流体的主要物理性质
栏目:媒体新闻 发布时间:2020-05-24 17:44
流体的厉重物理性子_工学_上等教授_教授专区。1-2 流体的厉重物理性子 1. 流体的界说和基础特质。 2. 流体的陆续介质模子。流体质点。 3. 效率正在流体上的力:外外力和质料力。 4...

  流体的厉重物理性子_工学_上等教授_教授专区。1-2 流体的厉重物理性子 1. 流体的界说和基础特质。 2. 流体的陆续介质模子。流体质点。 3. 效率正在流体上的力:外外力和质料力。 4. 流体的厉重物理性子:密度、重度、粘性、压缩性、 毛细地步

  1-2 流体的厉重物理性子 1. 流体的界说和基础特质。 2. 流体的陆续介质模子。流体质点。 3. 效率正在流体上的力:外外力和质料力。 4. 流体的厉重物理性子:密度、重度、粘性、压缩性、 毛细地步、汽化压强。 5. 牛顿流体和非牛顿流体。 1-2 流体的厉重物理性子 第一节 流体的基础特质 第二节 密度、容重、比重和比容 一、流体质点 二、密度、容重、比重和比容 第三节 压缩性 第四节 粘 度 第一节 流体的基础特质 一、物质的三态 正在地球上,物质存正在的厉重形势有:固体、液体和气体。 ? 流体和固体的区别: 从力学分解的意旨上看,正在于它们对外力拒抗的本事区别。 固体 流体 固体:既能担当压力,也能担当拉力,拒抗拉伸变形。 流体:只可担当压力,通常不行担当拉力,不拒抗拉伸变形。 第一节 流体的基础特质 ? 液体和气体的区别: 1、气体易于压缩;而液体难于压缩; 2、液体有肯定的体积,存正在一个自正在液面;气体能充满随便形态的容 器,无肯定的体积,不存正在自正在液面。 ? 液体和气体的协同点: 两者均具有易滚动性,即正在任何轻细切应力效率下都市产生变形或滚动, 故二者统称为流体。 第一节 流体的基础特质 四、 流体质点和陆续介质模子 (一)陆续介质模子的修树与假设 气体正在外力效率下阐扬出很大的可压缩性,而液体则否则。 正在平常的温度下水所担当的压强由0.1MPa增长到10MPa时,其体积 仅裁减从来的0.5%。 微观:流体是由豪爽做无礼貌运动的分子构成的,分子之间存正在空地,但正在 准则要求下。1立方毫米流体含有3×1021个掌握的分子,分子间间隔是 10-7cm。 宏观:斟酌宏观特色,正在滚动空间和期间上所采用的全体特质标准和特质时 间都比分子间隔和分子碰撞期间大的众。 1、界说 流体质点:又称流体微团,流体中宏观尺寸特地小而微观尺寸有足够大的任 意一个物理实体。 陆续介质(Continuum Continuous Medium):质点陆续地充满所占空间的流 体或固体。 第二节 流体的陆续介质模子 陆续介质模子(Continuum Medium Model):把流体视为没有间隙地充满 它所攻克的全豹空间的一种陆续介质,且其全面的物理量都是空间坐 标和期间的陆续函数的一种假设模子。u=u(t,x,y,z) 抉择题:按陆续介质的观点,流体质点是指: A、流体的分子; B、流体内的固体颗粒; C、几何的点; D、几何尺寸同滚动空间比拟是极小量,又含有豪爽分子的微元体。 2、好处 1)扫除了分子运动的纷乱性。 2)物理量动作时空陆续函数,则能够行使陆续函数这一数学东西来研 究题目。 (二)流体的分类 1、凭据流体受压体积缩小的性子,流体可分为: a.可压缩流体(Compressible Flow):流体密度随压强转化不行疏忽的 流体。(??const) b.弗成压缩流体(Incompressible Flow):流体密度随压强转化很小, 流体的密度可视为常数的流体。 (?=const) 注: a.厉肃地说,不存正在十足弗成压缩的流体。 b.通常境况下的液体都可视为弗成压缩流体(产生水击时除外)。 c.看待气体,当所受压强转化相对较小时,可视为弗成压缩流体。 d.管途中压降较大时,应动作可压缩流体。 第二节 流体的陆续介质模子 2、凭据流体是否具有粘性,可分为: a.实践流体:指具有粘度的流体,正在运动时具有拒抗剪切变形的本事,即 存正在摩擦力,粘性系数??0。 b.理思流体:是指既无粘性(?=0)又十足弗成压缩(?=const)的一种假思 流体,正在运动时也不行拒抗剪切变形。 比方:河道核心流层滚动最疾,越亲昵河岸滚动越慢,岸边水险些不滚动, 这种地步便是因为流层间存正在内摩擦力酿成的 第二节 1、密度 密度、容重、比重和比容 密度(Density):是指单元体积流体的质料。单元:kg/m3 。 ? ? lim ?V ?0 ?M ?V 均质流体内部各点处的密度均相称: ?? M V 水的密度常用值: ?=1000 kg/m3 第二节 密度、容重、比重和比容 2、重度 重度(Specific Weight):指单元体积流体的重量。单元: N/m3 。 ? ? lim ?V ?0 ?G ?V 均质流体内部各点处的容重均相称: ? =G/V =?g 水的容重常用值: ? =9800 N/m3 第二节 密度、容重、比重和比容 3、气体的比容 比容(Specific Volume):指单元气体质料所具有的体积。 ?=1/? ( m3/kg) 气体的比容或密度,与气体的工况或历程是亲热联系的,是由状 态方程确定,十足气体状况方程 P?=P/?=RT R为气体常数,氛围的R=287N· m/kg· k 4、液体的比重 比重(Specific Gravity):是指液体密度与准则纯水的密度之比,没 有单元,是无量纲数。 s? G G? ? ? ?? ? ? ?? 准则纯水:a.物理学上——4℃水为准则, ?=1000 kg / m3; b.工程上——20℃的蒸馏水为准则, ?=1000 kg / m3; 第二节 密度、容重、比重和比容 第三节 压缩性 1、压缩性 流体的可压缩性(Compressibility):效率正在流体上的压力转化可惹起流体 的体积转化或密度转化,这一地步称为流体的可压缩性。压缩性可用体 积存缩系数?来量度。 2、体积存缩系数? 体积存缩系数?(Coefficient of Volume Compressibility):流体体积的相对 缩小值与压强增值之比,即当压强增大一个单元值时,流体体积的相对 减小值: ? ? ? dV /V ? d? / ? dp dp (m2 /N ) (∵质料m稳固,dm=d(?v)= ?dv+vd?=0, ∴ 第三节 压缩性 ? dV dp ? d? dp ) 3、体积弹性模量Ev 流体的压缩性正在工程上往往用体积弹性模量来外现。 体积弹性模量Ev(Bulk Modulus of Elasticity)是体积存缩系数的倒数。 E? ? ? 1 ?? dp dV / V ? dp d? / ? (N/m2 ) ? 与Ev随温度和压强而转化,但转化甚微。 证据:a.Ev越大,越不易被压缩,当Ev??时,外现该流体绝对弗成压缩 。 b.流体的品种区别,其?和Ev值区别。 c.统一种流体的?和Ev值随温度、压强的转化而转化。 d.正在肯定温度和中等压强下,水的体积弹性模量转化不大。 第三节 压缩性 1、为什么秤谌常被视为弗成压缩流体? 由于水的Ev=2×109 Pa ,正在压强转化不大时,水的体积变 化很小,可疏忽不计,于是平常可把水视为弗成压缩流体。 2、自来水水龙头卒然开启或合上时,水是 否为弗成压缩流体?为什么? 为可压缩流体。由于此时惹起水龙头左近处的压强转化, 且变幅较大。 End 第四节 粘度 一、粘度与牛顿内摩擦定律 二、牛顿流体、非牛顿流体 第四节 粘 度 一、粘度与牛顿内摩擦定律 粘性:流体正在运动中,因为分子间的动量换取和分子间的效率力 会惹起内摩擦阻力,这种性子称为流体的粘性。 1、牛顿内摩擦定律 第四节 粘度 Y 牛顿流体粘性实习 U F F dy u+du u H 0 经实习测定:F=? AU/H 流体中的切应力: τ =? U/H X 取个中相邻的二层流体来看,慢层对疾层有向后的牵连而使其有 变慢的趋向,而疾层对慢层有向前的牵连使其有变疾的趋向 u+du u τ 流体相邻层间存正在着拒抗层间彼此错动的趋向,这一特色称为 流体的粘性,层间的这一拒抗力即摩擦力或剪切力,单元面积上的 剪切力称为剪切应力τ 牛顿提出,流体内部的剪切力τ与流体的速率梯度 du dy成正比 ?=? du/dy 速率梯度:流速正在与速率笔直对象上的转化率。 y y h ? x R O x ux y y ? u0 h u x ? c( R 2 ? y 2 ) h x x ux ? c 牛顿内摩擦定律: 液体运动时,相邻液层间所发生的切应力与速率 梯度成正比。即 ? ? ? ? du ? ? ddt dy (N/m2 ,Pa) ?—粘性切应力,是单元面积上的内摩擦力。 流体粘性系数μ的单元是:N.s/m2 证据:1)流体的剪应力与压强 p 无合(谨慎到固体摩擦力与正压力相合)。 2)流体的切应力与动力粘性系数?成正比。 3)看待均衡流体du/dy=0或理思流体?=0,于是不发生切应力,? =0。 第四节 粘度 2、粘度 动力粘性系数?:又称绝对粘度、动力粘度、粘度,是反响流体粘滞性 巨细的系数,单元:N?s/m2 。 运动粘度?:又称相对粘度,运动粘性系数。 ?? ? ? (m2/s) 水的运动粘度? 平常可用阅历公式盘算: 0 ? ? 1?0.0337.t01775 t ? 0.000221 2 (cm2/s) 粘度的影响身分 流体粘度?的数值随流体品种区别而区别,并随压强、温度转化而转化。 1)流体品种。通常地,相似要求下,液体的粘度大于气体的粘度。 第四节 粘度 2)压强。对常睹的流体,如水、气体等, ?值随压强的转化不 大,通常可疏忽不计。 3)温度。是影响粘度的厉重身分。当温度升高时,液体的粘度 减小,气体的粘度增长。 a.液体:内聚力是发生粘度的厉重身分,当温度升高,分子间间隔增大, 吸引力减小,所以使剪切变形速率所发生的切应力减小,于是 ?值减小。 b.气体:气体分子间间隔大,内聚力很小,于是粘度厉重是由气体分子 运动动量换取的结果所惹起的。温度升高,分子运动加疾,动 量换取频仍,于是 ?值增长。 第四节 粘度 牛顿平板实习与内摩擦 定律 设板间的y向流速呈直线分散,即: y U u+du dy Y c d u y du a b F u( y) ? U y Y 则 du dy ? U Y o x F ? 切应力 分散 实习声明,看待大大批流体餍足: AU Y F? ?A 引入动力粘性系数?,则得牛顿内 摩擦 定律 ? ? F ? ? U ? ? du A Y dy du 式中:流速梯度 dy 代外液体微团的剪切 du u 变形速度。线性转化时,即 dy y ; 非线性转化时,du 即是u对y求导。 dy ? 图1.2牛顿平板实习 ? 如图所示,转轴直径=0.36m,轴承长 习 题 度=1m,轴与轴承之间的裂缝=0.2mm, 个中充满动力粘度=0.72 Pa.s的油,如 果轴的转速200rpm,求降服油的粘性阻 力所花消的功率。 解:油层与轴承接触面上的速率为零,与轴接触面上的速率等于轴面上 的线速率: ?= n?d ? ? 200 ? 0.36 ? ? 3.77 m / s 60 60 设油层正在裂缝内的速率分散为直线分散,即 则轴外外上总的切向力 为: ? 0.72 ? 3.77 ? ? ? 0.36 ?1 T ? ?A ? ? (? .dL) ? ? 1.535 ?10 4 ( N ) ?4 ? 2 ?10 降服摩擦所花消的功率为: N ? T? ? 1.535 ?10 4 ? 3.77 ? 5.79 ?10 4 ( Nm / s) ? 57.9(kW) 二、牛顿流体、非牛顿流体 牛顿流体(Newtonian Fluids):是指任一点上的剪应力都同速率梯度 呈线性函数干系的流体,即恪守牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 非牛顿流体:不契合上述要求的均称为非牛顿流体。 弹 ? 性 体 1 2 3 4 理思流体 5 宾汉型塑性流体 假(伪)塑性流体 牛顿流体 流体 膨胀性流体 du n 0 dy 1、宾汉型流体: ?0?0,n=1,?=Const ? ? ? ? ?( ) ?0 2、假(伪)塑性流体: ?0=0,n1 du dy 3、牛顿流体: ?0=0,n=1,?=Const 4、膨胀流体: ?0=0,n1 5、理思流体: ?0=0,?=0 第四节 粘度 流 流 体 类 别 体 定 义 分 类 du n ) dy 实 例 ? ? ?0 ? ?( 无 粘 性 及 ? ? 0 、? 0 = 0 理 思 流 体 十足弗成压 缩的流体的 一种假思流 体 牛顿流体 实践流体 有粘性、可 非 牛 顿 流 体 宾汉型塑性 流体 假塑性流体 膨胀性流体 ??0 压缩的流体 ? ? 0 =0 、 ? 0 、 ? 0? 0 ? ? Const n ?1 、 餍足牛顿内摩擦定律 n ?1 水、 氛围、 汽油、 石油、 甲苯、乙醇等 、 牙膏、泥浆、血浆等 ? ? 0 = 0 、 ? 0 、n ? 1 ? =0 ? ? 0 n ? 1 0 橡胶、油漆、尼龙等 生面团、浓淀粉糊 、 、 第四节 粘度 本章小结 1、工程流体力学工作是商讨流体的宏观刻板运动,提出了流体的易滚动性观点,即 流体正在静止时,不行拒抗剪切变形,正在任何轻细切应力效率下都市产生变形或流 动。同时又引入了陆续介质模子假设,把流体作为没有空地的陆续介质,则流体 中的全体物理量(如速率u和密度?)都可看作时空的陆续函数,可采用函数外面 动作分解东西。 2、流体的压缩性,通常可用体积存缩系数?和体积弹性模量Ev来刻画,平常 境况下,压强转化不大时,都可视为弗成压缩流体。 ? ? ? dV /V ? d? / ? dp dp E? ? ? 1 dp ? ? dV /V 3、粘滞性是流体的厉重物理性子,它是拒抗剪切变形的一种性子,区别的流 体粘滞性巨细用动力粘滞系数?或运动粘滞系数?来反响。个中温度是粘度 的影响身分:随温度升高,气体粘度上升、液体粘度低落。 4、牛顿内摩擦 定律 ? ? ? ? du ? ? ddt dy 它声明流体的切应力巨细与速率梯度或角变形率或剪切变形速度成正 比,这是流体区别于固体(其切应力与剪切变形巨细成正比)的一个紧急 特色。凭据是否恪守牛顿内摩擦 定律,可将流体分为牛顿流体和非牛顿流 体。