流体的物理性质

说 明：
Vdp dV
k越大，越易被压缩
1
流体的种类不同，其k值不同。气体压缩性大 于液体。 同一种流体的k值随温度、压强的变化而变化。
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第三节 流体的主要物理性质
二、流体的压缩性和膨胀性
3、可压缩流体和不可压缩流体 不可压缩流体： 流体密度随温度、压强变化很小的流体
反映流体粘滞性 大小的系数
ν ——运动黏度，m2/s

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第三节 流体的主要物理性质 三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
y
u
dy Y y a b d c
0
dudt d tg(d ) dy du 角变形率 d
dt

u+du u du
F
dy
o
x udt (u+du)dt d c d' d a b a' b'
1 dV dp V
—流体的体积压缩系数，m2/N；
dp —流体压强的增加量，Pa；
V —原有流体的体积，m3； dV —流体体积的增加量，m3。
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第三节 流体的主要物理性质
二、流体的压缩性和膨胀性
2、流体的压缩性（续） 体积模量K ： 压缩系数的倒数 工程上常用体积模 量衡量流体压缩性
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
1、流体的黏性 定义： 流体微团间发生相对滑移时产生切向阻力的性质
库仑实验(1784)
库仑用液体内悬吊圆盘摆动实验证实流体存在内摩擦
普通板、涂腊板和细沙板，三种圆板的衰减时间
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
1、流体的黏性(续)
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第三节 流体的主要物理性质
二、流体的压缩性和膨胀性
1、流体的膨胀性 定义：P一定 T V
体积膨胀系数
V
压强不变，升高一个单位温度 所引起流体体积的相对增加量
1 dV V dt V
V —流体的体积膨胀系数，1/℃，1/K； d t —流体温度的增加量，℃，K； V —原有流体的体积，m3；
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
3、影响黏性的因素
结论1、流体的黏性受温度的影响很大
举
例:
电厂润滑油系统除了保持一定油压外，必须保持油温不 能超过70℃，冷油器出口油温45℃。
锅炉燃用的重油需加热到一定温度后，黏性减小才能用 油泵打出
油温过高 油温过低 黏性减小 黏性增大 油膜变薄 油膜变厚 轴和轴承之间干摩擦 不11/20 19
第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
2、牛顿内摩擦定律
du F A dy
流层间单位面积上的内摩擦力称为切向应力
F du A dy
牛顿内摩擦定律
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
μ ——动力黏度，Pa· s
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表1-2
密 气 体 度
在标准大气压和20℃常用气体性质
气体常数 密 气 体 度 动力黏度 气体常数
动力黏度

（ kg/m3 ）
105
（ Pa · s） 1.80 1.48 1.82 1.97
R
[ J/(kg · K) ] 287 188 297 2077

（ kg/m3 ）
一般情况下的液体都可视为不可压缩流体，管路中 压降较大时，应作为可压缩流体。
（发生水击、水下爆破）。 对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为 不可压缩流体。 （锅炉尾部烟道） 气体对物体流动的相对速度比声速要小得多时， 气体的密度变化也很小，可以近似地看成是常数， 也可当作不可压缩流体处理。
dV —流体体积的增加量，m3。
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第三节 流体的主要物理性质
二、流体的压缩性和膨胀性
1、流体的膨胀性 液体的体积膨胀系数很小
例如在9.8×104Pa下，1～10℃范围内，水的体积膨胀系数＝14×10-61/℃； 10～20℃范围内，150×10-6 1/℃。在常温下，温度每升高1℃，水的体积相 对增量仅为万分之一点五；温度较高时，如90～100℃，也只增加万分之七。 其它液体的体积膨胀系数也是很小的。
第三节 流体的主要物理性质
一、流体的密度
流体重要属性，表征流体在空间某点质 量的密集程度
定义：单位体积流体所具有的质量
用符号ρ来表示。 均质流体： 非均质流体：
m V
单位：kg/m3
m dm lim V 0 V dV
水——1000 kg/m3 空气——1.23 kg/m3 水银——136000 kg/m3
对于黏性为主要影响因素的实际流动问题，先研究不计黏性影响的理 想流体的流动，而后引入黏性影响，再研究黏性流体流动的更为复杂 的情况，也是符合认识事物由简到繁的规律的。
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
5、牛顿流体、非牛顿流体
牛顿流体： 是指任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性 函数关系的流体，即遵循牛顿内摩擦定律的流体称 为牛顿流体。 非牛顿流体： 不符合上述条件的均称为非牛顿流体。
流体的体积膨胀系数还取决于压强。对于大多数液体， 随压强的增加稍为减小。水的在高于50℃时随压强的增 加而减小，低于50℃时随压强的增加而增加。
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第三节 流体的主要物理性质
二、流体的压缩性和膨胀性
2、流体的压缩性 定义：T一定 P V
体积压缩系数

当温度保持不变，单位压强增 量引起流体体积的相对缩小量
105
（ Pa · s） 1.76 2.00 1.34 1.01
R
[ J/(kg · K) ] 297 260 520 462
空
气
1.205 1.84 1.16 0.166
氮 氧 甲 烷
1.16 1.33 0.668 0.747
二氧化碳 一氧化碳 氦
饱和水蒸 汽
氢
0.0839
0.90
4120
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
4、理想流体的假设
具有粘性的流体（μ≠0）。 粘性流体：
理想流体：忽略粘性的流体（μ=0）。
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
4、理想流体的假设
在实际流体的黏性作用表现不出来的场合(像在静止流体中或匀速直 线流动的流体中)，可以把实际流体当理想流体来处理。 在许多场合，想求得黏性流体流动的精确解是很困难的。对某些黏性 不起主要作用的问题，先不计黏性的影响，使问题的分析大为简化， 从而有利于掌握流体流动的基本规律。
d d t 0
不可压均质流体：
const
const
可压缩流体： 流体密度随温度、压强变化不能忽略的流体
273 p 0 273 t 101325
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第三节 流体的主要物理性质
二、流体的压缩性和膨胀性 几点说明：
严格地说，不存在完全不可压缩的流体。
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
2、牛顿内摩擦定律 数学表达式 写成等式为
du FA dy
F A
du dy
F —流体层接触面上的内摩擦力，N；
A—流体层间的接触面积，m2； du/dy—垂直于流动方向上的速度梯度，1/s；
μ —动力黏度，Pa· s。
3、牛顿流体： 0=0，n=1,=Const 4、膨胀流体： 0=0，n>1 5、理想流体： 0=0，=0
理想流体 5
du dy
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流
流 体 类 别
体
定 义
分

0
类
( du n ) dy
实 例
无粘性及完 理 想 流 体 全不可压缩 的流体的一 种假想流体 牛顿流体 宾汉型塑性 非牛 顿流 体 流体 假塑性流体 膨胀性流体 有粘性、可 压缩的流体 满足牛顿内摩擦定律 水、空气、汽油、煤油、 甲苯、乙醇等 牙膏、泥浆、血浆等 橡胶、油漆、尼龙等 生面团、浓淀粉糊
则
d du dt dy
c'
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
2、牛顿内摩擦定律

d du dt dy
流体的切应力与剪切变形速率，或角变形率成正比。 当速度梯度等于零时，内摩擦力也等于零。
当流体处于静止状态或以相同速度运动(流层间没有相对运 动)时，内摩擦力等于零，此时流体有黏性，流体的黏性作用 也表现不出来。 当流体没有黏性(μ=0)时，内摩擦力等于零。
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
3、影响黏性的因素
相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。 流体种类：
压 温
强：
常压，压强对流体的黏性影响很小，可忽略不计 高压，流体黏性随压强升高而增大。
度:
液体的黏性随温度升高而减小 气体的黏性随温度升高而增大。
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第三节 流体的主要物理性质
结论2、液体和气体的黏性随温度的变化不同
(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成
温度↑→分子间距↑→分子吸引力↓→内摩擦力↓→粘度↓
(2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成
温度↑→分子热运动↑→动量交换↑→内摩擦力↑→粘度↑
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
5、牛顿流体、非牛顿流体
弹 性 体
宾汉型塑性流体 2 3 4 假(伪)塑性流体 牛顿流体 流体 膨胀性流体
1
0 ( )
du n dy
0
1、宾汉型流体： 00，n=1,=Const 2、假(伪)塑性流体： 0=0，n<1
810.4×104Pa，试问需用高压泵向容器中注入多少体积的水？假设高压
容器是刚体不变形，水受压后温度不变，已知810.4×104Pa、 20°C的 水k＝0.461×10－91/Pa.
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思考一下！
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第三节 流体的主要物理性质
在标准大气压下常用液体的物理性质
温度 t （℃） 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 - 257 - 195 20 密度 （ kg/m 3 ） 998 1026 1149 789 895 1588 1335 1258 678 808 850-958 918 72 1206 13555 相对密度 d 1.00 1.03 1.15 0.79 0.90 1.59 1.34 1.26 0.68 0.81 0.85-0.93 0.92 0.072 1.21 13.58 动 力 黏 度 104 （ P a · s） 10.1 10.6 — 11.6 6.5 9.7 — 14900 2.9 19.2 72 — 0.21 2.8 15.6
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思考一下！
跳水时身体与水面越平行身体越疼，为什么？
1、流体不能承受任何微小的剪切力，但可以承受一定的压力 2、液体是不可压缩流体
烟气在烟囱里面能从下部流到大气中的动力来自哪里？
自然循环的两个条件 1、流体的密度差 2、一定的高度
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例题1： 把绝对压力p1＝10.13×104Pa，温度t＝20°C的水密封在体积 V＝1m3的高压容器中进行水压实验，欲使容器中水的绝对压力p2＝

流体粘性所产生的两种效应
流体内部各流体微团之间会产生粘性力； 流体将粘附于它所接触的固体表面。
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u0
F F，
dy du
图1-1 流体的黏性实验
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第三节 流体的主要物理性质
三、流体的黏性和牛顿内摩擦定律
2、牛顿内摩擦定律 与垂直于流动方向的速度梯度du/dy成正比 内摩擦力 F 与接触面的面积A成正比 与流体的种类有关 与接触面上压强P 无关
1
常见流体的密度：
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第三节 流体的主要物理性质
一、流体的密度（续）
相对密度：是指某种流体的密度与4℃时水的密度的
比值，用符号d来表示。
f d
f
W
— 流体的密度，kg/m3； W — 4℃时水的密度，kg/m3。
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表1-1
液体种类 纯水 海水 20% 盐 水 乙醇（酒精） 苯 四氯化碳 氟 利 昂 -12 甘油 汽油 煤油 原油 润滑油 氢 氧 水银