空气动力学——流体性质ppt课件

1、固体：具有一定的形状，不宜变形流体 ：无一定形状，易变形，且具有一定的流动性呈现流动性？呈现流动性？ 流体流体固体固体 流体最主要的物理特性流体最主要的物理特性个分子个分子16107.2 1mm3空气( 1个大气压，00C)宏观流体力学处理问题的尺度上看，流体质点足够小，宏观流体力学处理问题的尺度上看，流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。只占据一个空间几何点，体积趋于零。微观分子自由程的尺度上看，流体质点是一个足够大的微观分子自由程的尺度上看，流体质点是一个足够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为的统计平均值

2、将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要的统计平均值将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。素的物理量定义在流体质点上。 流体质点概念流体质点概念),(tzyxpp ),(tzyxvv ),(tzyx平均自由程平均自由程l随高度的变化曲线随高度的变化曲线AxyzF),(tnzyxfpn0A应力应力AFpnlimnFnFdAFdAFpnnnnlimdAFdAFpn lim0A0AxyzgdVgdV重力重力adVadVa惯性力惯性力离心力离心力电磁力电磁力kfjfiffzyxdVdmVmV0lim该点处的密度该点处的密度单位：单位：kg/m3标准大气压下标准大气压下wf

3、d f：流体的密度kg/m3) w：4oC时水的密度kg/m3) 1v单位单位: m3/kgnninnn1332211n21,n21,- 混合气体中各组分气体的密度混合气体中各组分气体的密度- 混合气体中各组分气体所占的体混合气体中各组分气体所占的体积百分比积百分比单位：单位：m2/Nk大，体积变化率大，较易压缩大，体积变化率大，较易压缩k小，体积变化率小，较难压缩小，体积变化率小，较难压缩pVVk/单位：单位：PaK大，压缩性小；大，压缩性小；K小，压缩性大小，压缩性大单位：1K， 1K 液体：液体：K很大很大气体：气体：K随气体状态变随气体状态变化的不同而不同化的不同而不同等温压缩：等温压

4、缩：Kp理想绝热过程理想绝热过程KpconstpvdpdVVVpVkK1constpv 液体：一般不可压缩液体：一般不可压缩气体气体一般可压缩一般可压缩低速时可作为不可压缩处理低速时可作为不可压缩处理把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中，将圆板绕中心转过一角度后放开，靠金属丝的扭转作用，圆板开始往返摆动，由于液体的粘性作用，圆板摆动幅度逐渐衰减，直至静止。分别测量了普通板、涂腊板和细沙板，三种圆板的衰减时间。三种圆板的衰减时间均相等。衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互摩擦 ，而是液体内部的摩擦 。 流体粘性成因流体粘性成因 流体内摩擦是两层流体间分子间吸引力和分子动量交流体内摩擦是两层流体间分

5、子间吸引力和分子动量交换的宏观表现。换的宏观表现。 当两层液体作相对当两层液体作相对运动时，两层液体分运动时，两层液体分子的平均距离加大，子的平均距离加大，吸引力随之增大，这吸引力随之增大，这就是分子间吸引力。就是分子间吸引力。 流体粘性的成因流体粘性的成因 气体分子的随机运气体分子的随机运动范围大，流层之间动范围大，流层之间的分子交换频繁。的分子交换频繁。 两层之间的分子动两层之间的分子动量交换表现为力的作量交换表现为力的作用，称为表观切应力。用，称为表观切应力。气体内摩擦力即以表气体内摩擦力即以表观切应力为主。观切应力为主。一般认为：液体粘性主要取决于分子间的引力，气体的黏性主要取决于分子

6、的热运动。实验证明实验证明:hAUF/流体的动力粘度流体的动力粘度,取决于种类、温度、和压强取决于种类、温度、和压强 Pas(Ns/m2)hu速度梯度速度梯度:垂直于流速方向上单位长度垂直于流速方向上单位长度的速度增量的速度增量, 即即:流速在其法线方向上的变化流速在其法线方向上的变化律律单位单位:Padydvx牛顿内摩擦定律dydvx大大, 切向应力大切向应力大,能量损失大能量损失大 dydvx0dydvxdydvx小小 小小粘性表现不出来粘性表现不出来静止静止流体以相同的速度流动流体以相同的速度流动dydvdtdydtdvdtddtdxx)tan( 流体切应力正比于角变形速度。 牛顿内摩擦

7、定律牛顿内摩擦定律 牛顿在牛顿在中假设：中假设：“流体两部分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由于缺乏润滑而引起的阻力与速度梯度成正比”。 上式称为牛顿粘性定律，它表明：上式称为牛顿粘性定律，它表明： 粘性切应力与速度梯度成正比；粘性切应力与速度梯度成正比； 比例系数称动力粘度，简称粘度。比例系数称动力粘度，简称粘度。AyFddxHUAF粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定, ,而不是而不是由速度决定由速度决定 . .粘性切应力由流体元的角变形速率决定，而不是由变形粘性切应力由流体元的角变形速率决定，而不是由变形量决定量决定. .

8、流体粘性只能影响流动的快慢，却不能停止流动。流体粘性只能影响流动的快慢，却不能停止流动。两层流体相对静止时，流体不存在内摩擦力。两层流体相对静止时，流体不存在内摩擦力。牛顿粘性定律指出：牛顿粘性定律指出：yddx单位面积上的切应力单位面积上的切应力dydx粘度的单位在SI制中是帕秒Pas), 工程中常常用到运动粘度一般仅随温度变化，液体温度升高粘度减小，气体温度升高粘度升高。单位：单位：m2/s动力粘度可以代表流体粘性的大小运动粘度则不能常温常压下水的粘度是空气的常温常压下水的粘度是空气的55.455.4倍倍常温常压下空气的运动粘度是水的常温常压下空气的运动粘度是水的15倍倍6221 10 m

9、 /s0.01cm /s 52215 10 m /s0.15cm /s水水空气空气31 10 Pa s0.01P 51.8 10 Pa s0.00018P 水水空气空气:流体种类流体种类:油油 水水 气气不一定不一定温度升高时气体的热运动加剧，故气温度升高时气体的热运动加剧，故气体的粘性增大。体的粘性增大。 温度：温度：温度升高时分子距离增大温度升高时分子距离增大,液体分子间液体分子间的引力减小，故液体的粘性减小的引力减小，故液体的粘性减小液体液体:气体气体:普通的压强对流体粘度几乎没有影响。高压作用下，普通的压强对流体粘度几乎没有影响。高压作用下，液体和气体的粘度均随压强的升高而增大。液体和

10、气体的粘度均随压强的升高而增大。减少粘性力的场合减少粘性力的场合 一般的流动问题：管道流动，鱼雷一般的流动问题：管道流动，鱼雷应用粘性力的场合应用粘性力的场合 油膜转差离合器油膜转差离合器A: 牛顿流体B: 理想塑性体 (牙膏)C: 拟塑性体 (纸浆)D:胀流型流体 (油墨)不具有粘性的流体称为理想流体缘由缘由 粘性作用表现不出来的场合。粘性作用表现不出来的场合。 直接求解粘性流体的精确解很困难。先直接求解粘性流体的精确解很困难。先不计粘性，得到的解用修正系数修正；不计粘性，得到的解用修正系数修正； 对粘性为主要影响因素的问题，按由简对粘性为主要影响因素的问题，按由简到繁的原则，先研究理想流体流动。到繁的原则，先研究理想流体流动。解：油层与轴承接触面上的速度为零，与轴接