流体力学流体特性课件

1、流体力学流体特性1.1 1.1 流体的力学特性和连续介质模型流体的力学特性和连续介质模型一、流体的力学特性在剪切力停止作用时，流体不作任何恢复变形；在剪切力停止作用时，流体不作任何恢复变形； 在流体内部压强可向任何方向传递；在流体内部压强可向任何方向传递； 在一定条件下流体内部可形成超乎想象的复杂结构。在一定条件下流体内部可形成超乎想象的复杂结构。 在剪切力持续作用下，流体能产生无限大的变形在剪切力持续作用下，流体能产生无限大的变形流体的力学定义是：流体的力学定义是：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。的物质，称为流体。流体

2、与固体在宏观力学行为方面的主要差异是流体具有易变形性流体与固体在宏观力学行为方面的主要差异是流体具有易变形性 易变形性表现在易变形性表现在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形。任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形。流体力学流体特性1.1 1.1 流体的力学特性和连续介质模型流体的力学特性和连续介质模型二、连续介质模型1 1 流体质点概念流体质点概念(2) (2) 将临界体积范围内的分子平均特性赋于此点将临界体积范围内的分子平均特性赋于此点。2 2 连续介质假设：连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。(1) (1) 无线性尺

3、度、无热运动的点无线性尺度、无热运动的点不研究复杂的分子运动，而着眼于宏观运动不研究复杂的分子运动，而着眼于宏观运动介质连续，可引用数学方法介质连续，可引用数学方法好处好处x0yzPvv*vvm分子效应分子效应 连续介质连续介质3 3、应用限制：、应用限制：分子自由程分子自由程/ /几何尺寸几何尺寸0.010.01足够小的体积含有足够多的分子足够小的体积含有足够多的分子流体力学流体特性1.2 作用在流体上的力 1 作用力的分类作用力的分类（1）质量力（体积力）质量力（体积力）BF重力重力惯性力惯性力电磁力电磁力流体力学流体力学kZjYiXR单位质量流体的质量力单位质量流体的质量力（2）表面力）

4、表面力SF将将 分解为法向分解为法向 和切向和切向SFnFtFnF即压强即压强SFPnlim0tF（理想或静止流体）（理想或静止流体）流体力学流体特性1.3 流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性1一、流体的压缩性一定温度下升高一个单位压强时，体积的相对缩小量 ： 弹性模量E：PadpddpdVV11TddTdvvdTdVV111二、膨胀性一定压强下，温度升高1个单位时体积的相对增加量。温度膨胀系数流体力学流体特性1.4 流体的粘性流体的粘性1. 1. 流体粘性及内摩擦概念流体粘性及内摩擦概念 牛顿在牛顿在自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理指出：指出：相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用

5、相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用, ,称为粘性力。称为粘性力。 流体粘性形成原因流体粘性形成原因: :(1)(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成(2)(2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成流体力学流体特性2 牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律牛顿在牛顿在自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理中假设：中假设：“流体两部分由于缺乏润滑而引起流体两部分由于缺乏润滑而引起的阻力，同这两部分彼此分开的速度成正比的阻力，同这两部分彼此分开的速度成正比”。粘性切应力为：粘性切应力为： 上式称为上式称为牛顿内摩

6、擦定律牛顿内摩擦定律，它表明：，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；粘性切应力与接触面积成正比；粘性切应力与接触面积成正比；与流体物性无关；与流体物性无关；dydV(4)(4)与接触面压强无关。与接触面压强无关。牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体速度梯度角变形速度速度梯度角变形速度流体力学流体特性3 粘度粘度1 1）动力粘度）动力粘度 粘度的单位是粘度的单位是PaPas(s(帕秒）或帕秒）或 kg/mkg/ms s 温度对流体粘度的影响很大温度对流体粘度的影响很大气体：气体：T T升高，升高，增加，气体粘性由分子不增加，气体粘性由分子不规则热运动产生；规则热运

7、动产生；液体：液体： T T升高，升高，减小，液体粘性由分子减小，液体粘性由分子内聚力产生。内聚力产生。理想流体和非理想流体理想流体和非理想流体流体力学流体特性 粘度粘度2 2）运动粘度）运动粘度 常温常压下，水和空气的粘度系数分别为常温常压下，水和空气的粘度系数分别为 空气水15/1 运动粘度的单位是运动粘度的单位是s/m2scmsm/01. 0/101226 scmsm/15. 0/1015225 水：水：空气：空气：流体力学流体特性例：套筒固定，轴均匀旋转，其间隙充满油液，求施于轴例：套筒固定，轴均匀旋转，其间隙充满油液，求施于轴上的扭矩。上的扭矩。 油=900=900kgkg/ /m m3 3； 油=2=2 1010 5 5m m2 2/s/s； =150=150s s-1-1；D D=100=100 mm mm；d d=99.5=99.5 mm mm；L L=120=120mmmm。 D V=d/2 d L d y 0 流体力学流体特性解：轴表面解：轴表面 处处相等，切应力产生阻力矩。处处相等，切应力产生阻力矩。dydu=0.5油油 油油 d3L /(D-d）=1.0Nm 2d2dD2ddLq q = = 油=900kg/m3, 油= 2 10 5m2/s, =150s-1D=100 mm；d=99.5 mm；L=120mm流体力学流体