第一章 流体及其物理性质

1第一章流体及其物理性质教学目的：

了解并掌握流体的物理性质。教学要求：

1.理解流体的概念；

2.记忆水、空气、汞的密度和重度；

3.理解粘性的概念，并掌握牛顿内摩擦定律。

4.熟悉流体的压缩性和膨胀性。教学内容：

1.流体的概念；

2.流体的密度和重度；

3.流体的压缩性和膨胀性；

4.流体的粘性。2第一节流体的概念一、流体的特征——流动性能够流动的物质称为流体。流动性是流体的主要特征。流体可分为液体和气体。

流体的定义

流体是一种受任何微小的剪切力作用时，都会产生连续变形的物质。流动性是流体的主要特征。

3第一节流体的概念一、流体的特征——流动性

流体在静止时不能承受剪切力，抵抗剪切变形。

流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。

只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，发生连续变形而流动。

作用在流体上的剪切力不论多么微小，只要有足够的时间，便能产生任意大的变形。

运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。4第一节流体的概念二、连续介质假说个分子

1mm3空气(1个大气压，00C)

流体质点概述

流体微团必须具备的两个条件微观上足够大，必须包含足够多的分子；宏观上足够小，体积必须很小。5第一节流体的概念二、连续介质假说连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。从而使微观运动的不均匀性、离散性、无规律性与宏观运动的均匀性、连续性、规律性达到了和谐的统一。56第二节流体的密度和重度一、流体的密度单位体积的流体所包含的质量称为密度，用ρ表示。

常压常温下，空气的密度大约是水的

1/800

一般取汞密度为水密度的13.6倍

1大气压，40C1大气压，200C7第二节流体的密度和重度二、流体的重度单位体积的流体所的受的重力，用γ表示。8第三节流体的压缩性与膨胀性一、流体的压缩性

流体受压体积减小的性质称为压缩性。VV-ΔVpp+Δp压缩系数弹性模数9第三节流体的压缩性与膨胀性二、流体的膨胀性

流体受温度影响体积变化的性质。VV+ΔVTT+ΔT膨胀系数10第三节流体的压缩性与膨胀性例1－1厚壁容器中盛有0.5m3的水，初始压力为2×106Pa。当压力增至6×106Pa时，问水的体积减少了多少?

解取水的弹性模数E＝2×109Pa，体积减少量为

(m3)

11第四节流体的粘性一、粘性及其表现运动流体内存在内摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。形成牛顿内摩擦力物理机理①分子间的吸引力②分子热运动引起流体层间的动量交换液体以此为主气体以此为主12第四节流体的粘性二、牛顿内摩擦定律(N/m2)

13第四节流体的粘性二、牛顿内摩擦定律14第四节流体的粘性三、粘性的度量－动力粘度和运动粘度动力粘度运动粘度粘性受温度影响明显。15第四节流体的粘性三、粘性的度量－恩氏粘度

°E=t/t0

ν=(0.0732°E-0.0631°E)×10-4(m2/s)已知液体中流速沿y方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律，定性绘出切应力沿y方向的分布图练习§1.5流体的粘性17第四节流体的粘性

例1－2相距为h=10mm的两固定平板间充满动力粘度μ=1.49Pa·s的甘油，若两板间甘油的速度分布为u=4000y(h-y)，则

(1)若上板的面积A=0.2m2，求使上板固定不动所需的水平作用力F；

(2)求y=h/3和2h/3处的内摩擦应力，

并说明正负号的意义。

解：(1)τ=μdu/dy=4000μ(h-2y)设上板处流体所受的内摩擦应力为τ0，则上板所受的内摩擦应力τ0′=-τ0，F=-Aτ0=-0.2×4000×1.49×(0.01-2×0.01)=11.92(N)(方向如图示)

18第四节流体的粘性

例1－2相距为h=10mm的两固定平板间充满动力粘度μ=1.49Pa·s的甘油，若两板间甘油的速度分布为u=4000y(h-y)，则

(1)若上板的面积A=0.2m2，求使上板固定不动所需的水平作用力F；

(2)求y=h/3和2h/3处的内摩擦应力，

并说明正负号的意义。

解：(2)y=h/3时，τ=4000×1.49×(0.01-2×0.013)=19.9

(N/m2)y=2/3h时，τ=4000×1.49×(0.01-4×0.013)=-19.9(N/m2)y=h/3y=2/319

例1－3流量为，温度为的水流入热水锅炉，经加热后水温升到，水的膨胀系数为0.00064，求从锅炉流出的水流量。

解：

所以所以从锅炉流出的水流量20

例1－4油箱内装满石油，箱内压强为49000Pa，油的密度为890。假设油箱在排出40石油后，压强降为9800Pa。已知石油的体积弹性模量为1.32GPa，求油箱的体积。

解：

状态一

状态二

+因为已知弹性模量，所以把上述过程看作是由状态二变