1、A緒論B1流體的物理性質(zhì)A 緒論篇緒論篇本本章章應(yīng)掌握：應(yīng)掌握： 流體運(yùn)動(dòng)與流體力學(xué)流體運(yùn)動(dòng)與流體力學(xué) 流體力學(xué)與科學(xué)流體力學(xué)與科學(xué) 流體力學(xué)與工程技術(shù)流體力學(xué)與工程技術(shù) 流體力學(xué)研究方法流體力學(xué)研究方法 單位制單位制A緒論B1流體的物理性質(zhì)【第【第1講】講】A 緒論緒論A1.1 A1.1 流體運(yùn)動(dòng)與流體力學(xué)流體運(yùn)動(dòng)與流體力學(xué)A1.2 A1.2 流體力學(xué)與科學(xué)流體力學(xué)與科學(xué) A1.3 A1.3 流體力學(xué)與工程技術(shù)流體力學(xué)與工程技術(shù) A1.4 A1.4 流體力學(xué)研究方法流體力學(xué)研究方法 A1.5 A1.5 單位制單位制A緒論B1流體的物理性質(zhì)A1.1 A1.1 流體運(yùn)動(dòng)與流體力學(xué)流體運(yùn)動(dòng)與流體力

2、學(xué)A1.1.1 A1.1.1 有關(guān)流體運(yùn)動(dòng)的三個(gè)問(wèn)題有關(guān)流體運(yùn)動(dòng)的三個(gè)問(wèn)題1. 高爾夫球高爾夫球: :飛得遠(yuǎn)應(yīng)表面光滑還是粗糙飛得遠(yuǎn)應(yīng)表面光滑還是粗糙2. 汽車汽車: :阻力來(lái)自前部還是后部阻力來(lái)自前部還是后部3. 機(jī)翼機(jī)翼: :升力來(lái)自下部還是上部升力來(lái)自下部還是上部A緒論B1流體的物理性質(zhì)A1.1.2 A1.1.2 流體力學(xué)的任務(wù)流體力學(xué)的任務(wù)流體力學(xué)研究流體力學(xué)研究流體液體和氣體的宏觀運(yùn)流體液體和氣體的宏觀運(yùn)動(dòng)及他們和周圍物質(zhì)的相互作用。動(dòng)及他們和周圍物質(zhì)的相互作用。A緒論B1流體的物理性質(zhì)A1.2 A1.2 流體力學(xué)與科學(xué)流體力學(xué)與科學(xué)1. 流體力學(xué)邊界層理論導(dǎo)致應(yīng)用數(shù)學(xué)中流體力學(xué)邊界

3、層理論導(dǎo)致應(yīng)用數(shù)學(xué)中漸進(jìn)展開(kāi)匹配法的形成漸進(jìn)展開(kāi)匹配法的形成. .2. 流體力學(xué)孤立波理論成為新學(xué)科光通流體力學(xué)孤立波理論成為新學(xué)科光通信的基石信的基石. .3. 從從流體力學(xué)勞倫茲方程發(fā)現(xiàn)混沌流體力學(xué)勞倫茲方程發(fā)現(xiàn)混沌. .A緒論B1流體的物理性質(zhì)A1.3 A1.3 流體力學(xué)與工程技術(shù)流體力學(xué)與工程技術(shù)流體力學(xué)是工程技術(shù)基礎(chǔ)流體力學(xué)是工程技術(shù)基礎(chǔ). .A緒論B1流體的物理性質(zhì)A1.4 A1.4 流體力學(xué)研究方法流體力學(xué)研究方法1. 理論分析方法理論分析方法. .2. 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法. .3. 數(shù)值方法數(shù)值方法. .A緒論B1流體的物理性質(zhì)A1.5 A1.5 單位制單位制基本單位基本單位(4

4、(4個(gè)個(gè)):):質(zhì)量質(zhì)量m,m,長(zhǎng)度長(zhǎng)度l,l,時(shí)間時(shí)間t,t,溫度溫度T.T.國(guó)際單位國(guó)際單位:質(zhì)量質(zhì)量( (千克千克-kg),-kg),長(zhǎng)度長(zhǎng)度( (米米-m),-m),時(shí)時(shí)間間( (秒秒-s),-s),溫度溫度( (度度-K).-K).導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位: 力力F(牛頓牛頓-N)kg.m/s2 壓強(qiáng)壓強(qiáng)p(帕帕-Pa)kg/m.s2 密度密度(千克千克/米米3-N)kg/m3 動(dòng)力動(dòng)力粘度粘度(帕帕.秒秒-Pa.s)kg/m.s 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度(米米2/秒秒- m2/s) m2/s 能量能量E(焦耳焦耳-J)kg.m2/s2 功率功率W(瓦瓦-W)kg.m2/s3A緒論B1流體的物理性質(zhì)

5、B 基礎(chǔ)基礎(chǔ)篇篇掌握：掌握：B2 B2 流體分析基礎(chǔ)；流體分析基礎(chǔ)；理解：理解：B1 B1 流體及其物理性質(zhì)；流體及其物理性質(zhì)；了解：了解：B5 B5 量綱分析與相似原理；量綱分析與相似原理；重點(diǎn)：重點(diǎn)：B3 B3 微分形式的基本方程；微分形式的基本方程；難點(diǎn)：難點(diǎn)：B4 B4 積分形式的基本方程；積分形式的基本方程；A緒論B1流體的物理性質(zhì)【第【第2講】講】B1.1 B1.1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)B1.3 B1.3 流體的粘性流體的粘性B1.2 B1.2 流體的易變形流體的易變形性性A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1B1.1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè) B1B1.1.1 流體的宏觀特性流體的宏觀

6、特性1)1)流體的物理屬性流體的物理屬性流體流體( (包括液體和氣體包括液體和氣體) )三個(gè)物質(zhì)基本屬性：三個(gè)物質(zhì)基本屬性：1. 1. 由大量分子組成由大量分子組成; ;2. 2. 分子不斷作隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)分子不斷作隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng); ;3. 3. 分子與分子之間存在著分子力的作用。分子與分子之間存在著分子力的作用。 A緒論B1流體的物理性質(zhì)固固、液液、氣體氣體物理屬性的差異物理屬性的差異固體固體有有一定的體積一定的體積有有一定的形狀；一定的形狀；液體液體有有一定的體積一定的體積無(wú)無(wú)一定的形狀；一定的形狀；氣體氣體無(wú)無(wú)一定的體積一定的體積無(wú)無(wú)一定的形狀。一定的形狀。A緒論B1流體的物理性質(zhì)2)2)流體的

7、力學(xué)特性流體的力學(xué)特性流體流體( (包括液體和氣體包括液體和氣體) )：分子之間的吸引力較：分子之間的吸引力較小，分子運(yùn)動(dòng)較劇烈，則分子排列松散，本小，分子運(yùn)動(dòng)較劇烈，則分子排列松散，本身不能保持一定的形狀?？箟?，不抗拉。流身不能保持一定的形狀。抗壓，不抗拉。流體在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)也不能承受切力。當(dāng)受切力體在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)也不能承受切力。當(dāng)受切力時(shí)，發(fā)生連續(xù)不斷的變形（流動(dòng)）。時(shí)，發(fā)生連續(xù)不斷的變形（流動(dòng)）。 固體固體：抗壓、拉和切力。在外力作用下發(fā)生較抗壓、拉和切力。在外力作用下發(fā)生較小的變形，到一定程度后變形就停止。小的變形，到一定程度后變形就停止。A緒論B1流體的物理性質(zhì)液體液體分子之間的距離和分

8、子的有效直徑約相分子之間的距離和分子的有效直徑約相等（分子之間的距離很近），分子之間的等（分子之間的距離很近），分子之間的距離很難被縮?。ǚQ為不可壓縮流體）。距離很難被縮?。ǚQ為不可壓縮流體）。由于分子間引力的作用，液體有力求自由于分子間引力的作用，液體有力求自身表面積收縮到最小的特性，故在大容器身表面積收縮到最小的特性，故在大容器內(nèi)只能占據(jù)一定的體積，在上部形成自由內(nèi)只能占據(jù)一定的體積，在上部形成自由分界面。分界面。A緒論B1流體的物理性質(zhì)氣體氣體因氣體分子間引力很小，熱運(yùn)動(dòng)對(duì)氣體因氣體分子間引力很小，熱運(yùn)動(dòng)對(duì)氣體特性起決定性作用，使氣體既無(wú)一定的形特性起決定性作用，使氣體既無(wú)一定的形狀也無(wú)

9、一定的體積，在大容器內(nèi)充滿整個(gè)狀也無(wú)一定的體積，在大容器內(nèi)充滿整個(gè)容器，不能形成自由分界面。容器，不能形成自由分界面。當(dāng)氣體的壓強(qiáng)和溫度變化不大且其流動(dòng)速當(dāng)氣體的壓強(qiáng)和溫度變化不大且其流動(dòng)速度遠(yuǎn)小于聲速時(shí)，可忽略氣體的壓縮性。度遠(yuǎn)小于聲速時(shí)，可忽略氣體的壓縮性。分子之間的距離較大分子之間的距離較大( (常溫常壓下，空氣常溫常壓下，空氣分子間距離為分子間距離為3 310-710-7，分子的有效直，分子的有效直徑為徑為10-810-8) )，對(duì)氣體加壓時(shí)，其體積很，對(duì)氣體加壓時(shí)，其體積很容易縮小容易縮小( (為可壓縮流體為可壓縮流體) )。A緒論B1流體的物理性質(zhì) 分子效應(yīng)分子效應(yīng) 連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介

10、質(zhì) 范圍范圍 范圍范圍 V,V,3)3)流體團(tuán)的宏觀特性流體團(tuán)的宏觀特性* *O O流體團(tuán)的流體團(tuán)的微觀特性微觀特性: :由分子運(yùn)動(dòng)決定的物理量由分子運(yùn)動(dòng)決定的物理量的隨機(jī)性和不連續(xù)性的隨機(jī)性和不連續(xù)性. .流體團(tuán)的流體團(tuán)的宏觀特性宏觀特性: :流體團(tuán)性質(zhì)表現(xiàn)為其中所流體團(tuán)性質(zhì)表現(xiàn)為其中所有分子的統(tǒng)計(jì)平均特性有分子的統(tǒng)計(jì)平均特性. .只要分子數(shù)足夠大只要分子數(shù)足夠大, ,統(tǒng)計(jì)平均值在時(shí)間上是確定的統(tǒng)計(jì)平均值在時(shí)間上是確定的, ,在空間上是連在空間上是連續(xù)的續(xù)的. .A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1B1.1.2 流體質(zhì)點(diǎn)概念流體質(zhì)點(diǎn)概念1.1.宏觀尺寸非常小宏觀尺寸非常小; ;2.2.微觀尺寸又足夠

11、大微觀尺寸又足夠大; ;3.3.包含有足夠多的流體分子包含有足夠多的流體分子; ;4.4.形狀可任意劃定。形狀可任意劃定。定義定義流體中宏觀尺寸非常小而微觀尺流體中宏觀尺寸非常小而微觀尺寸又足夠大的任意一個(gè)物理實(shí)體。寸又足夠大的任意一個(gè)物理實(shí)體。它可視為幾何點(diǎn)，體積小，包含有足夠多它可視為幾何點(diǎn)，體積小，包含有足夠多的流體分子。當(dāng)不需考慮微團(tuán)的體積和變的流體分子。當(dāng)不需考慮微團(tuán)的體積和變形，只研究其位移和各物理量時(shí)，視其為形，只研究其位移和各物理量時(shí)，視其為無(wú)體積的質(zhì)點(diǎn)。無(wú)體積的質(zhì)點(diǎn)。A緒論B1流體的物理性質(zhì)流體微團(tuán)流體微團(tuán)PAVVV Vm mmm定義定義把流體無(wú)限分割為具有均布質(zhì)量的微把流體

12、無(wú)限分割為具有均布質(zhì)量的微元，是研究流體運(yùn)動(dòng)的最小單元。元，是研究流體運(yùn)動(dòng)的最小單元。性質(zhì)性質(zhì)：流體微團(tuán)性質(zhì)：宏觀上無(wú)限小（相對(duì)飛行器流體微團(tuán)性質(zhì)：宏觀上無(wú)限?。ㄏ鄬?duì)飛行器尺寸尺寸L L），微觀上無(wú)限大（相對(duì)流體分子運(yùn)動(dòng)），微觀上無(wú)限大（相對(duì)流體分子運(yùn)動(dòng)平均自由程平均自由程l l）的質(zhì)量體。的質(zhì)量體。 V/LV/L3 31, V/1 1 （VV為為流體微團(tuán)體積）流體微團(tuán)體積） VVtlim*)(微團(tuán)微團(tuán)A緒論B1流體的物理性質(zhì)質(zhì)點(diǎn)概念質(zhì)點(diǎn)概念(1)流體質(zhì)點(diǎn)無(wú)線尺度流體質(zhì)點(diǎn)無(wú)線尺度,只作平移運(yùn)動(dòng)只作平移運(yùn)動(dòng),無(wú)變形運(yùn)動(dòng)無(wú)變形運(yùn)動(dòng);(2)流體質(zhì)點(diǎn)不作隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)流體質(zhì)點(diǎn)不作隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng),只在外力只在外

13、力作用下作宏觀運(yùn)動(dòng)作用下作宏觀運(yùn)動(dòng);(3)將以流體質(zhì)點(diǎn)為中心的周圍臨界體將以流體質(zhì)點(diǎn)為中心的周圍臨界體積范圍內(nèi)流體分子相關(guān)特性的統(tǒng)計(jì)平積范圍內(nèi)流體分子相關(guān)特性的統(tǒng)計(jì)平均值作為流體質(zhì)點(diǎn)的物理量值均值作為流體質(zhì)點(diǎn)的物理量值.VVtlim0)(質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1B1.1.3 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)1/ lL定義定義把流體看成連綿一片的、沒(méi)有間隙的、把流體看成連綿一片的、沒(méi)有間隙的、充滿了它所占據(jù)的空間的連續(xù)介質(zhì)。充滿了它所占據(jù)的空間的連續(xù)介質(zhì)。性質(zhì)性質(zhì)： 流體是連續(xù)分布的物質(zhì)，可分為均勻質(zhì)流體是連續(xù)分布的物質(zhì)，可分為均勻質(zhì)量的微元體；量的微元體； 微元體內(nèi)流體狀態(tài)服從熱力學(xué)關(guān)系；

14、微元體內(nèi)流體狀態(tài)服從熱力學(xué)關(guān)系； 流體的狀態(tài)參數(shù)在時(shí)空中是連續(xù)分布，流體的狀態(tài)參數(shù)在時(shí)空中是連續(xù)分布，并可無(wú)限可微的。并可無(wú)限可微的。連續(xù)介質(zhì)是一種力學(xué)模型連續(xù)介質(zhì)是一種力學(xué)模型 ：所考察的流體運(yùn)：所考察的流體運(yùn)動(dòng)尺度動(dòng)尺度L L遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流體分子運(yùn)動(dòng)平均自由程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流體分子運(yùn)動(dòng)平均自由程l l的情況的情況: :A緒論B1流體的物理性質(zhì)連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型流體由大量不斷運(yùn)動(dòng)的分子組成流體由大量不斷運(yùn)動(dòng)的分子組成： 微觀微觀上：上：）分子間有間隙）分子間有間隙, ,則流體的質(zhì)量則流體的質(zhì)量在空間是不連續(xù)分布；在空間是不連續(xù)分布； ）由分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致任一空間點(diǎn)上）由分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致任

15、一空間點(diǎn)上的流體物理量對(duì)時(shí)間的的流體物理量對(duì)時(shí)間的不連續(xù)不連續(xù)。宏觀宏觀上：上：流體的宏觀結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)卻明顯呈流體的宏觀結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)卻明顯呈現(xiàn)出現(xiàn)出連續(xù)性連續(xù)性。 宏觀運(yùn)動(dòng)的物理量宏觀運(yùn)動(dòng)的物理量( (壓強(qiáng)、溫度、密度和速壓強(qiáng)、溫度、密度和速度度) )是大量分子的行為和作用的平均效果。在是大量分子的行為和作用的平均效果。在流體力學(xué)中，用宏觀流體模型來(lái)代替微觀有流體力學(xué)中，用宏觀流體模型來(lái)代替微觀有空隙的分子結(jié)構(gòu)空隙的分子結(jié)構(gòu)。A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1B1.2 流體的易變形流體的易變形性性固體固體：在剪切力作用下發(fā)生變形后在剪切力作用下發(fā)生變形后可達(dá)新的靜平衡狀態(tài)?？蛇_(dá)新的靜平衡狀態(tài)。流體流體：

16、靜止流體不能承受剪切力靜止流體不能承受剪切力（只有壓強(qiáng)），任何微小的剪切力（只有壓強(qiáng)），任何微小的剪切力都能驅(qū)動(dòng)流體使之持續(xù)流動(dòng)。當(dāng)流都能驅(qū)動(dòng)流體使之持續(xù)流動(dòng)。當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體微團(tuán)的表面除壓強(qiáng)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體微團(tuán)的表面除壓強(qiáng)外，還有剪應(yīng)力。外，還有剪應(yīng)力。氣體是流體氣體是流體, ,具有流動(dòng)性。具有流動(dòng)性。A緒論B1流體的物理性質(zhì)切（剪）應(yīng)力切（剪）應(yīng)力切（剪）應(yīng)力：應(yīng)力向量在作用面切線方向的切（剪）應(yīng)力：應(yīng)力向量在作用面切線方向的分量。分量。靜止流體無(wú)切應(yīng)力（無(wú)粘性）。靜止流體無(wú)切應(yīng)力（無(wú)粘性）。性質(zhì)性質(zhì)相鄰兩微元面上的表面力是作用力相鄰兩微元面上的表面力是作用力和反作用力（大小相等方向相反）

17、。和反作用力（大小相等方向相反）。相鄰兩微元面上的正應(yīng)力和切應(yīng)力值都相等。相鄰兩微元面上的正應(yīng)力和切應(yīng)力值都相等。通過(guò)同一點(diǎn)不同面上應(yīng)力一般不相等。通過(guò)同一點(diǎn)不同面上應(yīng)力一般不相等。固體內(nèi)的切應(yīng)力由剪固體內(nèi)的切應(yīng)力由剪切變形量切變形量( (相對(duì)位移相對(duì)位移) )決定決定; ;流體內(nèi)的切應(yīng)力與變流體內(nèi)的切應(yīng)力與變形量無(wú)關(guān)形量無(wú)關(guān), ,由變形速度由變形速度( (切變率切變率) )決定決定. .A緒論B1流體的物理性質(zhì)壓強(qiáng)方向和不滑移現(xiàn)象壓強(qiáng)方向和不滑移現(xiàn)象固體重量引起的壓強(qiáng)固體重量引起的壓強(qiáng)只沿重力方向傳遞。只沿重力方向傳遞。流體平衡時(shí)壓強(qiáng)可等流體平衡時(shí)壓強(qiáng)可等值地向各個(gè)方向傳遞。值地向各個(gè)方向傳

18、遞。固體表面間的摩擦是固體表面間的摩擦是滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦; ;流體與固流體與固體表面可實(shí)現(xiàn)分子量體表面可實(shí)現(xiàn)分子量級(jí)的接觸級(jí)的接觸, ,達(dá)到表面達(dá)到表面不滑移不滑移. .WF1F2A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1B1.3 流體的粘性流體的粘性F V=ky o Vo y x 慢層 快層 流體在平衡時(shí)不能抵抗剪切力，則在平衡液流體在平衡時(shí)不能抵抗剪切力，則在平衡液體內(nèi)部不存在切應(yīng)力。體內(nèi)部不存在切應(yīng)力?？稍诹黧w運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于流體與固體分子間的可在流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于流體與固體分子間的附著力和流體內(nèi)部液體分子間的內(nèi)聚力，上附著力和流體內(nèi)部液體分子間的內(nèi)聚力，上層流體必然帶動(dòng)下層流體，而下層流體必然層流體必然帶

19、動(dòng)下層流體，而下層流體必然阻滯上層流體，微團(tuán)之間的具有抵抗相互滑阻滯上層流體，微團(tuán)之間的具有抵抗相互滑移運(yùn)動(dòng)的屬性。移運(yùn)動(dòng)的屬性。若兩板距離小若兩板距離小其速度分布近似其速度分布近似直線規(guī)律直線規(guī)律v=ky。A緒論B1流體的物理性質(zhì)流體粘性流體粘性x u V y u +duu=f(y) 定義定義: :流體運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生切應(yīng)力，流體流體運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生切應(yīng)力，流體微團(tuán)之間的具有抵抗相互滑移運(yùn)動(dòng)的屬性為微團(tuán)之間的具有抵抗相互滑移運(yùn)動(dòng)的屬性為流體的粘性。流體的粘性。由粘性作用，流體各層的速度是到物面的距由粘性作用，流體各層的速度是到物面的距離離y y的函數(shù)的函數(shù)( (不一定是直線規(guī)律不一定是直線規(guī)律)

20、 )： u=f(y)A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1B1.3.1 流體粘性的表現(xiàn)流體粘性的表現(xiàn)F V=ky o Vo y x 慢層 快層 流體流體粘性粘性表現(xiàn)在相鄰兩層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)在相鄰兩層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)有內(nèi)摩擦作用。有內(nèi)摩擦作用。粘性切向力粘性切向力:由于存在內(nèi)摩擦由于存在內(nèi)摩擦,一層流體對(duì)相一層流體對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的另一層流體產(chǎn)生阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的另一層流體產(chǎn)生阻力.通過(guò)內(nèi)摩擦作用通過(guò)內(nèi)摩擦作用,粘性切向力可在流體內(nèi)一層粘性切向力可在流體內(nèi)一層一層流動(dòng)一層流動(dòng).A緒論B1流體的物理性質(zhì)粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)粘性流體存在兩種流動(dòng)狀態(tài)粘性流體存在兩種流動(dòng)狀態(tài): :層流層流和和湍

21、流湍流. .層流層流: :是粘性流體低速流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)是粘性流體低速流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。湍流湍流: :是粘性流體高速流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。是粘性流體高速流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。層流層流湍流湍流A緒論B1流體的物理性質(zhì)流體內(nèi)摩擦力流體內(nèi)摩擦力流體內(nèi)摩擦流體內(nèi)摩擦是兩層流體間是兩層流體間分子內(nèi)聚力分子內(nèi)聚力和和分子動(dòng)量分子動(dòng)量交交換的宏觀表現(xiàn)。換的宏觀表現(xiàn)。表現(xiàn)切應(yīng)表現(xiàn)切應(yīng)力力: :兩層流體作兩層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí), ,兩層之間兩層之間的分子動(dòng)量交換表現(xiàn)為的分子動(dòng)量交換表現(xiàn)為力的作用。力的作用。 氣體以分子動(dòng)量交換為氣體以分子動(dòng)量交換為主。主。分子內(nèi)分子內(nèi)聚力聚力: :當(dāng)兩層液體作當(dāng)兩層液體作相對(duì)運(yùn)

22、動(dòng)時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí), ,兩層液體分兩層液體分子的平均距離加大子的平均距離加大, ,分子分子間的作用力表現(xiàn)為吸引間的作用力表現(xiàn)為吸引力。力。 液體以分子內(nèi)液體以分子內(nèi)聚力聚力為主。為主。v+vvA緒論B1流體的物理性質(zhì)無(wú)滑移條件無(wú)滑移條件x u V y u +duu=f(y) 流體流體粘性粘性還還表現(xiàn)在流體對(duì)固體表面具有黏附表現(xiàn)在流體對(duì)固體表面具有黏附作用。作用。無(wú)滑移條件無(wú)滑移條件：粘性使緊挨著物體表面一層流粘性使緊挨著物體表面一層流體完全貼附在物面，與物面無(wú)相對(duì)速度的無(wú)體完全貼附在物面，與物面無(wú)相對(duì)速度的無(wú)滑動(dòng)性質(zhì)?；瑒?dòng)性質(zhì)。A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1B1.3.2 牛頓粘性定律牛頓粘性定律dy

23、dutytutdtdtt/limlim00yxyxAyxdAdFAFylim0dxO y x yy 角變形速率角變形速率或或剪切變形速率剪切變形速率(切變率切變率):對(duì)偏轉(zhuǎn)對(duì)偏轉(zhuǎn)角取時(shí)間導(dǎo)數(shù)角取時(shí)間導(dǎo)數(shù) uu u t D A C B A D dydudtdyx為動(dòng)力粘度為動(dòng)力粘度(簡(jiǎn)稱粘度簡(jiǎn)稱粘度)A緒論B1流體的物理性質(zhì)牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律定義定義: :流體中的切應(yīng)力與速度梯度成正比。流體中的切應(yīng)力與速度梯度成正比。流體對(duì)板面的摩擦力為流體對(duì)板面的摩擦力為: :F=F=（VV /y)A =A /y)A =A 流體內(nèi)部的摩擦應(yīng)力流體內(nèi)部的摩擦應(yīng)力: : =V=V /y /y 牛頓內(nèi)摩擦

24、定律：流體中一點(diǎn)處的切應(yīng)力是牛頓內(nèi)摩擦定律：流體中一點(diǎn)處的切應(yīng)力是y y坐坐標(biāo)的函數(shù)標(biāo)的函數(shù)。=du /dy=du /dy式中式中 為單位面積上的摩擦力，即切應(yīng)力；為單位面積上的摩擦力，即切應(yīng)力；x u=u(y) = (y)y y dy u +duu u=u(y) A緒論B1流體的物理性質(zhì)牛頓流體牛頓流體dudu /dydydudu /dydyo oo o非牛頓型流體：不適非牛頓型流體：不適合合牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律的流體。的流體。如：懸浮液如：懸浮液, ,聚合物聚合物溶液或原油、水泥溶液或原油、水泥漿、血液等。漿、血液等。牛頓型流體：凡符合切應(yīng)力牛頓型流體：凡符合切應(yīng)力與速度梯度成正比

25、與速度梯度成正比,可用通可用通過(guò)原點(diǎn)的直線所表示的流體。過(guò)原點(diǎn)的直線所表示的流體。 為常數(shù)的流體為常數(shù)的流體.常見(jiàn)的簡(jiǎn)單的粘性流體常見(jiàn)的簡(jiǎn)單的粘性流體,如如常溫常壓下的空氣和其他氣常溫常壓下的空氣和其他氣體體,水水,酒精酒精,稀油等。稀油等。A緒論B1流體的物理性質(zhì)例例B1.1 B1.1 圓管定常流動(dòng)粘性切應(yīng)力圓管定常流動(dòng)粘性切應(yīng)力y yx xR Ru(r)u(r)rRQrRQdrdu444)2(23444RQrRQRrw0404rwrRQ(r)(r)設(shè)粘度為設(shè)粘度為的流體的流體,在半徑為在半徑為R的的圓管內(nèi)作定常流動(dòng)圓管內(nèi)作定常流動(dòng),流量為流量為Q.圓管截面上速度分布為圓管截面上速度分布為u

26、(r),求管截面上的切應(yīng)力分布求管截面上的切應(yīng)力分布,壁面切壁面切應(yīng)力和管軸上的切應(yīng)力應(yīng)力和管軸上的切應(yīng)力.解：由牛頓粘性定律解：由牛頓粘性定律,管截面上的切應(yīng)力分布管截面上的切應(yīng)力分布壁面切應(yīng)力壁面切應(yīng)力管軸上的切應(yīng)力管軸上的切應(yīng)力A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1B1.3.2 粘度粘度yxyxdydu/定義（定義（粘性系數(shù)或粘度粘性系數(shù)或粘度）:是流體是流體粘性大小的一種度量。不同的流體有不粘性大小的一種度量。不同的流體有不同的同的值。值。粘度大的流體產(chǎn)生的切變率小粘度大的流體產(chǎn)生的切變率小, ,流得慢流得慢. .單位單位: : 帕帕 秒秒 P Pa a s s 或或 N s / mN s /

27、m2 2或或kg/(ms)kg/(ms) 。量綱量綱:ML:ML-1-1T T-1-1A緒論B1流體的物理性質(zhì)y yx xu(y)u(y)d dU U粘度粘度物理意義物理意義物理意義：?jiǎn)挝凰俣忍荻认碌奈锢硪饬x：?jiǎn)挝凰俣忍荻认碌那袘?yīng)力，切應(yīng)力，的大小可直接判斷流體粘性的大小。的大小可直接判斷流體粘性的大小。粘性系數(shù)粘性系數(shù)的確定：平板作直線勻速運(yùn)動(dòng)的確定：平板作直線勻速運(yùn)動(dòng) =Td/AU=Td/AU式中：式中：T T拉力拉力, d, d平板距離平板距離, , A A平板面積平板面積, U, U平板運(yùn)動(dòng)速度。平板運(yùn)動(dòng)速度。A緒論B1流體的物理性質(zhì)流體粘度的變化規(guī)律流體粘度的變化規(guī)律 流體流體粘度隨

28、粘度隨溫度溫度和和壓強(qiáng)壓強(qiáng)而變化。而變化。液體液體和和氣體氣體粘度變化規(guī)律粘度變化規(guī)律不同不同（由于分子（由于分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和分和分子子運(yùn)動(dòng)機(jī)理運(yùn)動(dòng)機(jī)理不同）。不同）。1)1)液體液體粘度：取決于分子間距和分子引力。粘度：取決于分子間距和分子引力。當(dāng)溫度當(dāng)溫度或壓強(qiáng)或壓強(qiáng)：液體膨脹：液體膨脹, ,分子間距增大分子間距增大, ,分子分子引力減小引力減小, ,故故(因分子內(nèi)聚力因分子內(nèi)聚力)。反之，。反之，。 2)2)氣體氣體粘度粘度: :取決于分子熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)量交換。取決于分子熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)量交換。氣體粘度的統(tǒng)計(jì)平均值：氣體粘度的統(tǒng)計(jì)平均值： =1/3vl=1/3vl分子運(yùn)動(dòng)平均速度分子運(yùn)動(dòng)

29、平均速度v v及分子平均自由程及分子平均自由程l l均與溫度成均與溫度成正比正比, ,與壓強(qiáng)成反比。與壓強(qiáng)成反比。 當(dāng)溫度當(dāng)溫度：氣體的：氣體的（因氣體分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)加（因氣體分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇）。反之，?。７粗?，。A緒論B1流體的物理性質(zhì)空氣粘度的變化規(guī)律空氣粘度的變化規(guī)律 5 . 10273273TSTSuunTTuu00在在t=0 （T=273K）: 0 0=1.6810 -5-5PasPas 。蘇士蘭蘇士蘭近似公式近似公式: : ( (蘇士蘭常數(shù)蘇士蘭常數(shù)S=110.4K)S=110.4K)指數(shù)近似公式指數(shù)近似公式: :當(dāng)當(dāng)90K90KT T300K: n=8/9300K: n=8/

30、9 當(dāng)當(dāng)400K400KT T500K: n=0.75500K: n=0.75 A緒論B1流體的物理性質(zhì)流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù) 定義定義:為動(dòng)力粘性系數(shù)為動(dòng)力粘性系數(shù)與密度與密度的比值的比值。又稱動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)又稱動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù), ,與流動(dòng)穩(wěn)定性有關(guān)與流動(dòng)穩(wěn)定性有關(guān). . =/ ( =/ (單位單位m m2 2/s)/s)當(dāng)當(dāng)T=288K,p=101.325kPaT=288K,p=101.325kPa時(shí)時(shí): : =1.4607=1.460710 -5 -5 m m2 2/s/s物理意義：只適合于判別密度幾乎恒定的同物理意義：只適合于判別密度幾乎恒定的同一種流體在不同溫度壓強(qiáng)下粘性的變

31、化情況一種流體在不同溫度壓強(qiáng)下粘性的變化情況。A緒論B1流體的物理性質(zhì)例例B1.2 B1.2 溫度對(duì)粘度的影響溫度對(duì)粘度的影響在切應(yīng)力在切應(yīng)力=10=10-3-3PaPa作用下作用下,20,20的空氣和水產(chǎn)生的切的空氣和水產(chǎn)生的切變率分別為變率分別為55.2s55.2s- 1- 1和和0.998s0.998s- 1- 1; ;密度分別為密度分別為1.205kg/m1.205kg/m3 3和和998.2kg/m998.2kg/m3 3.求求(1)空氣和水在空氣和水在2020時(shí)的粘度時(shí)的粘度; ; (2)空氣和水在空氣和水在2020時(shí)的粘度比值時(shí)的粘度比值; ; (3)空氣和水在空氣和水在2020

32、時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度比值時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度比值. .解解(1) 空氣空氣=0.001Pa/55.2s-1=1.8210-5Pas 水水=0.001Pa/0.998s-1=1.00210-3Pas (2)水水/空氣空氣=(1.00210-3Pas)/(1.8210-5Pas)=55.4 (3) 空氣空氣/ 水水= (1.8210-5Pas 998.2kg/m998.2kg/m3 3) ) /( /(1.00210-3Pas 1.205kg/m1.205kg/m3 3)=14.96)=14.96A緒論B1流體的物理性質(zhì)【第【第3講】講】B1.4 B1.4 流體的其他物理性質(zhì)流體的其他物理性質(zhì)B1.5 B1.5

33、流體模型分類流體模型分類A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1.4 B1.4 流體的其他物理性質(zhì)流體的其他物理性質(zhì)B1.4.1 B1.4.1 流體的可壓縮性流體的可壓縮性1.1.流體的密度流體的密度, ,重度與比重重度與比重(1)(1)密度密度質(zhì)量質(zhì)量m m是描述流體是描述流體運(yùn)動(dòng)慣性運(yùn)動(dòng)慣性的物理量的物理量. .密度密度是流體是流體質(zhì)量質(zhì)量在空間的在空間的密集程度密集程度. .密度的單位密度的單位:kg/m:kg/m3 3流體的流體的可壓縮性可壓縮性:流體的體積流體的體積(密度密度)在壓力的作用下發(fā)生改變的性質(zhì)在壓力的作用下發(fā)生改變的性質(zhì).ddmmtzyxtlim0),(xoyz(x,y,z)(m)A

34、緒論B1流體的物理性質(zhì)應(yīng)力應(yīng)力nxpxzyn O dzpypzdydxP dAdFAFTAnlim0應(yīng)力：應(yīng)力：有限體表面微元面積上單位面積的表面力。有限體表面微元面積上單位面積的表面力。（一點(diǎn)的流體靜壓強(qiáng)）（一點(diǎn)的流體靜壓強(qiáng)）應(yīng)力與它的作用面方向有關(guān)，應(yīng)力與它的作用面方向有關(guān)，作用面法向量以指向作用面法向量以指向域外為正。域外為正。定義定義正應(yīng)力：應(yīng)力正應(yīng)力：應(yīng)力向量在作用向量在作用面法線方向的分量。面法線方向的分量。（指向作用力面外為正，拉力）（指向作用力面外為正，拉力）流體中的法向應(yīng)力為壓強(qiáng)流體中的法向應(yīng)力為壓強(qiáng)（指向作用力面內(nèi)為正，壓力）（指向作用力面內(nèi)為正，壓力）A緒論B1流體的物理

35、性質(zhì)nxpxzyn O dzpypzdydxP 壓強(qiáng)壓強(qiáng)( (力力/ /長(zhǎng)度長(zhǎng)度2 2) )單位單位:kg/ms:kg/ms2 2(N/m(N/m2 2) )， 國(guó)際單位國(guó)際單位:Pa:Pap px x = p= p同理同理: p: py y = p= p p pz z = p= p結(jié)論結(jié)論無(wú)粘流體內(nèi)部一點(diǎn)無(wú)粘流體內(nèi)部一點(diǎn)的壓強(qiáng)的壓強(qiáng),其值與壓力方向無(wú)關(guān)。其值與壓力方向無(wú)關(guān)。流體內(nèi)部一點(diǎn)處的壓強(qiáng)流體內(nèi)部一點(diǎn)處的壓強(qiáng)A緒論B1流體的物理性質(zhì)(2)(2)重度重度 重度重度(g)(g): :重量密度重量密度. .若不指明溫度若不指明溫度, ,水的重度水的重度:9810kg/m:9810kg/m2 2

36、s s2 2(3)(3)比重比重 比重比重(SG)(SG): :液體的重度與液體的重度與44時(shí)水的重度的時(shí)水的重度的比值比值. .)4(2CSGOHA緒論B1流體的物理性質(zhì)2.2.體積模量與聲速體積模量與聲速/ddpVdVdpKKddpc氣體的彈性：氣體的彈性：壓強(qiáng)增量對(duì)氣體的單位比體積增量壓強(qiáng)增量對(duì)氣體的單位比體積增量之比。之比。比體積比體積: :單位質(zhì)量所占的體積單位質(zhì)量所占的體積, ,密度的倒數(shù)。密度的倒數(shù)。單位比體積增量單位比體積增量：d(1/)/(1/) = - d/d(1/)/(1/) = - d/體積彈性模量體積彈性模量( (體積模量體積模量) )：壓強(qiáng)的變化引起流體：壓強(qiáng)的變化

37、引起流體體積和密度的變化體積和密度的變化. .氣體的彈性取決于它的密度和聲速。氣體的彈性取決于它的密度和聲速。氣體是一種可壓縮流體。氣體是一種可壓縮流體。聲速聲速(c):流體內(nèi)聲音的傳播速度流體內(nèi)聲音的傳播速度.A緒論B1流體的物理性質(zhì)VV p +p+pp 流體的可壓縮性流體的可壓縮性V T T V -V-V 流體的流體的(體積體積)壓縮率壓縮率：當(dāng)溫度不變時(shí)，每增加單位壓當(dāng)溫度不變時(shí)，每增加單位壓強(qiáng)所產(chǎn)生的流體體積相對(duì)變化率。強(qiáng)所產(chǎn)生的流體體積相對(duì)變化率。定義：在一定溫度下升高一個(gè)單位壓強(qiáng)時(shí)，流定義：在一定溫度下升高一個(gè)單位壓強(qiáng)時(shí)，流體體積的相對(duì)縮小量。體體積的相對(duì)縮小量。=lim=limp

38、0p0- -(V/V)/p)= -(1/V)(dV/dp)V/V)/p)= -(1/V)(dV/dp) = = -(1/)(d/dp)=1/E -(1/)(d/dp)=1/E 單位：?jiǎn)挝唬篜aPa-1-1 當(dāng)氣體等溫時(shí)：當(dāng)氣體等溫時(shí)： =1/p=1/p壓強(qiáng)壓強(qiáng)越高，氣體越高，氣體壓縮率越小，壓縮率越小，壓縮越困難。壓縮越困難。當(dāng)當(dāng)p=10p=1010 5 5Pa,Pa,空氣空氣=110 -6-6PaPa-1-1 液體的液體的等溫等溫= 0.510 -9-9PaPa-1-1 A緒論B1流體的物理性質(zhì)V V -V T T V p +pp 流體的體積模量流體的體積模量工程上可用工程上可用的倒數(shù)的倒數(shù)

39、K K表示表示壓縮性。壓縮性。K K的物理意義：流體的體積模量，單位為帕的物理意義：流體的體積模量，單位為帕P Pa a。K K越大越大(越小越小)，流體越不易壓縮。，流體越不易壓縮。v v ，K K的數(shù)值是隨溫度，壓強(qiáng)變化的。對(duì)液體，的數(shù)值是隨溫度，壓強(qiáng)變化的。對(duì)液體，這些系數(shù)變化不大。這些系數(shù)變化不大。氣體通常為可壓縮的，但當(dāng)氣流速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于當(dāng)?shù)貧怏w通常為可壓縮的，但當(dāng)氣流速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于當(dāng)?shù)芈曀贂r(shí)，氣體密度的相對(duì)變化率很小，幾乎可忽略聲速時(shí)，氣體密度的相對(duì)變化率很小，幾乎可忽略不計(jì)，可把低速氣流不計(jì)，可把低速氣流作為不可壓縮流體處理。作為不可壓縮流體處理。A緒論B1流體的物理性質(zhì)V V +V

40、 T V pp T +T 流體的體流體的體(膨膨)脹性脹性 流體的體（膨）脹系數(shù)流體的體（膨）脹系數(shù)v v ：當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，每增加單位溫度所產(chǎn)生的當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，每增加單位溫度所產(chǎn)生的流體體積相對(duì)變化率。流體體積相對(duì)變化率。v v =lim =limT0T0 (V/V)/TV/V)/T =(1/V)(dV/dT) =(1/V)(dV/dT) 單位：?jiǎn)挝唬篕 K-1-1當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)：當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)： v v=1/T=1/T溫度越低，氣體的溫度越低，氣體的體體(膨膨)脹系數(shù)越大。脹系數(shù)越大。A緒論B1流體的物理性質(zhì)3. 3. 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 氣體的狀態(tài)方程：氣體的狀態(tài)方程：p=pp=p（,T,T）完

41、全氣體完全氣體：氣體分子運(yùn)動(dòng)論中所使用的一種模型氣：氣體分子運(yùn)動(dòng)論中所使用的一種模型氣體。體。假設(shè)假設(shè)氣體分子為完全彈性的微小球形粒子，內(nèi)氣體分子為完全彈性的微小球形粒子，內(nèi)聚力很小，可忽略，只在碰撞時(shí)才起作用。微粒的聚力很小，可忽略，只在碰撞時(shí)才起作用。微粒的體積與氣體所占體積相比較，可忽略。體積與氣體所占體積相比較，可忽略?？諝馐峭耆珰怏w?？諝馐峭耆珰怏w。完全氣體的狀態(tài)方程：完全氣體的狀態(tài)方程： p=RTp=RTRR氣體常數(shù)氣體常數(shù), ,空氣為空氣為287 N.m/(kg.K)287 N.m/(kg.K)pp、TT氣體的密度氣體的密度。 A緒論B1流體的物理性質(zhì)例例B1.3 B1.3 水的

42、可壓縮性水的可壓縮性 1)(30007aapp07. 1/100/1073)4(332mkgmkgCSGOH042. 1)30003000/(7/1aapp海水的密度與壓強(qiáng)關(guān)系海水的密度與壓強(qiáng)關(guān)系: :設(shè)海面上水的密度為設(shè)海面上水的密度為a a=1030kg/m=1030kg/m3 3, ,求在海深求在海深10km10km處水的密度處水的密度, ,重度和比重重度和比重. . 解解 壓強(qiáng)比壓強(qiáng)比:p/pa=1000密度密度:= (1030kg/m3)1.042=1073kg/m3比重比重:A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1.4.1 B1.4.1 表面張力表面張力表面力：表面力：外力是周圍流體或作用在微

43、團(tuán)表面上外力是周圍流體或作用在微團(tuán)表面上 (它和力作用面大小成正比它和力作用面大小成正比)。是有限體積的流。是有限體積的流體表面上受到周圍流體或物體的接觸力體表面上受到周圍流體或物體的接觸力 (分布分布于有限體表面于有限體表面)。兩種表面力：兩種表面力：沿沿表面內(nèi)法線方向的壓力。表面內(nèi)法線方向的壓力。 沿沿表面切向的摩擦力。表面切向的摩擦力。 表面張力表面張力：指液體與氣體指液體與氣體另一種不相溶的液另一種不相溶的液體或固體接觸時(shí)體或固體接觸時(shí), ,在交界面表面層內(nèi)表現(xiàn)出的在交界面表面層內(nèi)表現(xiàn)出的張力張力. . （流體內(nèi)部不存在拉力和張力）（流體內(nèi)部不存在拉力和張力）A緒論B1流體的物理性質(zhì)1

44、. 1. 表面張力的產(chǎn)生表面張力的產(chǎn)生液體內(nèi)部液體內(nèi)部: :分子各方向所受的引力相互平衡分子各方向所受的引力相互平衡. .液體表面層液體表面層: :有收縮的趨勢(shì)來(lái)降低表面自由能有收縮的趨勢(shì)來(lái)降低表面自由能. .CCA緒論B1流體的物理性質(zhì)1). 1). 流體的界面現(xiàn)象和性質(zhì)流體的界面現(xiàn)象和性質(zhì) Z =ndx n dx Y X 界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象：流體和固體或流體另一流體交界面處的：流體和固體或流體另一流體交界面處的力學(xué)和熱力學(xué)現(xiàn)象。力學(xué)和熱力學(xué)現(xiàn)象。. .流流- -固界面上流體溫度和速度的連續(xù)性固界面上流體溫度和速度的連續(xù)性微元兩側(cè)的流體速度和溫度相等，應(yīng)力向量大小相微元兩側(cè)的流體速度和溫度相等

45、，應(yīng)力向量大小相等、方向向反。等、方向向反。T Tn n= T= T n n V Vn n= V= V n n T Tn n= -= -T T n n 理想流體界面上不可穿越條件：理想流體界面上不可穿越條件：理想流體界面上不存在剪切力理想流體界面上不存在剪切力, ,界面上可滑移界面上可滑移, ,但不可穿越。但不可穿越。V Vn nn n= -= -V V n nn n p p+n+n=p=pnnA緒論B1流體的物理性質(zhì)互不摻混流體界面上的表面張力和互不摻混流體界面上的表面張力和界面上的應(yīng)力平衡條件界面上的應(yīng)力平衡條件Z =ndx n dx Y X 表面張力表面張力: :把界面分割成兩部分，則在

46、分割線上必有某種張力把界面分割成兩部分，則在分割線上必有某種張力使界面處于平衡。使界面處于平衡。 表面張力系數(shù)表面張力系數(shù)( (毛細(xì)常量毛細(xì)常量)：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的表面張力。：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的表面張力。表面張力系數(shù)和界面兩側(cè)的介質(zhì)有關(guān)，并隨溫度的升高而減表面張力系數(shù)和界面兩側(cè)的介質(zhì)有關(guān)，并隨溫度的升高而減小。小。表面張力的合力：表面張力的合力：= = (1/R1/R1 1+1/R+1/R2 2)AAk k力平衡關(guān)系：力平衡關(guān)系： （T Tnnnn）- - -（T Tnnnn）+ +(1/R1/R1 1+1/R+1/R2 2)=0=0在理想流體：在理想流體： T Tnnnn= - p= - p p=pp=p

47、- p p=(1/R1/R1 1+1/R+1/R2 2） p p為界面凸面一側(cè)的壓強(qiáng)；為界面凸面一側(cè)的壓強(qiáng)；p p為界面凸面一側(cè)的壓強(qiáng)。為界面凸面一側(cè)的壓強(qiáng)。當(dāng)氣泡平衡時(shí)，泡內(nèi)壓強(qiáng)大于泡外液體壓強(qiáng)，當(dāng)氣泡平衡時(shí)，泡內(nèi)壓強(qiáng)大于泡外液體壓強(qiáng)，氣泡愈小，內(nèi)外壓差愈大。氣泡愈小，內(nèi)外壓差愈大。A緒論B1流體的物理性質(zhì)介質(zhì)介質(zhì)2 12 n固壁固壁 固壁固壁 n介質(zhì)介質(zhì)1 介質(zhì)介質(zhì)2 介質(zhì)介質(zhì)1 介質(zhì)介質(zhì)3 介質(zhì)介質(zhì)1 23 31 2.2.固液表面現(xiàn)象固液表面現(xiàn)象接觸線：兩種介質(zhì)之間的界面與固壁交于一曲線。接觸線：兩種介質(zhì)之間的界面與固壁交于一曲線。平衡狀態(tài)時(shí)，交線或接觸線上三個(gè)表面張力和合力為零：平衡狀

48、態(tài)時(shí)，交線或接觸線上三個(gè)表面張力和合力為零： 121223233131=0=0接觸角：在接觸線上流體界面與固壁面的（法向）夾角。接觸角：在接觸線上流體界面與固壁面的（法向）夾角。 法向：流體界面法線指向該流體一側(cè)；固壁上法線指向固法向：流體界面法線指向該流體一側(cè)；固壁上法線指向固壁內(nèi)側(cè)。壁內(nèi)側(cè)。 接觸角大小，取決于固壁材料與流體的性質(zhì)。接觸角大小，取決于固壁材料與流體的性質(zhì)。介質(zhì)介質(zhì)2(2(空氣空氣) )、介質(zhì)、介質(zhì)1(1(水水) )、固壁、固壁( (玻璃玻璃) )：9090介質(zhì)介質(zhì)2(2(空氣空氣) )、介質(zhì)、介質(zhì)1(1(水銀水銀) )、固壁、固壁( (玻璃玻璃) )：90 90 A緒論B1

49、流體的物理性質(zhì) pa pa H 水或酒精（易浸潤(rùn)）水或酒精（易浸潤(rùn)） 水銀（不易浸潤(rùn)）水銀（不易浸潤(rùn)） 毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象接觸角愈小，該流體在固壁上越容易濕潤(rùn)。接觸角愈小，該流體在固壁上越容易濕潤(rùn)。 接觸角接觸角=0=0：液體和固壁完全浸潤(rùn)；：液體和固壁完全浸潤(rùn)；接觸角接觸角=180=180：液體和固壁非浸潤(rùn)；：液體和固壁非浸潤(rùn)；毛細(xì)現(xiàn)象：由于氣、液、固界面之間的浸潤(rùn)作用，毛細(xì)現(xiàn)象：由于氣、液、固界面之間的浸潤(rùn)作用，在垂直毛細(xì)管中，液體高于或低于周圍連通的液在垂直毛細(xì)管中，液體高于或低于周圍連通的液面的現(xiàn)象。面的現(xiàn)象。 A緒論B1流體的物理性質(zhì)B1.5 B1.5 流體模型分類流體模型分類 B1.

50、5.1 B1.5.1 無(wú)粘性流體與粘性流體無(wú)粘性流體與粘性流體理想流體：是流體力學(xué)中的一個(gè)重要理想流體：是流體力學(xué)中的一個(gè)重要假設(shè)模型假設(shè)模型。假定不存在粘性，即其粘度假定不存在粘性，即其粘度=0(=0(或運(yùn)動(dòng)粘度或運(yùn)動(dòng)粘度v=0)v=0)的的流體為流體為理想流體理想流體或或無(wú)粘性流體無(wú)粘性流體。這種流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)不僅內(nèi)部不存在摩擦力，而且在這種流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)不僅內(nèi)部不存在摩擦力，而且在它與固體接觸的邊界上也不存在摩擦力。它與固體接觸的邊界上也不存在摩擦力。理想流體雖然事實(shí)不存在，卻有重大的理論和實(shí)際理想流體雖然事實(shí)不存在，卻有重大的理論和實(shí)際價(jià)值。因?yàn)橛行﹩?wèn)題價(jià)值。因?yàn)橛行﹩?wèn)題( (如邊界層外的

51、流動(dòng)區(qū)域如邊界層外的流動(dòng)區(qū)域) )粘性粘性并不起重大作用，忽略粘性可容易地分析其力學(xué)關(guān)并不起重大作用，忽略粘性可容易地分析其力學(xué)關(guān)系，所得結(jié)果與實(shí)際較接近。系，所得結(jié)果與實(shí)際較接近。理想流體：包括理想流體：包括理想不可壓縮流體理想不可壓縮流體( (液體液體) )和和理想可理想可壓縮氣體壓縮氣體。A緒論B1流體的物理性質(zhì)粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)粘性流體存在兩種流動(dòng)狀態(tài)粘性流體存在兩種流動(dòng)狀態(tài): :層流層流和和湍流湍流. .層流層流: :是粘性流體低速流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)是粘性流體低速流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。湍流湍流: :是粘性流體高速流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。是粘性流體高速流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。層

52、流層流湍流湍流A緒論B1流體的物理性質(zhì)ct vt ct vt vt ct ct o o o o o o o B1.5.2 B1.5.2 可壓縮流體與不可壓縮流體可壓縮流體與不可壓縮流體當(dāng)氣體做低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于氣體壓強(qiáng)變化較小，引當(dāng)氣體做低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于氣體壓強(qiáng)變化較小，引起的密度變化也很小，通?？梢院雎詺怏w的壓縮性，起的密度變化也很小，通?？梢院雎詺怏w的壓縮性，而把低速氣體流動(dòng)當(dāng)做而把低速氣體流動(dòng)當(dāng)做不可壓縮流體不可壓縮流體處理。處理。當(dāng)氣體做高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，或?yàn)榇篑R赫數(shù)流動(dòng)當(dāng)氣體做高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，或?yàn)榇篑R赫數(shù)流動(dòng)(Ma(Ma0)0)時(shí)時(shí), ,氣體的壓強(qiáng)和密度有顯著的變化，則流動(dòng)必須按氣體的壓強(qiáng)和密度有顯著的變化，則流動(dòng)必須按可壓縮流體可壓縮流體處理。處理。 馬赫數(shù)馬赫數(shù)(Ma):(Ma):流體速度流體速度u u與當(dāng)?shù)芈曀倥c當(dāng)?shù)芈曀賑 c之比。之比。Ma=V/cMa=V/c MaMa1 1亞聲速流動(dòng)；亞聲速流動(dòng)；Ma= 1Ma= 1臨界狀態(tài)；臨界狀態(tài)；Ma1Ma1跨聲速流動(dòng)；跨聲速流動(dòng)；MaMa1 1超聲速流動(dòng)；超聲速流動(dòng)；Ma1Ma1高超聲速流動(dòng)；高超聲速流動(dòng)；A緒論B1流體的物理性質(zhì)例例B1.4 B1.4 低速流動(dòng)氣體的可壓縮性低速流動(dòng)氣體的可壓縮性20)/(5 . 01/