1、流體力學與流體機械一課件流體力學與流體機械一課件第一章 流體及其物理性質(zhì)第一節(jié) 流體的定義和特征第二節(jié) 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)第三節(jié) 流體的密度和重度第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律第六節(jié) 液體的表面性質(zhì)第一章 流體及其物理性質(zhì)第一節(jié) 流體的定義和特征第一節(jié) 流體的定義和特征內(nèi) 容 提 要 1、流體的定義 2、流體的流動性 3、流體與固體的區(qū)別 4、液體與氣體的區(qū)別第一節(jié) 流體的定義和特征內(nèi) 容 提 要第一節(jié) 流體的定義和特征 物質(zhì)存在的形態(tài)有三種：固體、液體和氣體。 我們通常把能夠流動的液體和氣體統(tǒng)稱為流體。 從力學角度來說，流體在受到微小的剪切力作用時，將連續(xù)

2、不斷地發(fā)生變形(即流動)，直到剪切力的作用消失為止。所以，流體可以這樣來定義： 在任何微小剪切力作用下能夠連續(xù)變形的物質(zhì)叫作流體。 流體和固體由于分子結(jié)構(gòu)和分子間的作用力不同，因此，它們的性質(zhì)也不同。在相同體積的固體和流體中，流體所含有的分子數(shù)目比固體少得多，分子間距就大得多，因此，流體分子間的作用力很小，分子運動強烈，從而決定了流體具有流動性，而且流體也沒有固定的形狀。 第一節(jié) 流體的定義和特征 物質(zhì)第一節(jié) 流體的定義和特征 流體與固體相比有以下區(qū)別： (1)固體既能夠抵抗法向力壓力和拉力，也能夠抵抗切向力。而流體僅能夠抵抗壓力，不能夠承受拉力，也不能抵抗拉伸變形。另外，流體即使在微小的切向

3、力作用下，也很容易變形或流動。 (2)在彈性限度內(nèi)，固體的形變是遵循應(yīng)變與所作用的應(yīng)力成正比這一規(guī)律(彈性定律)的；而對于流體，則是遵循應(yīng)變速率與應(yīng)力成正比的規(guī)律的。 (3)固體的應(yīng)變與應(yīng)力的作用時間無關(guān)，只要不超過彈性極限，作用力不變時，固體的變形也就不再變化，當外力去除后，形變也就消失；對于流體，只要有應(yīng)力作用，它將連續(xù)變形(流動)，當應(yīng)力去除后，它也不再能恢復到原來的形狀。第一節(jié) 流體的定義和特征 流體與固體相比有以下區(qū)第一節(jié) 流體的定義和特征 液體和氣體雖都屬于流體，但兩者之間也有所不同。液體的分子間距和分子的有效直徑相當。當對液體加壓時，只要分子間距稍有縮小，分子間的排斥力就會增大，

4、以抵抗外壓力。所以液體的分子間距很難縮小，即液體很難被壓縮。以致一定質(zhì)量的液體具有一定的體積。液體的形狀取決于容器的形狀，并且由于分子間吸引力的作用，液體有力求自己表面積收縮到最小的特性。所以，當容器的容積大于液體的體積時，液體不能充滿容器，故在重力的作用下，液體總保持一個自由表面，通常稱為水平面。 氣體的分子間距比液體大，在標準狀態(tài)(0,101325Pa)下，氣體的平均分子間距約為3.3106mm，其分子的平均直徑第一節(jié) 流體的定義和特征 液體和氣體雖都屬于流體第一節(jié) 流體的定義和特征 約為2.5107 mm。分子間距比分子平均直徑約大十倍。因此，只有當分子間距縮小得很多時，分子間才會出現(xiàn)排

5、斥力?？梢?，氣體是很容易被壓縮的。此外，因氣體分子間距與分子平均直徑相比很大，以致分子間的吸引力很微小，而分子熱運動起決定性作用，所以氣體沒有一定的形狀，也沒有固定的體積，它總是能均勻地充滿容納它的容器而形成不了自由表面。第一節(jié) 流體的定義和特征 約為2.5107 mm。分第二節(jié) 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)內(nèi) 容 提 要 1、流體微團的概念 2、把流體作為連續(xù)性介質(zhì)假設(shè)的意義 3、把流體作為連續(xù)性介質(zhì)假設(shè)的合理性第二節(jié) 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)內(nèi) 容 提 要第二節(jié) 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè) 眾所周知，任何流體都是由無數(shù)的分子組成的，分子與分子之間具有一定的空隙。這就是說，從微觀的角度來看，流體并不是連

6、續(xù)分布的物質(zhì)。但是，流體力學所要研究的并不是個別分子的微觀運動，而是研究由大量分子組成的宏觀流體在外力作用下的機械運動。我們所測量的流體的密度、速度和壓力等物理量,正是大量分子宏觀效應(yīng)的結(jié)果。因此，在流體力學中，取流體微團來代替流體的分子作為研究流體的基元。所謂流體微團是指一塊體積為無窮小的微量流體。由于流體微團的尺寸極其微小，故可作為流體質(zhì)點來看待。這樣，流體就可以看成是由無限多的連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成的連續(xù)介質(zhì)。第二節(jié) 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè) 眾所周知，任何流第二節(jié) 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè) 這種對流體的連續(xù)性假設(shè)是合理的。因為在流體介質(zhì)中，流體微團雖小，但卻包含著為數(shù)眾多的分子。例如，在

7、標準狀態(tài)下，1mm3的氣體中含有2.71016個分子；1mm3的液體中含有31019個分子?？梢姡肿又g的間隙是極其微小的。因此，在研究流體的宏觀運動時，可以忽略分子間的空隙，而認為流體是連續(xù)介質(zhì)。 當把流體看作是連續(xù)介質(zhì)以后，表征流體屬性的各物理量(如流體的密度、速度、壓力、溫度、粘度等)在流體中也應(yīng)該是連續(xù)分布的。這樣就可將流體的各物理量看作是空間坐標和時間的連續(xù)函數(shù)，從而可以引用連續(xù)函數(shù)的解析方法等數(shù)學工具來研究流體的平衡和運動規(guī)律。第二節(jié) 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè) 這種對流體的連續(xù)第二節(jié) 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè) 把流體作為連續(xù)介質(zhì)來處理，對于大部分工程技術(shù)問題都是正確的，但對于某些特殊

8、問題則是不適用的。例如，火箭在高空非常稀薄的氣體中飛行以及高真空技術(shù)中，其分子間距與設(shè)備尺寸可以比擬，不再可以忽略不計。這時不能再把流體看成是連續(xù)介質(zhì)來研究，而需要運用分子運動論的微觀方法來研究。第二節(jié) 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè) 把流體作為連續(xù)介第三節(jié) 流體的密度和重度內(nèi) 容 提 要一、 流體的密度二、 流體的重度三、 流體的比重和比容第三節(jié) 流體的密度和重度內(nèi) 容 提 要第三節(jié) 流體的密度和重度 一、流體的密度 單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為流體的密度。它表示流體質(zhì)量在空間分布的密集程度。 對于流體中各點密度相同的均勻流體，其密度為 (11) 式中 流體的密度(kg/m3)； m流體的質(zhì)量(kg

9、)； V流體的體積(m3)。 對于各點密度不同的非均勻流體，在流體的空間中某點取包含該點的微小體積V，該體積內(nèi)流體的質(zhì)量為m，則該點的密度為 (1-2)第三節(jié) 流體的密度和重度 一、流體的密度第三節(jié) 流體的密度和重度 二、流體的重度 單位體積流體所具有的重量，即作用在單位體積流上的重力稱為流體的重度。它表示流體重量在空間分布的密集程度。 均勻流體的重度為 (1-3) 式中 流體的重度(N/m3)； G流體的重量(N)； V流體的體積(m3)。 對于各點重度不同的非均勻流體，某點的重度為 (1-4) 式中 V包含某點的微小體積；第三節(jié) 流體的密度和重度 二、流體的重度第三節(jié) 流體的密度和重度 G

10、該體積內(nèi)的流體重量。 在地球的重力場中，流體的密度和流體的重度之間的關(guān)系為 (1-5) 注意：流體的密度與地理位置無關(guān)，而流體的重度由于與重力加速度g有關(guān)，所以它將隨地理位置的變化而變化。 三、流體的比重和比容 應(yīng)該注意，不要把流體的重度和流體的比重混淆起來。在工程上，液體的比重是指液體的密度或重度與標準大氣壓下4純水的密度或重度之比，用S表示。 即 (1-6) 它是一個無因次量。第三節(jié) 流體的密度和重度 G該體積內(nèi)的流體第三節(jié) 流體的密度和重度 氣體的比重，是指某氣體的密度或重度與在某給定的壓力和溫度下空氣或氫氣的密度或重度之比。它沒有統(tǒng)一的規(guī)定，必須視給定的條件而定。 流體密度的倒數(shù)稱作比

11、容，即單位質(zhì)量的流體所占有的體積，用來表示，單位為m3/kg，即 (1-7) 我們經(jīng)常見到的煤氣和煙氣等都是混合氣體，混合氣體的密度可按各組分氣體所占體積百分數(shù)來計算，即 (1-8) 式中 混合氣體中各組分氣體的密度； 混合氣體中各組分氣體所占的體積百分數(shù)。第三節(jié) 流體的密度和重度 氣體的比重，是指某氣體第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性內(nèi) 容 提 要一、 流體的壓縮性二、 流體的膨脹性三、 理想氣體狀態(tài)方程四、 可壓縮流體和不可壓縮流體第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性內(nèi) 容 提 要第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 一、流體的壓縮性 在一定的溫度下，流體的體積隨壓力升高而縮小的性質(zhì)稱為流體的壓縮性。流體壓縮

12、性的大小用體積壓縮系數(shù)p表示。它表示當溫度保持不變時，單位壓力增量所引起的流體體積的相對縮小量，即 (1-9) 式中 p流體的體積壓縮系數(shù)(m2/N)； dp流體的壓力增量(Pa)； dV/V流體體積的相對變化量； d/流體密度的相對變化量。第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 一、流體的壓縮性第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 由于壓力增加時流體的體積縮小，即dp與dV的變化方向相反。故上式中加一負號，以使體積壓縮系數(shù)p保持正值。 液體的體積壓縮系數(shù)一般都很小。 體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為體積彈性系數(shù)，或稱體積彈性模量，用E表示，即 (1-10) 工程上常用體積彈性系數(shù)來衡量流體壓縮性的大小。式(1-10)表

13、明，對于同樣的壓力增量，E值小的流體，其體積變化率大，較易壓縮；E值大的流體，其體積變化率小，較難壓縮。E的單位與壓力相同，為帕或牛/米2。第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 由于壓力增加時流體第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 二、流體的膨脹性 在一定的壓力下，流體的體積隨溫度升高而增大的性質(zhì)稱為流體的膨脹性。流體膨脹性的大小用體積膨脹系數(shù)來表示，它表示當壓力保持不變時，溫度升高1K所引起的流體體積的相對增加量。即 (1-11) 式中 T流體的體積膨脹系數(shù)，也稱溫度膨脹系數(shù)或熱膨脹系數(shù)(1/或1/K)； dT流體溫度的增加量(K)。 其它符號同前。第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 二、流體的膨脹性第四節(jié) 流

14、體的壓縮性和膨脹性 由于溫度升高，流體的體積膨脹，故dT與dV同號。液體的體積膨脹系數(shù)也很小。 流體的體積膨脹系數(shù)T還決定于壓力。對于大多數(shù)液體，T隨壓力的增加稍有減小。但水的T值在50以下時隨壓力的增加而增大，在50以上時，是隨壓力的增加而減小。 三、理想氣體狀態(tài)方程 氣體的壓縮性和膨脹性要比液體大得多。這是由于氣體的密度隨溫度和壓力的改變將發(fā)生顯著的變化。對于理想氣體，其密度與溫度和壓力之間的關(guān)系可用理想氣體狀態(tài)方程式來表示，即 (1-12) 或?qū)懗?(1-12a)第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 由于溫度升高，流體第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 式中 p氣體的絕對壓力(Pa)； v氣體的比容(

15、m3/kg)； R氣體常數(shù)(J/kgK)； T熱力學溫度(K)，T=t+273； 氣體的密度(kg/m3)。 氣體狀態(tài)方程說明，氣體的比容同絕對壓力成反比，而同熱力學溫度成正比。 當氣體在運動過程中壓力變化不大時，其絕對壓力可視為常數(shù)次，此時，氣體的密度可按等壓過程來計算。 由 得： (1-13)第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 式中 p氣體的絕對壓力(第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 式中 0溫度為0時氣體的密度(kg/m3)； t溫度為t時氣體的密度(kg/m3)； T0、T分別為0和t時的熱力學溫度(K)； 氣體的體積膨脹系數(shù)，1/273(1/K)。 同理可得到氣體的體積在等壓過程中隨溫度的變化

16、關(guān)系式為 Vt=V0(1+t) (1-14) 式中 Vt溫度為t時的氣體的體積(m3)； V0溫度為0時的氣體的體積(m3)。第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 式中 0溫度為0時氣第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 四、可壓縮流體和不可壓縮流體 由上可知，壓力和溫度的變化都會引起流體密度的變化。任何流體，不論是氣體還是液體都是可以壓縮的，只是可壓縮程度不同而已。就是說，流體的壓縮性是流體的基本屬性。 通常液體的壓縮性都很小，隨著壓力和溫度的變化，液體的密度僅有微小的變化，在工程上的大多數(shù)情況下，可以忽略壓縮性的影響，認為液體的密度不隨壓力和溫度的變化而變化。是一個常數(shù)。于是通常把液體看成是不可壓縮流體。

17、例如，可在通常的壓力和溫度變化范圍內(nèi)，取一個標準大氣壓下4時水的最大密度=1000kg/m3作為計算值。這樣并不影響工程上的精度要求，而且使工程計算大為簡化。第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 四、可壓縮流體和不第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 氣體的壓縮性都很大，由熱力學可知，當溫度不變時，理想氣體的體積與壓力成反比(波義爾定律)，壓力增加一倍，其體積減小為原來的一半；當壓力不變時，氣體的體積與熱力學溫度成正比(蓋呂薩克定律)，溫度升高1，氣體的體積就比0時的體積膨脹1/273。所以，通常把氣體看成是可壓縮流體，它的密度不能作為常數(shù)，而是隨壓力和溫度而變化的。 把液體看作是不可壓縮流體，把氣體看作是可

18、壓縮流體，這都不是絕對的。在實際工程中，要不要考慮流體的壓縮性，要視具體情況而定。例如，在研究管道中的水擊現(xiàn)象和水下爆炸等問題時，水的壓力變化較大，而且變化過程非常迅速，這時水的密度變化就不可忽略，即要考慮水的壓縮性，把水當作第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 氣體的壓縮性都很大第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 可壓縮流體來處理；又如，在加熱爐或鍋爐尾部的煙道和通風管道中，氣體在整個流動過程中，壓力和溫度的變化都很小，其密度變化也很小，可作為不可壓縮流體處理；再如，當氣體對物體流動的相對速度比音速小得多時，氣體的密度變化很小，可近似地看成是常數(shù)，也可當作不可壓縮流體來處理。 氣體的可壓縮性通常用馬赫數(shù)來

19、度量，馬赫數(shù)定義為 (115) 式中 M馬赫數(shù)，無因次量； u氣體的流速(m/s)； a在該氣體溫度下，聲音在氣體內(nèi)的傳播速度，即當?shù)匾羲?m/s)。第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 可壓縮流體來處理；又如，在第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 當M0.3的情況下，流體的密度變化約在4%以內(nèi)，因此，對于以M0.3流動的氣體，可按不可壓縮流體處理。以空氣為例，標準狀態(tài)下的空氣，當M=0.3時，其速度約相當于100m/s，這就是說，在標準狀態(tài)下，若空氣流速u100m/s，就可以不考慮壓縮性的影響。對于流體的可壓縮性，也有人直接采用流體密度的變化率來度量，即當流體在流動過程中，其密度變化小于35%時可作為不可

20、壓縮流體來處理，否則，將作為可壓縮流體處理。第四節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性 當M0.3的情況第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律內(nèi) 容 提 要一、 流體的粘性和粘性力二、 牛頓內(nèi)摩擦定律三、 流體粘度的測量及恩氏粘度四、 粘性流體和理想流體五、 牛頓流體和非牛頓流體第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律內(nèi) 容 提 要第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 一、流體的粘性和粘性力 所謂流體的粘性是指流體在流動時，流體內(nèi)部質(zhì)點間或流層間因相對運動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，以抵抗其相對運動的性質(zhì)。自然界中所存在的各種流體內(nèi)部都有阻礙流體流動的作用，即都具有粘性。但是，不同的流體其粘性的大小是不相同的。流體的粘性是由流體分

21、子之間的內(nèi)聚力和分子不規(guī)則熱運動的動量交換綜合構(gòu)成的。流體與不同相的表面接觸時，粘性表現(xiàn)為流體分子對表面的附著作用。 由流體的粘性作用而產(chǎn)生的阻滯其流動的作用力，就稱為粘性力或稱內(nèi)摩擦力。 現(xiàn)通過實驗來進一步說明：第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 一、流體的粘第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 將兩塊平板相隔一定的距離水平放置，其間充滿某種流體，并使下板固定不動，上板以某一速度u0向右平行移動，如圖1-1所示。由于流體與平板間有附著力，緊貼上板的一薄層流體將以速度u0隨上板一起向右運動，而緊貼下板的一薄層流體將和下板一樣靜止不動。兩板之間的各流體薄層在上板的帶動下均作平行于平板的運動，且其速

22、度均勻地由下板的零變化到上板的u0，在這種情況下，板間流體流動的速度是按直線變化的。可見，由于各流層的速度不同，流層間就有相對運動，因而必定產(chǎn)生切向阻力，即內(nèi)摩擦力。作用在兩個流體層接觸面上的內(nèi)摩擦力總是成對出現(xiàn)的，它們大小相等而方向相反，分別作用在相對運動的兩流體層上。速度較大的流體層第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 將兩塊平板相第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 圖1-1 流體粘性實驗示意圖 圖1-2 粘性流體的速度分布第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 作用在速度較小的流體層上的內(nèi)摩擦力T，其方向與流體流動的方向相同，使速度較小的流體層加速，而速度較小

23、的流體層作用在速度較大的流體層上的內(nèi)摩擦力T，其方向與流體流動的方向相反,阻礙流體流動，使速度較大的流體層減速。應(yīng)該指出，在一般情況下，流體流動的速度并按直線的規(guī)律變化，而是按曲線規(guī)律變化的，如圖1-2所示。第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 作用在速度較小的流體第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 二、牛頓內(nèi)摩擦定律 根據(jù)牛頓實驗研究的結(jié)果得知，運動的流體所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力(即粘性力)的大小與垂直于流動方向的速度梯度成正比，與接觸面的面積成正比，并與流體的物理性質(zhì)有關(guān)，而與接觸面上壓力的關(guān)系甚微，這就是牛頓內(nèi)摩擦定律，也叫牛頓粘性定律，其數(shù)學表達式為 (1-16) 式中 T流體層接觸面上的內(nèi)摩擦

24、力(N)； A流體層間的接觸面積(m2)； du/dy垂直于流動方向上的速度梯度(1/s)；第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 二、牛頓內(nèi)摩第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 與流體的物理性質(zhì)有關(guān)的比例系數(shù)，稱為動力粘性系數(shù)或動力粘度，簡稱為粘度，有時也稱為絕對粘度。在一定的溫度和壓力下，動力粘度為一常數(shù)。它的單位為帕秒或千克/米秒、牛秒/米2。 流體的動力粘性系數(shù)是衡量流體粘性大小的物理量。從式(1-16)可知，當速度梯度du/dy=0時，內(nèi)摩擦力等于零。所以，當流體處于靜止狀態(tài)或以相同的速度流動(各流層之間沒有相對運動)時，流體的粘性就表現(xiàn)不出來。 上式中正負號的意義是：當速度梯度du/d

25、y0時取負號；當du/dy0時取正號，使T始終保持為正值。至于內(nèi)摩擦力T的方向要根據(jù)坐標軸的方向來判斷。第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 與流體的第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 流體層間單位面積上的內(nèi)摩擦力稱為粘性切應(yīng)力，用表示，其表達式為 (1-17) 式中符號同上。第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 流體層間單位第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 在研究流體流動問題和推導流體運動規(guī)律的公式時，常常同時存在粘性力和慣性力，粘性力與動力粘度成正比，而慣性力與流體的密度成正比，因此比值/經(jīng)常出現(xiàn)在公式中。為了計算方便起見，常以來表示其比值，即 (1-18) 式中 稱為流體的運動粘性系數(shù)或稱

26、運動粘度(m2/s)。 影響流體粘度的因素： 流體的粘性主要受壓力和溫度的影響。 在通常壓力下，壓力對流體粘性的影響很小，可忽略不計。在高壓下，流體的粘性隨壓力的升高而增大。第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 在研究流體流第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 液體的粘性隨溫度的升高而減小；氣體的粘性隨溫度的升高而增大。構(gòu)成液體粘性的主要因素是分子間的吸引力(內(nèi)聚力)，溫度升高，液體分子間的吸引力減小，其粘性降低；構(gòu)成氣體粘性的主要因素是氣體分子作不規(guī)則熱運動時，在不同速度分子層間所進行的動量交換。溫度越高，氣體分子熱運動越強烈，動量交換就越頻繁，氣體的粘性就越大。 水的動力粘度與溫度的關(guān)系可近似

27、用下述經(jīng)驗公式計算 (1-19) 式中 tt時水的動力粘度(Pas)； 00時水的動力粘度，其值為1.79210-3Pas；第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 液體的粘性隨第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 t為水溫()。 氣體的動力粘度與溫度的關(guān)系可用下面的經(jīng)驗公式計算 (1-20) 式中 t氣體在t時的動力粘度(Pas)； 0氣體在0時的動力粘度(Pas)； C與氣體種類有關(guān)的常數(shù)； T氣體的熱力學溫度，T=t+273 (K)。 式(1-20)只適用于壓力不太高(例如p106 Pa)的場合，這時可視氣體的粘度與壓力無關(guān)。水蒸氣的動力粘度隨溫度和壓力而變，壓力稍高，上式便不適用。第五節(jié) 流體

28、的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 t為水溫第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 三、流體粘度的測量及恩氏粘度 要直接測量流體的粘度或是非常困難的，它們的值往往是通過測量與其有關(guān)的其他物理量，然后再由有關(guān)的方程進行計算而得到。由于計算所依據(jù)的基本方程不同，測定的方法也各異，所要測量的有關(guān)物理量也不盡相同。 (1)落球方法：使已知直徑和重量的小球，沿盛有試驗液體的玻璃圓管中心線垂直降落，用測量小球在試驗液體中自由沉降速度的方法去計算該液體的粘度。 (2)管流方法：讓被測粘度的流體，以一定的流量流過已知管徑的管道，再在管道的一定長度上用測壓計測出這段管道上的壓力降，從而計算出流體的粘度。第五節(jié) 流體的粘性及牛頓

29、內(nèi)摩擦定律 三、流體粘度第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 (3)旋轉(zhuǎn)方法：在兩不同直徑的同心圓筒的環(huán)縫中充以試驗流體，其中一圓筒固定，另一圓筒以已知角速度旋轉(zhuǎn)，由于可以測定所需力矩，則可由計算求得該流體的粘度。 (4)泄流法：將已知溫度和體積的待測液體，通過儀器下部已知管徑的短管自由泄流而出，測定規(guī)定體積的液體全部流出的時間。 由于泄流時間與粘度的關(guān)系不能精確地按方程計算，所以這類粘度計都是把待測液體的泄流時間與同樣體積已知粘度的液體的泄流時間相比較，從而推求出待測液體的粘度。 工業(yè)上測定各種液體粘度常用的粘度計的測量原理就是泄流法。下面就工業(yè)粘度計的結(jié)構(gòu)及其測量方法簡述一下。第五節(jié) 流體的

30、粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 (3)旋轉(zhuǎn)方第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 目前我國和俄羅斯、德國等歐洲國家是采用恩格勒(Engler)粘度計，英國采用Redwood粘度計，美國采用Saybolt粘度計。它們只是結(jié)構(gòu)上的差別，原理都是一樣的。 恩格勒粘度計的結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。測量時，先用木制針閥堵住錐形短管3，再將體積為220cm3的被測液體注入貯液罐1內(nèi)，將水箱2中的水加熱，以便使貯液罐1內(nèi)的被測液體保持一定的溫度(一般，水和酒精等液體要求保持在20，潤滑油50，燃料油80)，而后迅速拔起針閥，使被測液體從錐形短管3內(nèi)流入長頸瓶4中，流出至200cm3時為止，記下所需要的時間，然后用同樣方法測定

31、200cm3蒸餾水在20下經(jīng)錐形短管流出所需要的時間0(此時間約為51秒)。第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 目前我國和俄第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 于是，被測液體在規(guī)定溫度下 的恩格勒粘度(簡稱恩氏粘度)為 (1-22) 求得恩氏粘度后，可由下面的半經(jīng) 驗公式求出被測液體的運動粘度 m2/s (1-23) 圖1-6 恩格勒粘度計第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 于是，被測液第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 四、粘性流體和理想流體 1、粘性流體：自然界中的各種流體都是具有粘性的，統(tǒng)稱為粘性流體或稱實際流體。由于粘性的存在，實際流體的運動一般都很復雜，這給研究流體的運動規(guī)律帶來很多

32、困難。為了使問題簡化，便于進行分析和研究，在流體力學中常引入理想流體的概念。 2、理想流體：理想流體是一種假想的、完全沒有粘性的流體。實際上這種流體是不存在的。根據(jù)理想流體的定義可知，當理想流體運動時，不論流層間有無相對運動，其內(nèi)部都不會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，流層間也沒有熱量傳輸。這就給研究流體的運動規(guī)律等帶來很大的方便。因此，在研究實際流體的運動第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 四、粘性流體第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 規(guī)律時，常先將其作為理想流體來處理，找出流體流動的基本規(guī)律后，再對粘性的影響進行試驗觀測和分析，用以對由理想流體所得到的流動規(guī)律加以修正和補充。從而得到實際流體的流動規(guī)律。另

33、外，在很多實際問題中流體的粘性作用并不占主導地位，甚至在某些場合實際流體的粘性作用表現(xiàn)不出來(如du/dy=0)，這時可將實際流體當作理想流體來處理。 應(yīng)該指出，這里所說的理想流體和熱力學中的理想氣體的概念完全是兩回事。理想氣體是指服從于理想氣體狀態(tài)方程的氣體，而理想流體是指沒有粘性的流體。為了區(qū)別起見，在流體力學中，常將服從于理想氣體狀態(tài)方程的氣體定義為完全氣體。第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 規(guī)律時，常先將其作為第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 五、牛頓流體和非牛頓流體 1、牛頓流體：運動流體的內(nèi)摩擦切應(yīng)力與速度梯度間的關(guān)系符合于牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，稱為牛頓流體，即 所有的氣體以及

34、如水、甘油等這樣一些液體都是牛頓流體。 2、非牛頓流體：實驗表明，象膠液、泥漿、紙漿、油漆、低溫下的原油等，它們的內(nèi)摩擦切應(yīng)力與速度梯度間的關(guān)系不符合于牛頓內(nèi)摩擦定律，這樣的流體稱為非牛頓流體。非牛頓流體可分為幾種不同類型。如塑性流體，假塑性流體，脹塑性流體，屈服假塑性流體和時間相關(guān)性粘性流體等。第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 五、牛頓流體第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律 圖1-7 非牛頓流體流變特性 1-牛頓流體；2-塑性流體;3-假塑性流體；4-脹塑性流體第五節(jié) 流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律第六節(jié) 液體的表面性質(zhì)內(nèi) 容 提 要一、 表面張力二、 毛細現(xiàn)象第六節(jié) 液體的表面性質(zhì)內(nèi) 容 提

35、 要第六節(jié) 液體的表面性質(zhì) 一、表面張力 在日常生活中經(jīng)?？吹角宄康穆吨榛蛴晏斓乃螔煸跇淙~或草葉上，水銀在平滑的表面上成球形滾動等，這些現(xiàn)象表明液體自由表面有明顯的欲成球形的收縮趨勢，引起這種收縮趨勢的力稱為液體的表面張力。 表面張力是由分子的內(nèi)聚力引起的，其作用結(jié)果使液體表面看起來象是一張均勻受力的彈性膜。不難想象，處于自由表面附近的液體分子所受到周圍液體和氣體分子的作用力是不相平衡的，氣體分子對它的作用力遠小于相應(yīng)距離另一側(cè)液體分子的作用力。因此，這部分分子所受到的合力是將它們拉向液體內(nèi)部。受這種作用力最大的是處于液體自由表面上的分子，第六節(jié) 液體的表面性質(zhì) 一、表面張力第六節(jié) 液體的表面性質(zhì) 隨著同自由表面距離的增加，所受到的作用力將逐漸減小。直到一定距離以后，液體周圍所施加的力彼此抵消。 若假想在液體自由表面上任取一條線將其分開，則表面張力的作用將使兩邊彼此吸引，作用方向