1 流体及其主要物理性质

牛顿流体与非牛顿流体： ⑥牛顿流体与非牛顿流体：
剪应力与速度梯度的关系遵循牛顿粘性定律的流 牛顿型流体； 体叫做牛顿型流体 不遵循这一规律的流体为非牛顿 体叫做牛顿型流体；不遵循这一规律的流体为非牛顿 型流体。 型流体。 所有气体和大部分液体或溶液都为牛顿流体； 所有气体和大部分液体或溶液都为牛顿流体； 对非牛顿流体而言，粘度不再是纯粹的物性， 对非牛顿流体而言，粘度不再是纯粹的物性，而是 随着速度梯度而改变，称为表观粘度 表观粘度。 随着速度梯度而改变，称为表观粘度。
⑤理想流体与粘性流体： 理想流体与粘性流体：
自然界中的所有流体都具有粘性， 自然界中的所有流体都具有粘性，具有 粘性的流体统称为粘性流体 实际流体。 粘性流体或 粘性的流体统称为粘性流体或实际流体。
完全没有粘性的流体， 完全没有粘性的流体， μ=0，称为理想流体 是假设. 理想流体。 即μ=0，称为理想流体。是假设.
n>1
du τ =τo + µ dy
牛顿性流体 流体分类 粘塑性流体 假塑性流体 涨塑性流体
剪应力
速度梯度
2.流体的重度、 2.流体的重度、比重和比重指数 流体的重度
表示。 1）重度：单位体积的流体所具有的重量，用γ表示。 重度：单位体积的流体所具有的重量， γ=G/V=mg/V=ρ·g 单位： SI单位制 单位： SI单位制 [ N/m3 ] 工程单位制 [ kgf/m3 ] 注意：a.在同一单位制中， 注意：a.在同一单位制中，γ=ρ·g 在同一单位制中 b.同一流体 同一流体， SI制中的 b.同一流体，工程单位制中的γ和SI制中的 ρ数值相等。 数值相等。
速度梯度
实质： 实质：
τ=
F m⋅a = = S S
m⋅
du dθ = d (mu ) S S ⋅ dθ
动量
动量通量， 即：单位时间通过单位面积的动量通量，其产生 单位时间通过单位面积的动量通量 动量传递。 的原因是流体层之间的动量传递 的原因是流体层之间的动量传递。
3）流体的粘度： 流体的粘度：
作业
课本
P80
1、2、4 1、
第1章
流体流动
第1章 流体流动
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 流体及其主要物理性质 流体静力学 流体动力学 流体在管内的流动阻力 管路计算 流量测量
1.1 流体及其主要物理性质
1.1.1 流体及其特点 1.1.2 连续介质假定 1.1.3 流体的物理性质
理想气体混合物： 理想气体混合物： （1）
PM m ρm = RT
M m = ∑ M i ⋅ yi
Mm 为平均分子量： 为平均分子量：
yi 为i 组分的摩尔分率
混合气体为基准， （2） 以1m3混合气体为基准， 设xv,i 为i 组分的体 ） 积分率，则： 积分率， m
ρ m = ρ1 xV ,1 + ρ 2 xV , 2 + ... + ρ n xV ,n
换算： 换算：1Pa·s=1 N·s /m2=10P=1000cP 1P（泊）=1dyn·s·cm-2 （
②运动粘度υ ： υ=μ/ρ SI制 SI制： [ν ] = = ρ
µ
Pa ⋅ s kg /( m ⋅ s ) = = m2 / s kg / m 3 kg / m 3
物理单位制（CGS）：为 /s，称为斯托克斯， 物理单位制（CGS）：为cm2/s，称为斯托克斯，用 ）： st 表示，简称（tuo）。 表示，简称（tuo） 换算： tuo）=1× 换算： 1st =100cSt（厘tuo）=1×10-4m2/s
流动阻力 产生的根源
内摩擦力（粘滞力） 内摩擦力（粘滞力）
2）牛顿粘性定律： 牛顿粘性定律：
平板实验
∆u ⋅A ∆y
∆u ⋅ S或 ∆ y ∆u = µ ∆ y
F∝
F = µ
引入µ： 引入 ：
F τ = S
剪应力
du 圆形管内： 圆形管内： τ = µ dy
流体的粘度
——牛顿粘性定律 牛顿粘性定律
2）比重：液体的比重通常指其密度（或重度）与水 比重：液体的比重通常指其密度（或重度）
在4℃时的密度（或重度）之比 ，也称相对密度。 4℃时的密度（或重度） 也称相对密度。 时的密度
ρ γ ρ d = 4 = 4 ≈ ρ w γ w 1000
t 4
比重指数：对油品， 3）比重指数：对油品，常采用一种特殊的比重计测 得的读数来表示轻重，该读数称为比重指数， 得的读数来表示轻重，该读数称为比重指数，oAPI。
1.1.1 流体及其特点
⒈流体：气体和液体统称为流体。 流体：气体和液体统称为流体。 ⒉特点：a. 流动性； 特点： 流动性； b. 无固定形状; 无固定形状; c. 在外力作用下，其内部质点会发生 在外力作用下， 相对运动. 相对运动 ⒊分类： 分类： 液体： 液体：不可压缩性流体 气体：可压缩性流体，│(P1-P2)/P1│＜20% 气体：可压缩性流体， 时可视为不可压缩性流体
牛顿流体与非牛顿流体： ⑥牛顿流体与非牛顿流体：
分类 ①假塑性流体： 假塑性流体： du n ) τ = K( 如甘油溶液，油脂、油漆等。 如甘油溶液，油脂、油漆等。 dy ②涨塑性流体： 涨塑性流体： du n ) τ = K( 如淀粉、硅酸甲等悬浮液。 如淀粉、硅酸甲等悬浮液。 dy ③粘塑性流体： 粘塑性流体： 如纸浆、牙膏、泥浆等。 如纸浆、牙膏、泥浆等。 n<1
课前练习
• 1.按定义写出下列物理量的SI单位与工 1.按定义写出下列物理量的SI单位与工 按定义写出下列物理量的SI 程单位
密度密度-单位体积的质量 功率功率-单位时间所做的功 传热速率传热速率-单位时间所传递的热量
• 2.将下列单位换算为SI单位 2.将下列单位换算为SI单位 将下列单位换算为SI σ=71dyn/cm =0.008g/cm·s μ=0.008g/cm s kG=1.6kmol/m2h
1.1.3 流体的物理性质
1.密度：单位体积流体所具有的质量。 1.密度：单位体积流体所具有的质量。 密度 ρ=m/V， kg/m3 ρ=m/V， 均质流体： ρ=f(T， 均质流体： ρ=f(T，P) ①液体： ρ≈f(T) 液体： 混合物： 1kg混合液为基准 混合液为基准， 混合物：取1kg混合液为基准，设xw,i为i 组分的 质量分率， 质量分率，则：
1cst =10-2st =10-6m2/s
③粘度μ的影响因素 ：
μ =f ( T、P、物质种类 )
液体： 分子间距离↑→引力↓ ↑→引力 液体：T↑→分子间距离↑→引力↓→液体的μ↓ 气体： 分子的混乱运动和碰撞↑ 气体：T↑→分子的混乱运动和碰撞↑→μ↑
的影响一般不予考虑， 压力P 的影响一般不予考虑，只有在极高或极低 的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。 的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。
1.1.2 连续介质假定
假定： 假定： 1.流体是由无数个分子集团所组成的连续介质， 1.流体是由无数个分子集团所组成的连续介质，每个 流体是由无数个分子集团所组成的连续介质 分子集团称为质点； 分子集团称为质点； 2.质点大小远小于容器或管道的尺寸 质点大小远小于容器或管道的尺寸； 2.质点大小远小于容器或管道的尺寸； 3.流体质点间没有空隙 流体充满其所占据的空间。 流体质点间没有空隙， 3.流体质点间没有空隙，流体充满其所占据的空间。 目的：从宏观角度研究流体流动规律。 目的：从宏观角度研究流体流动规律。 注：该假定对绝大多数流体都适用。但是当流动体系 该假定对绝大多数流体都适用。 的特征尺度与分子平均自由程相当时， 的特征尺度与分子平均自由程相当时，连续介质 假定不再适用，例如高真空稀薄气体的流动。 假定不再适用，例如高真空稀薄气体的流动。
粘滞系数、动力粘度、 ①粘度 ：μ，粘滞系数、动力粘度、绝对粘度 SI单位制： SI单位制： 单位制
N / m2 N ⋅ s [µ ] = m / s = 2 = Pa ⋅ S = kg m m⋅s m
dyn / cm 2 dyn ⋅ s g ⋅ cm /( s 2 ⋅ s ) g 物理单位制： 物理单位制：[µ ] = = = = =P 2 2 cm / s cm cm cm ⋅ s cm
V
1
ρm
=
x w,1
ρ1
+
x w, 2
ρ2
+ ..... +
x w, n
ρn
②气体： ρ=f(T，P) 气体： ρ=f(T， 理想气体： 理想气体： 或者： 或者：
m PM ρ= = V RT
T0 P ρ = ρ0 TP0
标态下：ρ0 =M/22.4 ，T0 =273.15K，P0 标态下：
=101.3kPa
o
API =
141 . 5 − 131 . 5 15 . 6 d 15 .6
t t d 4 = 0.9990d15.6
⒊流体的比体积
单位质量流体的体积 又称为流体的比容 单位： 单位：[ m3/kg ]
V 1 ν= = m ρ
⒋流体的粘度
流体的粘性： 1）流体的粘性：
粘性：流体在运动状态下具有的抗拒向前运动的特性。 粘性：流体在运动状态下具有的抗拒向前运动的特性。 抗拒向前运动的特性 说明：a. 粘性是流体的固有属性 说明： b.只有在流动时才表现出来 b.只有在流动时才表现出来
④混合物粘度： 混合物粘度：
分子不缔合的液体混合物： lgµ m = ∑ xi ⋅ lgµ i 分子不缔合的液体混合物： 气体混合物： 气体混合物：
µ
m
=
∑ yµ M ∑yM
i i i i
1 i 1
2
2
式中： 组分的摩尔分率； 式中； 组分的摩尔分率； μi－与混合物相同温度下的i 组分的粘度； 组分的粘度； Mi－气体混合物中i 组分的分子质量。 组分的分子质量。