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1、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 用符号来表示。,单位：kg/m3,均质流体：,非均质流体：,常见流体的密度：,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。,二.可压缩性,二.压缩性-流体在质量不变时，由于压
2、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,：密度为变量，即=(x,y,z,t)：密度为常数，即=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
3、实验证实流体存在内摩擦。,三.粘性,分子间的内聚力,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
4、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,动力粘性系数，Pas,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,气体热运动T,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
5、流体称为牛顿流体，不符合的流体为非牛顿流体。,理想流体（无粘性流体）:=0 实际流体（粘性流体）: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，剪应力分布也不同。,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,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；动力黏度，Pas。,牛顿内
6、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,与流体表面垂直的法向力P-压力，不能承受拉力,分布力，流体与固体的接触面，流体与流体的接触面,作用在流体上的表面力,法向应力p,切向应力,压 强-单位面积上的压力，方向沿内法线方向,切应力,静止流体或理想流体只有压力,二、质量力,定义：作用在流体某体积内所有流体质点上并与这一 体积的流体质量成正比的力，又称体积力。,特点：
7、,例如：重力、惯性力等,单位质量力:,非接触力与流体质量成正比,重力场，有,，（竖直向下）,俗称表压,P=Pabs Pa,(2)相对压力P：以大气压为基准计算计的压力，其值即为绝对压力超过当地大气压的数值。,(1)绝对压力：以绝对真空为基准计算压力Pabs。,工程上压力的几种表示方法,(3)真空压力,Pv=Pa Pabs,常用的压力单位,1）际单位制（SI）：Nm 或 Pa。1 Pa Nm,）大气压：标准大气压、工程大气压。标准大气压 Patm=1.013105 Pa=760汞柱=10.33水柱,）液柱高：长度单位，如水银柱、水柱等。,工程大气压 Pata=kgf/cm2=0.981105Pa
8、=0.968atm,静止流体的压力沿作用面的内法线方向,特性一,流体静压特性,特性二,静止流体中任意一点的压力大小与作用面的方向无关，只是该点的坐标函数。,静止液体中有一平板，平板的轴位于O点，平板绕O轴旋转，O点深度不变故不管平板转到什么方位，在O点处的压力仍然保持不变。,不同点的压力不相等，压力是空间坐标的连续函数。即p=p(x,y,z)。,证明：,取体积为dxdydz的微分四面体，各坐标面和斜面上的平均流体静压力分别为：,若cos（n,x）、cos（n,y）、cos（n,z）分别代表Pn与x、y、z 方向余弦。则在 Pn,则 pn 在 x、y、z方向的投影分别为：,质量力为：,平衡方程,即,同理,当dx、dy、dz0时，四面体趋于一点，即：,
