流体主要物性 PPT

0.0731 o E

0.0631 oE
(cm2
/
s)
0E 无单位,当其>2时,用上式将恩氏粘度0E 直接转换为运动粘度
例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度 L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ =0.1Pa·s。
求作用在活塞上的粘性力。
解： T A dv
粘度
液体
气体
掌握两种粘度的单
位计量方式(P6)
o
温气度 体
4)粘度的测量方法
法1: 用粘度计直接测量得出：(绝对粘度 , )
毛细管粘度计、旋转粘度计
法2: 用恩氏粘度计测出相对粘度(恩氏粘度 0E ),
然后用经验公式转换为运动粘度.
恩氏粘度计测定
o E t1 t2
200ml被测液体从恩氏粘度计流出的时间 200ml，20度的纯水从恩氏粘度计流出的时间50s
t

1 V
V T
(oC 1)
• 注意：
• (a)严格地说，不存在完全不可压缩的流体。 • (b)一般情况下的液体都可视为不可压缩流体
（发生水击时除外）。 • (c)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。 • (d)管路中压降较大时，应作为可压缩流体。
5.流体的粘滞性
1)粘性：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，随
• 直线惯性力： I ma
• 离心惯性力： R m 2r
• 这三种力都与液体质量m成正比，且都作用在质点 中心上，因而称为质量力
二、表面力（近程力）（接触力）
• 表面力指作用于流体的表面上，并与受作用的流 体表面积成正比。
• 表面力包括外力和内力。 • 垂直于作用面的力，称为法向力（压力）P； • 平行于流体作用面的，称为切向力（内摩擦力）T • 连续流体中，表面力是在流体表面连续分布的力。
dv/dz的增大而增加（淀粉糊、
du
挟沙水流）
o
dy
本章小结
流体的分类：
本章重点： 连续介质假设，牛顿内摩擦定律
思考题：1、流体的基本特性是什么？
2、粘度的表示方法以及粘度与温度和压力的关系； 3、动力粘性系数和运动粘性系数的区别和联系是什么？ 4、什么是流体的连续介质模型；为何提出连续介质概念？
4.热膨胀性和可压缩性
1)压缩性：在一定温度下，流体体积随压强升高而减少的
性质。它的物理意义是单位压强变化所引起的体积的相对变 化率。（Pa-1）
p

1 V
V p
体积模量：体积压缩率的倒数。
E0

1
p
VP (Pa) V
E越大,流体越不易被压缩
2)热膨胀性：流体体积随温度升高而增大的 性质。它的物理意义是单位温度变化所引 起的体积的相对变化率。液体的热膨胀性 很小，一般可以忽略不计。气体的热膨胀 系数为1/273，不可忽略.
拉伸变形。
流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与 抵抗拉伸变形。在极小切应力下就会出现连 续的变形流动。
液体和气体的区别：
气体易于压缩,而液体难于压缩； 液体有一定的体积，存在一个自由液面；气体能
充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自 由液面。
液体和气体的共同点：
两者均具有易流动性，即在任何微小切 应力作用下都会发生变形或流动，故二者 统称为流体。
dy
(u+du)dt
dudt
dy
dy dθ
vdt
du d
dy dt
——角变形速度（剪切变形速度）
流体与固体在摩擦规律上完全不同
正比于du/dy
正比于正压力，与速度无关
3).粘度(动力粘度和运动粘度)
μ — 动力粘度、 ν=μ/ρ—运动粘度系数
, f (流体种类，温度，压强 等)
★注意：液体和气体的粘度随温度变化规律不同。
第二节 流体的基本物理性质
1.密度 2.重度
lim m
V 0 V
G g
V
m
V
3.相对密度 d 流 ＝ 流
水 水
常见的密度（在一个标准大气压下）：
4℃时的水 1000 kg / m3 20℃时的空气 1.2kg / m3
图1-6 液体在毛细管内下降 (b) 不湿润管壁的液体的液面下降
第三节 作用在流体上的力
流体无论处于运动或平衡状态，都受到各
种力的作用。
按力的物理性质不同来划分，可分为重力、
惯性力、弹性力和粘滞力。
按力的作用方式不同，可分为：质量力和
表面力两种。
一、质量力
• 作用在流体每一质点上，其大小与流体质量成正 比：G= mg
定义：使液体表面处于拉伸状态的力为表
面张力.
表面张力系数 ：单位长度上的表面张力.

f L
表面张力的产生部位：液、气接触自由表
面,液固接触的周界、不同液体接触的周界
表面张力产生的原因：由于内聚力的不同
而导致（分子受力不平衡）。
2)毛细管现象
• 在毛细管中,表面张力可以引起液面上升或 下降,此现象称之为毛细管现象.
解： du r1 0
dy
r2 r1 2n60nr1h
r2
M Ar1 2 r1h r1 0.0045
得 0.952Pa s
注意：1.面积A的取法； 2.单位统一
6.表面张力和毛细管现象
1)表面张力
当液体与其它流体或固体接触时，在分界面上都产生 表面张力，出现一些特殊现象，例如空气中的雨滴呈球状， 液体的自由表面好像一个被拉紧了的弹性薄膜等。
牛顿流体——服从牛顿内摩擦定律的流体（水、大部分
轻油、气体等）
假塑性流体——τ的增长率随
τ
dv/dz的增大而降低（高分子
溶液、纸浆、血液等）
宾汉型塑性流体
假塑性流体 牛顿流体
塑性流体——克服初始应力
τ0后，τ才与速度梯度成正
比（牙膏、新拌水泥砂浆、中 等浓度的悬浮液等）
膨胀性流体
τ0
膨胀型流体——τ的增长率随
第一章 流体主要物理性质
在研究流体静止和运动之前，首先要了 解流体的内在属性，即流体的物理性质。包 括密度、压缩性、膨胀性、粘性等。其中， 粘性是流体物理性质中最重要的特性。
第一节 流体的概念
• 凡是没有固定的形状易于流动的物质就叫 流体。即液体和气体。
• 流体与固体的差别表现为： 固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗
表面张力的形成主要取决于分界面液体分子间的吸引 力，也称为内聚力。在液体中，一个分子只有距离它约 10-7cm的半径范围内才能受到周围分子吸引力的作用。在 这个范围内的液体分子对该分子的吸引力各方向相等，处 于平衡状态。但在靠近静止液体的自由表面、深度小于约 10-7cm薄的表面层内，每个液体分子与周围分子之间的吸 引力不能达到平衡，而合成一个垂直于自由表面的合力。
恩氏粘度计
毛细管粘度计
旋转粘度计
因此使用单位面积上的表面力来表述，称为应力。
P pA
T A
第四节 流体的各种模型
• 本节主要介绍几个概念： 1.连续介质:(宏观/数学分析) 2.理想流体：不考虑粘度、可压缩性、膨胀
性等物理性质的流体. 3.不可压缩流体: 4.牛顿流体与非牛顿流体:
牛顿流体与非牛顿流体 T A du dy
之产生阻抗相对运动的内摩擦力. 微观机制：分子间吸引力、分子不规则运动的动量交换.
2)牛顿内摩擦定律：
T A du dy
T A du
dy
切应力： F du
A dy
数学含义：垂直于流动方向的流速梯度。 物理含义：运动流体的剪切变形速率。
du 速度梯度 的物理意义
dy d tgd dudt
液固间 附着力 大于液 体的内
聚力
H2O
σθ
σ
h
凹 上升
θ
h
σ
σ
凸 下降
液固间 附着力 小于液 体的内 聚力 (Hg)
表面张力在垂直方向的分力与所升高 液柱的重量相等时,液柱平衡不再升高. 即有:
D cos gD2h / 4
液柱高度h:
h 4 cos gD
例题1-5:P9
图1-6 液体在毛细管内上升 (a) 湿润管壁的液体的液面上升
dn A dL 0.1196 0.14 0.053m2
Dd L
dv v 0
1 0
5 103 s1
dn (D d ) / 2 (0.12 0.1196) / 2
T 0.053 0.15103 26.5N
注意：面积、速度梯度的取法
例：旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/min。内外筒 间充入实验液体。内筒r1=1.93cm，外筒 r2=2cm，内筒高h=7cm， 转轴上扭距M=0.0045N·m。求该实验液体的粘度。