力不同。固体能够产生一定的变形来承受剪应力，流体则不能。流体中的液体和气体之间也有差别，由于力学性能，其二者差别在于它们的可压缩程度不同。连续介质模型（ContinuousMediumModel）从微观结构上来看，流体分子自然有一定的形状，因而分子与分子之间必然存在着一定的间隙，因此流体的物理量在空间上不是连续分布的。但是对于研究宏观规律的流体力学来说，一般不需要探讨分子的微观结构，因而必须对流体的物理实体加以模型化，使之更适于研究大量分子的统计平均特性、更利于找出流体运动或平衡的宏观规律。流体质点和连续介质的概念就是流体力学学科中必需引用的理论模型。流体质点：流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。流体质点的特点（1）流体质点无线尺度，只作平移运动，无变形运动；（2）流体质点不作随机热运动，只在外力作用下作宏观运动；（3）将以流体质点为中心的周围临界体积范围内流体分子相关特性的统计平均值作为流体质点的物理量值；（4）质点具有压强，这压强所包含分子热运动互相碰撞从而在单位面积上产生的压力的统计平均值。此外，流体质点也具有密度流速、动量动能、内能等宏观物理量，这些物理量的统计平均概念亦均类似；（5）流体质点的形状可以任意划定，质点和质点之间可以完全没有空隙，流体所在的空间中，质点紧密相接不断，无所不在，从而引出连续介质的概念。连续介质模型可以简单表述为：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。引入连续介质模型后，可将不连续的流体介质看做连续的，以便于使用连续函数的各种运算。而且不用去追究复杂的分子运动，只把质点（微团）作为研究对象。需要注意，在研究飞船、卫星在高空（如在100km以上高空中）飞行的稀薄气体力学问题时，分子间的距离很大，这时稀薄气体效应显著起来，如再采用连续介质假设便不妥当了。§2-2流体的物理性质一、流体的密度、比体积和相对密度1.密度（Density）指单位体积所具有流体的质量，表示流体密集的程度，以表示。对于非均质流体：对于均质流体：标准状态下的纯水：2.比体积（SpecificVolume）单位质量流体所占有的体积称为比体积v。比体积通常多用于气体计算3.相对密度（比密度）（SpecificDensity）某流体相对密度d定义为注：（1）旧标准中的重度在SI制中不采用，以替代。（2）温度和压强的函数二、流体的易变形性流体不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势（体积保持不变）。或者说，在剪切力（不论有多小）作用下，流体发生连续剪切变形，直至剪切力停止作用为止。连续剪切变形就是通常所说的“流动”。流体的易变形性是流体的决定性宏观力学特征，它决定了流体的各种力学行为。流体剪力示意图三、流体的粘性流体抵抗自身变形（或抵抗微团彼此相对运动）的性质称为粘性。粘性的概念和产生的原因粘性的实质：流体内摩擦力。粘性的特点：只有当流体有相对流动时才表现出来粘性产生的原因：1.流体分子间的引力2.分子不规则运动的动量交换液体粘性产生原因主要是1，而气体主要是2.牛顿内摩擦定律1686年牛顿（Newton）采用图示的实验得出了液体粘性摩擦力的规律。总结出切应力和关系为上式即为牛顿内摩擦定律。注（1）当（2）为比例系数，取决于流体种类等因素，称为动力粘度。（3）为常数的流体即遵从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，否则为非牛顿流体。粘性的表示方法1.动力粘度（绝对粘度）动力粘度又称为动力粘滞系数。定义式与其他单位制换算关系2.运动粘度定义式与其他单位制换算关系相对粘度（条件粘度）E我国采用恩式粘度计，用比较法测得式中：换算公式压强