流体主要物理性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1工程流体力学第一章第一章 流体主要物理性质流体主要物理性质 主讲：邓晓刚 单位：机械工程学院机械电子教研室1第1页2在研究流体静止和运动之前，首先要了解流体内在属性，即流体物理性质。包含密度、压缩性、膨胀性、粘性等。其中，粘性是流体物理性质中最主要特征。序言2第2页3第一节 流体概念凡是没有固定形状易于流动物质就叫流体。即液体和气体。流体与固体差异表现为：固体能够承受拉力、压力和切应力，流体却只能承受压力，几乎不能承受拉力，在极小切应力下就会出现连续变形流动。3第3页4流体与固体区分流体与固体区分从微观角度看从微观角度看 流体和其它物体一样，都是由大量不连续分布分流体和其它物体一样，都是由大量不连续分布分子组成，分子间有间隙。子组成，分子间有间隙。从宏观角度看从宏观角度看 流体是在空间和时间上连续分布介质。流体是在空间和时间上连续分布介质。17751775年欧拉在建立流体运动微分方程时，就是采取年欧拉在建立流体运动微分方程时，就是采取连续介质这么一个基本假说，并在实践中得到了证实，连续介质这么一个基本假说，并在实践中得到了证实，该假说合理性。该假说合理性。流体微团（流体质点）：流体微团（流体质点）：宏观上足够小，微观上足够大宏观上足够小，微观上足够大微体积内流体。微体积内流体。4第4页5第二节 流体基本物理性质密度重度相对密度常见密度（在一个标准大气压下）：4时水20时空气5第5页6热膨胀性和可压缩性热膨胀性和可压缩性热膨胀性：热膨胀性：流体体积随温度升高而增大性质。它物理意流体体积随温度升高而增大性质。它物理意义是单位温度改变所引发体积相对改变率。液体热膨胀义是单位温度改变所引发体积相对改变率。液体热膨胀性很小，普通能够忽略不计。气体热膨胀系数为性很小，普通能够忽略不计。气体热膨胀系数为1/273，不可忽略不可忽略压缩性：压缩性：在一定温度下，流体体积随压强升高而降低性质。它物在一定温度下，流体体积随压强升高而降低性质。它物理意义是单位压强改变所引发体积相对改变率。（理意义是单位压强改变所引发体积相对改变率。（Pa-1）体积模量：体积模量：体积压缩率倒数。体积压缩率倒数。6第6页7流体粘性流体粘性 粘性：粘性：在外力作用下，流体微元间出现在外力作用下，流体微元间出现相对运动相对运动时，时，随之产生阻抗相对运动内摩擦力随之产生阻抗相对运动内摩擦力微观机制：微观机制：分子间吸引力、分子不规则运动动量交换分子间吸引力、分子不规则运动动量交换牛顿内摩擦定律：牛顿内摩擦定律：切应力：切应力：数学含义：垂直于流动方向流速梯度。数学含义：垂直于流动方向流速梯度。物理含义：运动流体剪切变形速率。物理含义：运动流体剪切变形速率。7第7页8角变形速度（剪切变形速度）速度梯度物理意义vdt(u+du)dtdudtdyd流体流体与与固体固体在摩擦规律上完全不一样正比于du/dy正比于正压力，与速度无关流体粘性流体粘性dy8第8页9 动力粘度、动力粘度、=/=/运动粘度系数运动粘度系数注意：液体和气体粘度随温度改变规律不一样。注意：液体和气体粘度随温度改变规律不一样。动力粘度和运动粘度动力粘度和运动粘度温度掌握两种粘度单位计量方式9第9页10粘度测量方法绝对粘度 ：毛细管粘度计、旋转粘度计相对粘度 ：恩氏粘度计测定200ml被测液体从恩氏粘度计流出时间200ml，20度纯水从恩氏粘度计流出时间与运动粘度换算关系10第10页11例：汽缸内壁直径例：汽缸内壁直径D D=12=12cmcm，活塞直径，活塞直径d d=11.96=11.96cmcm，活塞长度，活塞长度L L=14=14cmcm，活塞往复运动速度为，活塞往复运动速度为1 1m/sm/s，润滑油，润滑油 =0.1Pa0.1Pass。求。求作用在活塞上粘性力。作用在活塞上粘性力。解：注意：面积、速度梯度取法dDL11第11页12例：旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速例：旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/minn=10r/min。内外筒。内外筒间充入试验液体。内筒间充入试验液体。内筒r r1 1=1.93cm=1.93cm，外筒，外筒 r r2 2=2cm=2cm，内筒高，内筒高h=7cmh=7cm，转轴上扭距，转轴上扭距M=0.0045NM=0.0045Nmm。求该试验液体粘度。求该试验液体粘度。解：注意：1.面积A取法；2.单位统一hnr1r2得解：注意：1.面积A取法；2.单位统一得12第12页13表面张力表面张力：由分子内聚力引发单位：N/m发生在液气接触周界、液固接触周界、不一样液体接发生在液气接触周界、液固接触周界、不一样液体接触周界触周界毛细现象：毛细现象：液固接触液固间附着力大于液体内聚力液固间附着力大于液体内聚力液固间附着力小于液体内聚力液固间附着力小于液体内聚力表面张力和毛细管现象表面张力和毛细管现象思索：水和养分为何能够抵达参天大树枝叶？思索：水和养分为何能够抵达参天大树枝叶？凹上升h凸下降h13第13页14第三节 作用在流体上力流体不论处于运动或平衡状态，都受到各种力作用。按力物理性质不一样来划分，可分为重力、惯性力、弹性力和粘滞力。按力作用方式不一样，可分为：质量力和表面力两种。14第14页15一、质量力一、质量力作用在流体每一质点上，其大小与流体质量成正比：G=mg直线惯性力：I=ma离心惯性力：这三种力都与液体质量m成正比，且都作用在质点中心上，因而称为质量力15第15页16二、表面力二、表面力表面力作用于流体表面上，并与受作用流体表面积成正比。表面力包含外力和内力。垂直与作用面力，称为法向力（压力）；平行与流体作用面，称为切向力（内摩擦力）连续流体中，表面力是在流体表面连续分布力。所以使用单位面积上表面力来表述，称为应力。16第16页17第四节第四节 流体各种模型流体各种模型本节主要介绍几个概念：连续介质理想流体：不考虑粘度、可压缩性、膨胀性等物理性质流体不可压缩流体牛顿流体与非牛顿流体17第17页18牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体与非牛顿流体实际流体（实际流体（0）与理想流体（）与理想流体（=0）牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体服从牛顿内摩擦定律流体（水、大部分轻油、气体等）假塑性流体增加率随dv/dz增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等）塑性流体克服初始应力0后，才与速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂浆、中等浓度悬浮液等）膨胀型流体增加率随dv/dz增大而增加（淀粉糊、挟沙水流）18第18页19本章小结本章小结流体分类：流体分类：本章重点：本章重点：连续介质假设，牛顿内摩擦定律连续介质假设，牛顿内摩擦定律思索题：思索题：1、流体基本特征是什么？2、粘度表示方法以及粘度与温度和压力关系；3、动力粘性系数和运动粘性系数区分和联络是什么？4、什么是流体连续介质模型；为何提出连续介质概念？19第19页20恩氏粘度计恩氏粘度计20第20页21毛细管粘度计和毛细管粘度计和21第21页22旋转粘度计旋转粘度计22第22页