第二章流體及其物理性質(zhì)第一節(jié)流體的定義及特征第一節(jié)流體的定義及特征

定義：從力學(xué)特征講，流體是一種受任何微小剪切力作用都能連續(xù)變形的物質(zhì)。

按照集態(tài)分為液體和氣體；

特征：易流動(dòng)，不能保持一定形狀的特征。

微觀上，流體分子間吸引力比固體??；氣體分子距離大，液體分子距離??；氣體分子能夠自由移動(dòng)，能夠充滿所能達(dá)到的全部空間。

液體分子沒(méi)有一定方向和周期的無(wú)規(guī)則振動(dòng)；占有固定的體積，有自由液面存在。第二章流體及其物理性質(zhì)第二節(jié)流體作為連續(xù)介質(zhì)的假說(shuō)第二節(jié)流體作為連續(xù)介質(zhì)的假說(shuō)

研究方法：

微觀：從研究分子和原子的運(yùn)動(dòng)出發(fā)，采用統(tǒng)計(jì)平均建立宏觀物理量應(yīng)滿足的方程，并確定流體宏觀性質(zhì)，取決于分子運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展。

宏觀：先給流體建立一個(gè)宏觀“抽象化”模型，然后直接應(yīng)用基本物理定律來(lái)建立宏觀物理量應(yīng)滿足的方程，并確定流體的宏觀性質(zhì)。為了符合數(shù)學(xué)分析的需要，引入流體質(zhì)點(diǎn)模型:流體中宏觀尺寸非常小（沒(méi)有空間尺寸的幾何點(diǎn)），微觀尺寸又足夠大（包含足夠多的分子數(shù)目）的任意物理實(shí)體。（以密度為例）流體質(zhì)點(diǎn)表現(xiàn)大量分子的平均性質(zhì)。(2)具有宏觀物理特性---溫度、壓強(qiáng)、密度。。。1mm3體積水:3.31019

個(gè)分子空氣:2.71016個(gè)分子

10-10mm3

體積

(相當(dāng)于一粒灰塵體積)空氣:2.7106個(gè)分子流體質(zhì)點(diǎn)特點(diǎn)：(1)流體質(zhì)點(diǎn)無(wú)線尺度，無(wú)熱運(yùn)動(dòng)，只在外力作用下作宏觀平移運(yùn)動(dòng);連續(xù)介質(zhì)模型：假設(shè)流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)組成的介質(zhì)。(1)可用連續(xù)性函數(shù)u(x,y,z,t)描述流體質(zhì)點(diǎn)物理量的空間分布和時(shí)間變化；(2)由物理學(xué)基本定律建立流體運(yùn)動(dòng)微分或積分方程，并用連續(xù)函數(shù)理論求解方程。

*除了稀薄氣體與激波（厚度小于10-4cm）的絕大多數(shù)工程問(wèn)題，均可用連續(xù)介質(zhì)模型作理論分析。（判斷式l《d〈L）第二章流體及其物理性質(zhì)第三節(jié)作用在流體上的力表面力質(zhì)量力表面力外界對(duì)所研究流體表面的作用力，作用在外表面。單位面積的表面力法向力切向力法向應(yīng)力切向應(yīng)力應(yīng)力單位為PaxyzC表面張力流體與異相物質(zhì)接觸的自由表面上，促使液體表面收縮的力叫做表面張力；方向和液面相切；表面張力是分子力的一種表現(xiàn)；第七節(jié)詳細(xì)介紹肥皂泡質(zhì)量力（體積力）定義：作用在流體全部質(zhì)點(diǎn)上的力，與質(zhì)量成正比。慣性力，加速度為a，單位質(zhì)量力重力zxy重力場(chǎng)作用下的質(zhì)量力（如圖）曲線運(yùn)動(dòng)的切向慣性力和離心慣性力。第四節(jié)流體的密度一、流體的密度

表征在空間某點(diǎn)質(zhì)量的密集程度。單位：kg/m3對(duì)于均勻流體定義建立在連續(xù)性假設(shè)的基礎(chǔ)上是流體質(zhì)點(diǎn)的體積表2-1，2-2第四節(jié)流體的密度二、流體的相對(duì)密度流體的密度４℃水的密度三、流體的比體積單位m３／kg第四節(jié)流體的密度四、混合氣體的密度為混合氣體各組分氣體的密度為混合氣體各組分氣體所占的體積百分?jǐn)?shù)例題2-1第五節(jié)流體的壓縮性和膨脹性壓強(qiáng)增高，體積縮小溫度升高，體積膨脹流體壓縮性流體膨脹性壓縮系數(shù)κ：?jiǎn)挝粔簭?qiáng)所引起的體積變化率，單位為m２／Ｎ流體相應(yīng)體積變化率壓強(qiáng)增量Κ大，易壓縮Κ小，難壓縮第五節(jié)流體的壓縮性和膨脹性體積模量Ｋ，工程上用單位為ＰaＫ大，壓縮性小，Ｋ小，壓縮性大體脹系數(shù)αｖ：?jiǎn)挝粶厣鸬捏w積變化率，單位為１／Ｋ，１／℃溫度的增量體積變化率同時(shí)考慮溫度和壓強(qiáng)對(duì)氣體體積的影響，采用完全氣體狀態(tài)方程。表2-3，水的體積摸量K=2.0GPa，壓縮性小。表2-4水的膨脹系數(shù)例題2-2可壓縮流體和不可壓縮流體第五節(jié)流體的壓縮性和膨脹性流體的壓縮性是流體的基本屬性。任何流體都是可壓縮的，只是可壓縮的程度不同。氣體的壓縮性比液體大。工程中要視具體情況而定。（流速高，壓強(qiáng)變化大，如水擊，水下爆炸，空氣流速小于聲速時(shí)）

第六節(jié)流體的黏性流體的黏性：流體微團(tuán)間發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)產(chǎn)生切向阻力的性質(zhì)。牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(1687)中指出。黏性形成流體的內(nèi)摩擦，使流體黏附于它所接觸的固體表面。（內(nèi)摩擦實(shí)驗(yàn)）

流體粘性形成原因:(1)兩層液體之間的粘性力主要由分子吸引力力形成(2)兩層氣體之間的粘性力主要由分子動(dòng)量交換形成第六節(jié)流體的黏性YXv0dyFvxhF’黏性流體內(nèi)摩擦實(shí)驗(yàn)示意圖摩擦阻力動(dòng)力黏度，單位Pa.s與流體種類、溫度和壓強(qiáng)有關(guān)的一個(gè)比例系數(shù)。單位Pa.sv/h垂直于流速方向上單位長(zhǎng)度的速度增量切向應(yīng)力：運(yùn)動(dòng)黏度f(wàn)gehvxvx+δvxxδyyδФδvx

δtδye’h’f’g’速度分布不按照直線變化牛頓內(nèi)摩擦定律（黏性定律）：作用在流層上的切向應(yīng)力與速度梯度成正比，比例系數(shù)為動(dòng)力黏度溫度對(duì)流體黏度的影響：第六節(jié)流體的黏性液體黏度隨溫度升高而減小原因：分子間距增加，分子間吸引力減小。氣體黏度隨溫度升高而增加原因：分子混亂運(yùn)動(dòng)加劇，加速了動(dòng)量交換。壓強(qiáng)對(duì)流體黏性幾乎沒(méi)有影響(p12黏度經(jīng)驗(yàn)式)例題例題汽缸的內(nèi)徑D=152.6mm，活塞的直徑d=152.4mm，長(zhǎng)l=304.8mm，已知潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度，密度，活塞的運(yùn)動(dòng)速度為6m/s，試求克服摩擦所消耗的功率。傾角25度

的斜面涂有厚度0.5mm的潤(rùn)滑油.一塊重量未知,底面積0.02平方米

的木板沿此斜面以0.2m/s等速度下滑，如圖所示。如果在板上面加一個(gè)重量5N的重物，則下滑速度為0.6m/s。試求潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘性系數(shù)

。第六節(jié)流體的黏性流體黏度的測(cè)量管流方法，測(cè)量管道上的壓降落球方法，測(cè)量小球沉降速度旋轉(zhuǎn)方法，測(cè)量旋轉(zhuǎn)力矩卸流法，測(cè)量液體卸流時(shí)間恩各勒黏度計(jì)測(cè)量結(jié)果為恩氏度２００cm3待測(cè)液體流出時(shí)間２００cm3，２０℃蒸餾水流出時(shí)間第六節(jié)流體的黏性牛頓流體和非牛頓流體符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為非牛頓流體η為表觀黏度，n為指數(shù)，k為常數(shù)黏性流體和理想流體不具有黏性的流體成為理想流體第七節(jié)液體的表面性質(zhì)表面張力：表面分子受到指向液體內(nèi)部的拉力，使液體表面自發(fā)收縮成表面積最小趨勢(shì)。表面能：任何液體分子在進(jìn)入表面層時(shí)候，都必須反抗這種力的作用，都必須輸入機(jī)械功，這些機(jī)械功將以自由表面能的形式被存儲(chǔ)起來(lái)。單位長(zhǎng)度表面層中液體分子受指向液體內(nèi)部的拉力稱為表面張力，用σ表示，單位N/m。暮江吟（白居易）一道殘陽(yáng)鋪水中，半江瑟瑟半江紅?？蓱z九月出三夜，露似珍珠月似弓。普林斯頓大學(xué)科學(xué)圖象獲獎(jiǎng)作品第七節(jié)液體的表面性質(zhì)液體分子間的吸引力稱為內(nèi)聚力液體分子和固體分子間的吸引力稱為附著力內(nèi)聚力小于附著力：液體濕潤(rùn)固體壁面內(nèi)聚力大于附著力：液體不濕潤(rùn)固體壁面如：水銀在玻璃球上和水在玻璃球上性質(zhì)不同圖２－１１接觸角為90度作為分界，小于90度，潤(rùn)濕，大