流体及其基本特性的认识

流体及其基本特性的认识第一节流体力学的研究对象、任务及其应用研究对象：流体（液体和气体）任务：流体平衡和运动的力学规律工程技术应用分类：理论流体力学、工程流体力学；水力学、气体动力学组成：流体静力学、流体动力学应用第二节作用在流体上的力表面力：作用在流体表面，与作用表面面积成正比。如摩擦力、压强等。表达形式：切向分力（切应力或摩擦应力）法向分力（压应力或正压强）0PnZYXdA法向应力与n平行,切向应力与n垂直方向为表面力具有传递性质量力：均匀作用在流体的每一质点上，与流体的质量成正比。如重力、直线惯性力和离心惯性力等。第三节流体的主要力学性质流体的基本特征：流动性（静止流体不能承受拉力和切力，否则就拉断或产生流动）；能承受压力；流体运动的2个特点：流体的形状：与容器或流道等边界形状有关与力学性质的关系：变形与力学性质密切相关（不同力学性质的流体，即使边界条件相同也会产生不同的运动）流体的主要力学性质：密度、容重、压缩性、热胀性、粘滞性一、密度和容重密度：表示质量特性；概念，符号与单位：单位体积流体具有的质量；符号ρ；单位kg/m3均质流体与非均质流体：密度分布均匀与否容重：表示重力特性；概念，符号与单位：单位体积流体所受的引力；符号γ；单位N/m3与密度的关系：γ=ρg

注意：密度、容重分别与海拔位置的关系！例题1-1例题1-1已知煤油的密度ρ=800kg/m3，求其容重。3L煤油的质量和重量各是多少？解：容重

γ=ρg=800X9.81=7848N/m33L煤油的质量、重量分别为：

M=ρV=800X0.003=2.4kgG=γV=7848X0.003=23.54N二、压缩性和热胀性定义（注意前提条件！）压缩性：一定温度下，流体受压时体积减小、密度增大的性质。热胀性：一定压力下，流体受热时体积增大、密度减小的性质。液体的压缩性和热胀性表达方式与计算：查表例题1-2、1-3（如何计算水的膨胀率？）例题1-2：0℃的水在5个大气压时体积为1m3，当压强增加到10个大气压时，其体积变化多少？体积的变化率为多少？解：例1-3一个大气压下，100kg质量的水，温度从5℃升高到85℃，水的体积膨胀了多少？分析：

1)先查水的物性表（表1-3）获得5℃、85℃时水的密度分别为1000kg/m3,968.7kg/m3;(M=ρV)2)再计算温度变化后的膨胀量ΔV=3.23L；

3）最后计算膨胀率ΔV/V=3.23%。气体的压缩性和热胀性特点：受压强p和温度T的影响很大气体状态方程:p/ρ=RTp—气体的绝对压强，PaT—热力学温度，KR—气体常数，J/kg.K;R=8314/气体分子量，空气的R=287J/kg.K三、粘滞性内摩擦力的概念：流动流体内部产生的阻碍相对运动的力粘滞性的定义：抵抗变形的性质牛顿内摩擦定律（只适用牛顿型流体）粘滞性与流动还是静止无关，受T影响大、受p影响较小动力粘性系数与单位：

,单位为N.s/m2运动粘性系数与单位：

,单位为m2/s粘性nd1粘性nd2F=µAU/H=µdu/dyYXU0dyFu+duuH牛顿流体粘性实验牛顿非牛顿流体ττ0dv/dzo膨胀型流体牛顿流体拟塑性流体塑性流体例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ

=0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。解：注意：面积、速度梯度的取法dDL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=0.0045N·m。求该实验液体的粘度。解：注意：1.面积A的取法；

2.单位统一hnr1r2得表面张力和毛细现象1.表面张力σ：由分子的内聚力引起单位：N/m发生在液气接触的周界、液固接触的周界、不同液体接触的周界2.毛细现象：液固接触液固间附着力大于液体的内聚力液固间附着力小于液体的内聚力凹上升凸下降σσσσhθhθ第四节流体的力学模型（略提概念）连续介质与非连续介质模型不可压缩与可压缩流体的力学模型理想流体与粘性流体（实际流体）的力学模型质点假设流体力学的模型连续介质流体微元——具有流体宏观特性的最小体积的流体团理想流体不考虑粘性的流体不可压缩性

ρ=c本章要点与作业本章