流体主要物理性质

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流体与固体的区别
从微观角度看
流体和其它物体一样，都是由大量不连续分布的 分子组成，分子间有间隙。
从宏观角度看
流体是在空间和时间上连续分布的介质。
1775年欧拉在建立流体运动的微分方程时，就是 采用连续介质这样一个基本假说，并在实践中得到了 证实，该假说的合理性。
流体微团（流体质点）：宏观上足够小，微观上足够大
1.2kg / m3
热膨胀性和可压缩性
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。
VP E0 ( Pa) p V 1
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 1 V
, 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。
粘度 液体 气体
o
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掌握两 种粘度 的单位 计量方 式
气体 温度
粘度的测量方法
绝对粘度
,
：毛细管粘度计、旋转粘度计
相对粘度 0 E ：恩氏粘度计测定
o
t1 E t2
200ml被测液体从恩氏粘度计流出的时间
解： T A
dv dn
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D d L
A dL 0.1196 0.14 0.053m
1 0 dv v 0 5 103 s 1 dn ( D d ) / 2 (0.12 0.1196) / 2
T 0.053 0.1 5 103 26.5N
2n 60
M Ar1 2 r1h r1 0.0045
h
n
r1 r2
得 0.952Pa s
注意：1.面积A的取法； 2.单位统一
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表面张力和毛细管现象
表面张力σ：由分子的内聚力引起 单位：N/m
发生在液气接触的周界、液固接触的周界、不同液体
接触的周界 毛细现象：液固接触 液固间附着力大于液体的内聚力 液固间附着力小于液体的内聚力 凹
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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 直线惯性力：I=ma 离心惯性力： 2
R m r
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
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二、表面力
表面力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。 垂直与作用面的力，称为法向力（压力）；平行 与流体作用面的，称为切向力（内摩擦力） 连续流体中，表面力是在流体表面连续分布的力。 因此使用单位面积上的表面力来表述，称为应力。
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流体的粘性
(u+du)dt
du 速度梯度 的物理意义 dy
d tgd
du d dy dt
dudt dθ
Leabharlann Baidudy vdt
dy
dudt dy
——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
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正比于正压力，与速度无关
动力粘度和运动粘度
μ — 动力粘度、 ν=μ/ρ—运动粘度系数
P pA T A
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第四节 流体的各种模型
本节主要介绍几个概念： 连续介质 理想流体：不考虑粘度、可压缩性、膨胀 性等物理性质的流体 不可压缩流体 牛顿流体与非牛顿流体
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牛顿流体与非牛顿流体
牛顿流体与非牛顿流体
τ
宾汉型塑性流体 假塑性流体 牛顿流体 膨胀性流体
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dv/dz的 增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液 等） 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） 膨胀型流体——τ的增长率随dv/dz的 增大而增加（淀粉糊、挟沙水流）
θ σ σ σ θ σ h
上升
h
D cos gD2h / 4
4 cos h gD
思考：水和养分为什么能够到达参天大树的枝叶？ 12
凸 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。
注意：面积、速度梯度的取法
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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。
r1 0 du 解： dy r2 r1
200ml，20度的纯水从恩氏粘度计流出的时间
o
与运动粘度 的换算关系
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0.0631 2 0.0731 E o (cm / s ) E
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。
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t
V T
( oC 1 )
流体的粘性
粘性：在外力作用下，流体微元间出现相对运动时，
随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 牛顿内摩擦定律：
TA du dy
du T A 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。
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的微体积内的流体。
第二节 流体的基本物理性质
密度 重度
G g V
m lim V 0 V
m V
相对密度
流 流 d ＝ 水 水
常见的密度（在一个标准大气压下）：
4℃时的水
4
1000kg / m
3
20℃时的空气
前言
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。
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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：固体可以承受拉 力、压力和切应力，流体却只能承受压力， 几乎不能承受拉力，在极小切应力下就会出 现连续的变形流动。