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1、本章主要内容,流体及其主要物理性质 连续介质模型、理想流体、质点 作用在流体上的力 流体的密度、压缩性、粘性,Chapter Two Basic Consideration,流体的特性 Characteristics of Fluids,1.物理特性Physics property 2.质点Particle 3.连续介质Continuum,密度Density,常见的密度（在一个标准大气压下）： 4时的水 20时的空气,比容Specific Volume,相对密度,压缩性与膨胀性Compressibility and Expansibility,膨胀系数Coefficient of Volume
2、 Expansibility,在一定压强下，体积的变化率与温度的变化成正比,体积模量Bulk modulus of elasticity,压缩率Coefficient of Volume Compressibility,在一定温度下，密度的变化率与压强的变化成正比,= c : 不可压缩流体Incompressible fluid c :可压缩流体Compressible fluid liquid-Incompressible fluid Gas - compressible fluid,第一章 绪论,2.6 流体的粘性,一、流体的粘性,1. 粘性的定义 流体内部各流体微团之间发生相对运动时，流
3、体内部会产生摩擦力（即粘性力）的性质。,(1) 库仑实验(1784),库仑用液体内悬吊圆盘摆动实验证实流体存在内摩擦。,第一章 绪论,2.6 流体的粘性,一、流体的粘性(续),1.粘性的定义(续),(2) 流体粘性所产生的两种效应 流体内部各流体微团之间会产生粘性力； 流体将粘附于它所接触的固体表面。,粘性 Viscosity,第一章 绪论,2.6 流体的粘性,一、流体的粘性(续),2.牛顿内摩擦定律,(1) 牛顿平板实验,当h和u不是很大时，两平板间沿y方向的流速呈线性分布，,第一章 绪论,2.6 流体的粘性,一、流体的粘性(续),2.牛顿内摩擦定律(续),(2) 牛顿内摩擦定律,实验表明，
4、对于大多数流体，存在,引入比例系数，得：,第一章 绪论,2.6 流体的粘性,一、流体的粘性(续),2.牛顿内摩擦定律(续),(2) 牛顿内摩擦定律(续),粘性切应力与速度梯度成正比；,(2)粘性切应力与角变形速率成正比；,(3)比例系数称动力粘度，简称粘度。,牛顿内摩擦定律表明：,a.速度梯度 的物理意义,角变形速度（剪切变形速度）,流体与固体在摩擦规律上完全不同,正比于dv/dy,正比于正压力，与速度无关,第一章 绪论,2.6 流体的粘性,一、流体的粘性(续),流体粘性大小的度量,由流体流动的内聚力和分子的动量交换引起。,(1) 动力粘度,(2) 运动粘度,3.粘度,第一章 绪论,2.6 流
5、体的粘性,一、流体的粘性(续),3.粘度（续）,(3) 粘度的影响因素,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,液体：分子内聚力是产生粘度的主要因素。 温度分子间距分子吸引力内摩擦力粘度,气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。 温度分子热运动动量交换内摩擦力粘度,水,气体,第一章 绪论,2.6 流体的粘性,三、牛顿流体和非牛顿流体,1.牛顿流体,2.非牛顿流体,符合牛顿内摩擦定律的流体 如水、空气、汽油和水银等,不符合牛顿内摩擦定律的流体 如泥浆、血浆、新拌水泥砂浆、新拌混凝土等。,dvx/dy,牛顿流体,o,牛顿流体服从牛顿内摩擦定律的流体（水、
6、大部分轻油、气体等）,三.牛顿流体与非牛顿流体,0,dv/dy,o,塑性流体,非牛顿流体,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）,拟塑性流体的增长率随dv/dy的增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等）,dv/dz,o,拟塑型流体,膨胀型流体的增长率随dv/dy的增大而增加（淀粉糊、挟沙水流）,dv/dy,o,塑性(胀流型)流体,Example,第一章 绪论,2.6 流体的粘性,二、粘性流体和理想流体,1.粘性流体,具有粘性的流体（0）。,2.理想流体,忽略粘性的流体（=0）。 一种理想的流体模型。,例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=1
7、1.96cm，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,同心环形缝隙中的回转运动,例：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,第一章 绪论,2.6 流体的粘性,一、流体的粘性(续),3.粘度（续）,(4) 粘度的测量,管流法 落球法 旋转法 工业粘度计,h,n,r1,r2,第一章
8、绪论,2.7 液体的表面性质,一、表面张力,1.表面张力现象,水滴悬在水龙头出口而不滴落；,细管中的液体自动上升或下降一个高度（毛细管现象）；,铁针浮在液面上而不下沉。,第一章 绪论,2.7 液体的表面性质,一、表面张力（续）,(1) 影响球 液体分子吸引力的作用范围大约在以34倍平均分子距为半径的球形范围内，该球形范围称为“影响球”。,2.表面张力,(2)表面层 厚度小于“影响球”半径的液面下的薄层称为表面层。,(3)表面张力（N/m) 液体表面由于分子引力大于斥力而在表层沿表面方向产生的拉力, 单位长度上的这种拉力称为表面拉力。,第一章 绪论,2.7 液体的表面性质,二、毛细现象,液体分子间相互制约，形成一体的吸引力。,1.内聚力，附着力,2.毛细压强,由表面张力引起的附加压强称为毛细压强,当液体同固体壁面接触时，液体分子和固体分子之间的吸引力,第一章 绪论,2.7 液体的表面性质,二、毛细现象（续）,3.毛细管中液体的上升或下降高度,
