第一章 流体及其物理性质yc

1第一章流体及其物理性质教学目的：了解并掌握流体的物理性质。教学要求：1.理解流体的概念；2.记忆水、空气、汞的密度和重度；3.理解粘性的概念，并掌握牛顿内摩擦定律。4.熟悉流体的压缩性和膨胀性。教学内容：1.流体的概念；2.流体的密度和重度；3.流体的压缩性和膨胀性；4.流体的粘性。2第一节流体的概念一、流体的特征——流动性在任意微小的剪切力作用下使流体发生连续的剪切变形——流动。能够流动的物质称为流体。流动性是流体的主要特征。流体可分为液体和气体。GnGG3第一节流体的概念一、流体的特征——流动性流体在静止时不能承受剪切力，抵抗剪切变形。流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，发生连续变形而流动。作用在流体上的剪切力不论多么微小，只要有足够的时间，便能产生任意大的变形。运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。4第一节流体的概念二、连续介质假说个分子16107.21mm3空气(1个大气压，00C)•流体质点概述limVmV0其中ΔV0的含义应理解为流体微团趋于流体质点。5第一节流体的概念二、连续介质假说连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。从而使微观运动的不均匀性、离散性、无规律性与宏观运动的均匀性、连续性、规律性达到了和谐的统一。6第二节流体的密度和重度一、流体的密度单位体积的流体所包含的质量称为密度，用ρ表示。常压常温下，空气的密度大约是水的1/800一般取汞密度为水密度的13.6倍30d/dlimVmmkgmVV3kg/m1000水1大气压，40C1大气压，200C3/20.1mkg空气7第二节流体的密度和重度二、流体的重度单位体积的流体所的受的重力，用γ表示。3/gNm8第三节流体的压缩性与膨胀性一、流体的压缩性流体受压体积减小的性质称为压缩性。VV-ΔVpp+Δp压缩系数d/1dddpVVVpVp21d1d/ddpVmNVpp21d/dppENm弹性模数9第三节流体的压缩性与膨胀性二、流体的膨胀性流体受温度影响体积变化的性质。VV+ΔVTT+ΔT膨胀系数）（K/1dd1d/dTVVTVVt10第三节流体的压缩性与膨胀性EpVVVppVVVpVVp1dd1211212396211010210)26(5.0EpVVV例1－1厚壁容器中盛有0.5m3的水，初始压力为2×106Pa。当压力增至6×106Pa时，问水的体积减少了多少?解取水的弹性模数E＝2×109Pa，体积减少量为(m3)11第四节流体的粘性一、粘性及其表现运动流体内存在内摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。形成牛顿内摩擦力物理机理①分子间的吸引力②分子运动引起流体层间的动量交换液体以此为主气体以此为主12第四节流体的粘性二、牛顿内摩擦定律hUAF(N/m2)'nnhUhUAFTF，，13第四节流体的粘性二、牛顿内摩擦定律dtdtdtytuyutandddd＝14第四节流体的粘性三、粘性的度量－动力粘度和运动粘度()/Pasdudy动力粘度2(/)ms运动粘度粘性受温度影响明显。15第四节流体的粘性三、粘性的度量－恩氏粘度°E=t/t0ν=(0.0732°E-0.0631°E)×10-4(m2/s)16第四节流体的粘性例1－2相距为h=10mm的两固定平板间充满动力粘度μ=1.49Pa·s的甘油，若两板间甘油的速度分布为u=4000y(h-y)(1)若上板的面积A=0.2m2，求使上板固定不动所需的水平作用力F；(2)求y=h/3和2h/3处的内摩擦应力，并说明正负号的意义。解：(1)τ=μdu/dy=4000μ(h-2y)设上板处流体所受的内摩擦应力为τ0，则上板所受的内摩擦应力τ0′=-τ0，F=-Aτ0=-0.2×4000×1.49×(0.01-2×0.01)=11.92(N)(方向如图示)17第四节流体的粘性例1－2相距为h=10mm的两固定平板间充满动力粘度μ=1.49Pa·s的甘油，若两板间甘油的速度分布为u=4000y(h-y)(1)若上板的面积A=0.2m2，求使上板固定不动所需的水平作用力F；(2)求y=h/3和2h/3处的内摩擦应力，并说明正负号的意义。解：(2)y=h/3时，τ=4000×1.49×(0.01-2×0.013)=19.9(N/m2)y=2/3h时，τ=4000×1.49×(0.01-4×0.013)=-19.9(N/m2)y=h/3y=2/3xy18补充例题1图示油缸尺寸为d=12cm，l＝14cm，δ=0.02cm，所充油的μ=0.65×10-1Pa·s。试求当活塞以速度v=0.5m/s运动时所需拉力F为多少？解:由牛顿内摩擦定律知VAF式中dlA由此得NVAF57.819流体及其物理性质小结1.主要概念：流动性及流体、密度、压缩性、膨胀性、粘性、动力粘度、运动粘度2.ρ水=1000kg/m3，ρ空气=1.2kg/m3，ρ汞=13.6ρ水3.dyduAFx作业：1-1，1-3，1-9，1-12，1-13