1流体主要物理性质.pptx
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1、工程流体力学工程流体力学1 1第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质第一章第一章 流体主要物理性质流体主要物理性质 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。工程流体力学工程流体力学2 2第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质第一节第一节 流体的概念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;固体的变形与受力的大小成正比。流体:只能承受压力,一般不能承受拉力与
2、抵抗拉伸变形。在极小切应力下就会出现连续的变形流动。工程流体力学工程流体力学3 3第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质液体和气体的区别: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。液体的流动性小于气体液体和气体的共同点:两者均具有易流动性,即在任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。工程流体力学工程流体力学4 4第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质常见的密度(在一个标准大气压下):4时的水 20时的空气第二节第二节 流体的基本物理性质流体的基本物理性质1.密度均质3.相对密度
3、2.重度密度非均质工程流体力学工程流体力学5 5第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质为了保证压缩率为正,为了保证压缩率为正,为了保证压缩率为正,为了保证压缩率为正,故加上负号故加上负号故加上负号故加上负号“-”4.热膨胀性和可压缩性1)1)压缩性:压缩性:在一定温度下,流体体积随压强升高而减小的性质。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:体积模量:体积压缩率的倒数。体积压缩率的倒数。E越大越大,流体越不易被压缩流体越不易被压缩工程流体力学工程流体力学6 6第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质2)2)热膨胀性热膨胀性:流体体积随温度升高
4、而增大的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。气体的热膨胀很小,一般可以忽略不计。气体的热膨胀系数为系数为1/273,不可忽略,不可忽略.工程流体力学工程流体力学7 7第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质注意:(a)严格地说,不存在完全不可压缩的流体。(b)一般情况下的液体都可视为不可压缩流体(发生水击,水下爆炸时除外)。(c)对于气体,当所受压强变化相对较小时,(或流速比声速小很多时)可视为不可压缩流体。(d)管路中压降较大时
5、,应作为可压缩流体。工程流体力学工程流体力学8 8第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质4、流体的粘性 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。粘性粘性切应力:切应力:流体内部各流体微团之间发生相对运动时,流体内部会产生摩擦力(即粘性力)的性质,称为粘性。实验表明,实验表明,工程流体力学工程流体力学9 9第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质粘性系数或动力粘性系数1 1)、牛顿内摩擦定律)、牛顿内摩擦定律牛顿1868年在自然哲学的数学原理中假设:“流体两部分由于缺乏润滑而引起的阻力与速度梯度成正比”。运动粘性系数粘性系数取决于流体的性质、温度
6、与压强。一般随温度变化较大:温度增加,水的粘性系数变小,气体变大。牛顿流体非牛顿流体理想流体 粘性流体工程流体力学工程流体力学1010第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质例1.2.1 一块可动平板与另一块不动平板之间为某种液体,两块板相互平行,它们之间的距离 。若可动平板以 的水平速度向右移动,为维持这个速度,需要单位面积上的作用力为 ,求这二平板间液体的粘性系数。解 由牛顿内摩擦定律认为两板间液体速度呈线性分布,故所以工程流体力学工程流体力学1111第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质 流体粘性大小的度量流体粘性大小的度量,由由流体流动的内聚力和分子的动流体流动的内聚
7、力和分子的动量交换引起。量交换引起。(1)(1)动力粘度动力粘度(2)(2)运动粘度运动粘度2 2).粘度粘度 工程流体力学工程流体力学1212第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质(3.1)(3.1)粘度的影响因素粘度的影响因素cy1014cy1014温度对流体粘度的影响很大温度对流体粘度的影响很大温度压力对流体粘度的影响不大,一般忽略不计压力对流体粘度的影响不大,一般忽略不计液体:液体:液体:液体:分子分子分子分子内聚力内聚力是产生粘度的主要是产生粘度的主要 因素。温度因素。温度分子间距分子间距分子吸分子吸 引力引力内摩擦力内摩擦力粘度粘度气体:气体:气体:气体:分子热运动引起的
8、分子热运动引起的动量交换动量交换是产生粘是产生粘度的主要因素。温度度的主要因素。温度分子热运动分子热运动动动量交换量交换内摩擦力内摩擦力粘度粘度 工程流体力学工程流体力学1313第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质4)粘度的测量方法粘度的测量方法法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200ml被测液体从恩氏粘度计流出的时间200ml,20度的纯水从恩氏粘度计流出的时间50s无单位,当其2时,用上式将恩氏粘度 直接转换为运动粘度工程流体力学工程流体力学1414第一章、流
9、体主要物理性质第一章、流体主要物理性质例:汽缸内壁的直径例:汽缸内壁的直径D D=12=12cmcm,活塞的直径,活塞的直径d d=11.96=11.96cmcm,活塞长度,活塞长度L L=14=14cmcm,活塞往复运动的速度为,活塞往复运动的速度为1 1m/sm/s,润滑油的,润滑油的 =0.1Pa0.1Pas s。求作用在活塞上的粘性力。求作用在活塞上的粘性力。解:注意:面积、速度梯度的取法dDL工程流体力学工程流体力学1515第一章、流体主要物理性质第一章、流体主要物理性质例: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。
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