流体力学1认识流体-流体的性质与特点

办公室：60272169（主楼F807）手机：[phone]QQ:1487131818E-mail:[e-mail]卢晓江机械工程学院过程装备与控制工程教学安排总学时：40学时（1）课堂讲授：28学时（2）习题课：6学时（3）实验：4学时（3）专题讲座：2学时工程流体力学贺礼清编著中国石油大学大学出版社2001年6月第1版选用教材工程流体力学（I）赵汉中华中科技大学出版社2005第1版工程流体力学詹德新王家楣湖北科学技术出版社2001第1版工程流体力学（水力学）闻德荪高等教育出版社2004，第2版流体力学胡敏良武汉工业大学出版社，2000，第1版推荐参考书目预习问题总结听讲是基础思考是关键练习是根本授课课件习题课课件辅导材料参考书[e-mail]密码：1111001.认识流体流体和固体的区别是什么?什么是流体?运动变形力物体固体的变形大小与外力成正比流体的变形的大小与外力无确定关系应变作用时间加载卸载恒定外力在任意量的剪切力作用下将产生持续变形的物质。流体流体流动的奥秘流体的粘性运动流体具有抵抗剪切变形的能力，这就是粘滞性（简称粘性）。对于运动的流体，当流体质点间存在相对运动时，由于流体的粘性作用，在流体内部流层之间会出现成对的切力，称为内摩擦力。粘性把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中，将圆板绕中心转过一角度后放开，靠金属丝的扭转作用，圆板开始往返摆动，由于液体的作用，圆板摆动幅度逐渐衰减，直至静止。园板分别为普通金属板、涂蜡板和表面粘有细沙板三种。测量比较三种圆板的衰减时间。库仑实验实验结果三种圆板的衰减时间均相等库仑得出结论:衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互摩擦，而是液体内部的摩擦。牛顿内摩擦定律下板固定，上板移动，且平板面积有足够大，可以忽略边缘对流体的影响。其中h为两平板间的距离，A为平板面积。yddxHUAF'e'f'g'h'tvxyytytvttxxttdd/limlimdd00牛顿内摩擦定律粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定，而不是由速度决定。粘性切应力由流体元的角变形速率决定，而不是由变形量决定。流体粘性只能影响流动的快慢，却不能停止流动。由于流体的易变形性，流体与固壁可实现分子量级的粘附作用。通过分子内聚力使粘附在固壁上的流体质点与固壁一起运动。壁面不滑移假设壁面不滑移假设已获得大量实验证实，被称为：壁面不滑移条件。＝运动粘度（m2/s）(Kineaticviscosity)μ称为动力粘度，根据牛顿粘性定律可得：dydx粘度的单位在SI制中是帕斯卡秒（Pa·s),在物理单位制中为达因·秒／平方厘米（泊,P）1/100泊厘泊CP(centipoise)蒸馏水：1.003CP１cm2/s＝１斯托克斯＝0.0001m2/s液体气体假塑性流体胀塑性流体塑性流体牙膏油漆牛顿流体yddx触变性流体胶变性流体粘弹性流体鸡蛋清水鸡蛋清ωω牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体(Newtonianfluid):剪应力和变形速率满足线性关系，且当变形速率为零时切应力为零。非牛顿流体(Non-Newtonianfluid):所有不满足牛顿流体关系的流体。液滴与毛细现象表面张力表面内部表面张力使液体表面收缩到最小的趋势相互性表面张力(Surfacetension)当液体与其它流体或固体接触时，在分界面上都产生一个张力，称为表面张力。表面张力一般用单位长度所具有的张力来表示，称为表面张力系数（σ，N／m）。水在20℃时的表面张力为0.073N／m2Rhh2R2πRσθγπR2hgrhcos2ghr2cos2θθ接触角（θ）：θ为锐角，流体浸润壁面。θ为钝角，流体不浸润壁面。作用于流体上的力表面力与质量力作用于流体上的力表面力又称为面积力，又由于它产生在液体与液体或液体与固体的接触面上，故又称接触力。流体表面力是作用在流体的表面或截面上且与作用面的面积成正比的力。质量力是作用于流体上的每一质点上且与质量成正比的力。表面力：pFAdFdAnnAnnlim0法向应力dAFdAFpAn0lim切向应力(Shearstress)(Normalstress)F质量力（体积力）：质量力是某种力场作用在全部流体质点上的力，其大小和流体的质量或体积成正比，故称为质量力或体积力。侧流体流动的特点流体流动的分类流体流动分类外流流体绕过置于无限流体中的物体，或物体在无界流体运动。（绕物体流动和运动物体）内流流体处于有限固体壁面所限制的空间内流动。（管流）明渠流动有自由面的流动。射流自由流动（不受固体壁面影响）流体流动分类问题与思考如何判断流体粘性的大小？流动快慢阻力大小直径10cm的圆盘，由轴带动在一平台上旋转，圆盘与平台间充有厚度δ=1.5mm的油膜相隔，当圆盘以n=50r/min旋转时，测得扭矩M=2.94×10-4N·m。设油膜内速度沿垂直方向为线性分布，试确定油的粘度。扭矩大小与什么有关？解：dr微元上摩阻力为而圆盘微元所受粘性摩擦阻力矩为：dM=dTr=mπ2r3ndr/15δ则克服总摩擦力矩为：