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1、在研究流体静止和运动之前，首先要了解流体的内在属性，即流体的物理性质。包括密度、压缩性、膨胀性、粘性等。其中，粘性是流体物理性质中最重要的特性。,第一章 流体主要物理性质,第一节 流体的概念,凡是没有固定的形状易于流动的物质就叫流体。即液体和气体。流体与固体的差别表现为：固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。在极小切应力下就会出现连续的变形流动。,液体和气体的区别：,气体易于压缩,而液体难于压缩；液体有一定的体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。液体和气体的共同点：两者均具有易流动性，即在任
2、何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。,常见的密度（在一个标准大气压下）：4时的水 20时的空气,第二节 流体的基本物理性质,1.密度,3.相对密度,2.重度,4.热膨胀性和可压缩性,1)压缩性：在一定温度下，流体体积随压强升高而减少的性质。它的物理意义是单位压强变化所引起的体积的相对变化率。（Pa-1）,体积模量：体积压缩率的倒数。,E越大,流体越不易被压缩,2)热膨胀性：流体体积随温度升高而增大的性质。它的物理意义是单位温度变化所引起的体积的相对变化率。液体的热膨胀性很小，一般可以忽略不计。气体的热膨胀系数为1/273，不可忽略.,注意：(a)严格地说，不存在完全不可压缩
3、的流体。(b)一般情况下的液体都可视为不可压缩流体（发生水击时除外）。(c)对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为不可压缩流体。(d)管路中压降较大时，应作为可压缩流体。,5.流体的粘滞性,1)粘性：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，随之产生阻抗相对运动的内摩擦力.,微观机制：分子间吸引力、分子不规则运动的动量交换.,2)牛顿内摩擦定律：,切应力：,数学含义：垂直于流动方向的流速梯度。物理含义：运动流体的剪切变形速率。,角变形速度（剪切变形速度）,速度梯度的物理意义,vdt,(u+du)dt,dudt,dy,d,流体与固体在摩擦规律上完全不同,正比于du/dy,正比于正压力，与速度无
4、关,dy,动力粘度、=/运动粘度系数注意：液体和气体的粘度随温度变化规律不同。,3).粘度(动力粘度和运动粘度),温度,掌握两种粘度的单位计量方式(P6),4)粘度的测量方法,法1:用粘度计直接测量得出：(绝对粘度)毛细管粘度计、旋转粘度计法2:用恩氏粘度计测出相对粘度(恩氏粘度),然后用经验公式转换为运动粘度.恩氏粘度计测定,无单位,当其2时,用上式将恩氏粘度 直接转换为运动粘度,例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的=0.1Pas。求作用在活塞上的粘性力。,解：,注意：面积、速度梯度的取法,d,D,L,例：
5、旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/min。内外筒间充入实验液体。内筒r1=1.93cm，外筒 r2=2cm，内筒高h=7cm，转轴上扭距M=0.0045Nm。求该实验液体的粘度。,解：,注意：1.面积A的取法；2.单位统一,h,n,r1,r2,得,解：,注意：1.面积A的取法；2.单位统一,得,1)表面张力 当液体与其它流体或固体接触时，在分界面上都产生表面张力，出现一些特殊现象，例如空气中的雨滴呈球状，液体的自由表面好像一个被拉紧了的弹性薄膜等。表面张力的形成主要取决于分界面液体分子间的吸引力，也称为内聚力。在液体中，一个分子只有距离它约10-7cm的半径范围内才能受到周围分子吸
6、引力的作用。在这个范围内的液体分子对该分子的吸引力各方向相等，处于平衡状态。但在靠近静止液体的自由表面、深度小于约10-7cm薄的表面层内，每个液体分子与周围分子之间的吸引力不能达到平衡，而合成一个垂直于自由表面的合力。,6.表面张力和毛细管现象,定义：使液体表面处于拉伸状态的力为表面张力.表面张力系数：单位长度上的表面张力.表面张力的产生部位：液、气接触自由表面,液固接触的周界、不同液体接触的周界表面张力产生的原因：由于内聚力的不同而导致（分子受力不平衡）。,2)毛细管现象,在毛细管中,表面张力可以引起液面上升或下降,此现象称之为毛细管现象.,液固间附着力大于液体的内聚力H2O,液固间附着力
7、小于液体的内聚力(Hg),表面张力在垂直方向的分力与所升高液柱的重量相等时,液柱平衡不再升高.即有:,液柱高度h:,例题1-5:P9,图1-6 液体在毛细管内上升(a)湿润管壁的液体的液面上升,图1-6 液体在毛细管内下降(b)不湿润管壁的液体的液面下降,第三节 作用在流体上的力,流体无论处于运动或平衡状态，都受到各种力的作用。按力的物理性质不同来划分，可分为重力、惯性力、弹性力和粘滞力。按力的作用方式不同，可分为：质量力和表面力两种。,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：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,
8、二、表面力（近程力）（接触力）,表面力指作用于流体的表面上，并与受作用的流体表面积成正比。表面力包括外力和内力。垂直于作用面的力，称为法向力（压力）P；平行于流体作用面的，称为切向力（内摩擦力）T连续流体中，表面力是在流体表面连续分布的力。因此使用单位面积上的表面力来表述，称为应力。,第四节 流体的各种模型,本节主要介绍几个概念：1.连续介质:(宏观/数学分析)2.理想流体：不考虑粘度、可压缩性、膨胀性等物理性质的流体.3.不可压缩流体:4.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的流体（水、大部分轻油、气体等）,假塑性流体的增长率随dv/dz的增大而降低（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、中等浓度的悬浮液等）膨胀型流体的增长率随dv/dz的增大而增加（淀粉糊、挟沙水流）,本章小结,流体的分类：,本章重点：,连续介质假设，牛顿内摩擦定律,思考题：1、流体的基本特性是什么？2、粘度的表示方法以及粘度与温度和压力的关系；3、动力粘性系数和运动粘性系数的区别和联系是什么？4、什么是流体的连续介质模型；为何提出连续介质概念？,恩氏粘度计,毛细管粘度计,旋转粘度计,
