清华大学水力学课件

第二章流体的物理性质2.1流体的基本特征2.2连续介质假设2.3密度和可压缩性2.4粘性2.5表面张力特性2.6相变性2.7流体作用力的类型2.1流体的基本特征2.2连续介质假设2.3密度和可压缩性2.4粘性2.5表面张力特性2.6相变性2.7流体作用力的类型力产生运动力产生变形正应力剪应力正应变剪应变应力和应变之间的关系称为材料的本构关系固体流体刚体变形体流体的定义流体指的是只要存在剪应力作用即产生连续变形的物质。流体指的是在静止状态下不能承受剪应力作用的物质。流动流体液体

(水)气体

(空气)流体的类型液体和气体的区别液体有确定的体积;气体没有液体可以有自由表面;气体没有2.1流体的基本特征2.2连续介质假设2.3密度和可压缩性2.4粘性2.5表面张力特性2.6相变性2.7流体作用力的类型流体在微观上是由分子和原子组成的，在空间上是不连续的，但很多情况下，流体在宏观上可视为连续体。宏观物理量：密度：速度：宏观物理量质点体积微观效应宏观不均匀性质点体积的概念在定义宏观物理量（统计平均意义上的物理量）时，存在一个最小的空间体积，其中包含数量足够多的分子，以至于统计平均意义上的物理量与进行统计的空间体积大小无关。这个最小的空间体积就是质点体积。在温度为0C和一个标准大气压作用的条件下，体积为1mm3的空气内含有

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个分子。通常情况下质点体积是一个很小的体积质点体积的尺度在流体中的任意一点处，都存在一个质点体积尺度的邻域，我们可以将这个邻域上物理量的统计平均值定义为物理量在这一点处的宏观值。因此，描述流体宏观属性的物理量在空间上是连续的。为了方便起见，我们也可以把流体本身看成是一种在空间上连续的介质。流体连续介质假设的实质流体中和质点体积尺度相当的一团流体通常称为流体质点。把流体看作连续介质时，流体质点对应于连续介质空间中按照某种规律运动的点。流体质点的概念连续介质假设只有在流体微观结构的尺度远小于所研究的宏观问题的尺度时才能成立。连续介质假设的局限性2.1流体的基本特征2.2连续介质假设2.3密度和可压缩性2.4粘性2.5表面张力特性2.6相变性2.7流体作用力的类型流体密度的定义单位:kg/m3流体的可压缩性体积弹性模量：VV-ΔVpp+Δp体积压缩系数：水的体积弹性模量：不可压缩流体或2.1流体的基本特征2.2连续介质假设2.3密度和可压缩性2.4粘性2.5表面张力特性2.6相变性2.7流体作用力的类型粘性：流体抵抗剪切变形的能力试验结果：两平板间的流动是平行流动固定平板附近的流体处于静止状态运动平板附近的流体随平板运动流体的水平流速在y

方向上呈线性分布

粘性系数粘性系数剪应力剪应变率剪应变率=粘性系数m的单位:Ns/m2粘性系数随温度的变化规律理想流体牛顿流体与非牛顿流体运动粘性系数n的单位:m2/s2.1流体的基本特征2.2连续介质假设2.3密度和可压缩性2.4粘性2.5表面张力特性2.6相变性2.7流体作用力的类型毛细现象表面张力系数s=液体表面单位长度所承受的张力s

的单位:N/mDh2.1流体的基本特征2.2连续介质假设2.3密度和可压缩性2.4粘性2.5表面张力特性2.6相变性2.7流体作用力的类型冰水汽2.1流体的基本特征2.2连续介质假设2.3密度和可压缩性2.4粘性2.5表面张力特性2.6相变性2.7流体作用力的类型质量力和表面力质量力（远程力）与流体质量直接相关的力，也称为体积力。主要是重力，但不限于重力。表面力（接触力）边界通过接触作用于流体的力，或一部分流体通过接触作用于另一部分流体的力质量力的表示方法

作用于单位质量流体的力

=单位质量力质量力的表达式：重力作用于流体的单位质量力：作用于有限体积流体上的质量力：作用于单位体积流体的质量力：质