流体力学第二章yPPT课件

下面考察剪切应力和连续变形之间的关系。
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2.1 流体的易变形性与粘性
流体的粘性定义：流体运动时，微团之间 具有抵抗相互滑移运动的属性。
牛顿在《自然哲学的数学原理》（1687）中指出 ：
相邻两层流体作相互运动时存在内摩擦作用，称 为粘性力。 库伦用实验（1784）证实流体存在内摩擦。
由于流体分子间存在吸引力，速度较快的流 体层会拖着慢层向前运动。
速度较快的流体层中的流体，其在x方向的 动量也大，该层流体分子中的一部分由于无 规则热运动进入速度较慢的流体层，通过碰 撞将动量传递给后者，使其产生一个加速力 ；
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粘性产生2.的1 流原体因的易变形性与粘性
同时，运动较慢的流体层亦有同样数 量分子进入运动较快的流体层，而对 后者产生一个大小相等、方向相反的 减速力。
第二章 流体的力学性质
2.1 流体的易变形性与粘性 2.2 流体的可压缩性 2.3 液体的表面张力和毛细现象 2.4 作用在流体上的力
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整体概述
概述一
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概述二
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第二章 流体的力学性质
流体定义
在微小剪切力的持续作用下能够连续变形的物质
气体能充满任意形状的容器，无一定的体积 ，不存在自由界面。
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2.1.2物质三态的基本特征
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。
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2.1.1什么是流体
从分子力角度解释:
固体分子间的作用较强，当外界有力作用于 固体时,它可以作微小变形,然后承受住切应力 不再变形;
这种传递一层一层进行，直至壁面。 流体向壁面传递动量的结果是产生了 壁面处的摩擦力。
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归纳如下2.：1 流体的易变形性与粘性
产生粘性的物理原因:
流体的粘性是由流动流体的内聚力和分子的动量交 换所引起的
分子间吸引力：分子间相互拖动(或称为内聚力)。 分子不规则运动：分子迁移(引起分子动量交换)。
气体
10倍分子 直径
引力斥力都很小,无 平衡位置
易被压 缩
受容器限制
压力 压力
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2.1 流体的易变形性与粘性
二、流体的粘性
1、流体的粘性
对于固体而言，在剪切力作用下，固体产生相应 的变形。在弹性变形范围内，变形角、剪切弹性模 数和切应力的关系满足胡克定律。
对于流体而言，处于连续变形过程中的流体具 有抵抗剪切应力能力。
流体的特征
易变性与粘性
表面张力
可压缩性
2.1 流体的易变形性与粘性 一、流体的易变形性）重点、难点
流体与固体的区别：
直观差别： 固体具有确定的形状； 流体的形状取决于与流体相接触的边界。
力学角度：如下
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2.1.1什么是流体
首先看固体：可以一定的变形抵抗外力的作用。
固体在确定的切应力作用下，将产生确定的变形。
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2.1 流体的易变形性与粘性 三种圆板的衰减时间均相等！
阻力的来源不是圆板与液体之间的相互摩擦， 而是液体内部的摩擦。
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2.1 流体的易变形性与粘性 ❖ 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。
2.1 流体的易变形性与粘性
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2.1.1什么是流体
其次看流体：流体在外部剪力的作用下连续 的变形
❖ 或者讲,流体只有在流动的情况下才能抵抗 剪力的作用
流体在切应力作用下，将产生连续不断的变形
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2.1.1什么是流体
流体在静止时不能承受切向力,不管多 小的切向力,只要连续施加,都会使流体 发生任意大的变形,叫易流动性。
在流体上只要有剪切应力存在，它将变 形不止（连续变形），这就是流体易变 形性的表现。
而在液体和气体中,分子间的作用较弱或很弱, 只要很小的切应力,都可使它们产生任意大的 变形。
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固体,液体和气体力学性质比校
分子间距 分子力和分子位置 压缩性 形状
受力
固体
约为分子 直径
引力斥力平衡 束Biblioteka 于晶格结构很难固定形状
压力,拉力 剪力
液体
约为分子 直径
引力斥力平衡 但平衡位置可动
难压缩 受容器限制
2.1 流体的易变形性与粘性
库仑实验
库伦把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中，将圆 板绕中心旋转一角度后放开，靠金属丝的扭转作用 ，圆板开始往复摆动。由于液体的粘性作用，圆板 摆动幅度逐渐衰减，直至静止。库伦分别测量了普 通板、涂蜡板和细沙板三种圆板的衰减时间。
普通板 涂腊板 细沙板
三种圆板 的衰减时 间那个大？ 那个小？
2.1 流体的易变形性与粘性
对于气体：
分子活动空间大，主要是不规则运动引起分子团间 相互掺混；
对于液体：
分子间吸引力起主要作用，阻碍分子离开瞬时形成 的平衡位置。
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2.1 流体的易变形性与粘性
二、流体的粘性
2、牛顿内摩擦定律
摩擦力 F
与垂直于流动方向的速度梯度du/dy成正
比
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
F F，
dy
u0
du
流体的粘性实验
牛顿实验2.1 流体的易变形性与粘性
发现：紧靠上板的液体粘附在其表面 上而与之以相同的速度v0向前运动； 紧靠下板的液体，也因粘附作用而与 下板一起保持不动，而两板之间的液 体，则由于粘滞作用，从上到下速度 逐渐由大变小，直至为零。
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2.2.1粘性2.1,理流想体的流易体变形性与粘性
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2.1.2物质三态的基本特征
流体和固体的区别:
从力学分析的角度上看，在于它们对外力抵 抗的能力不同
固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗 拉伸变形。
流体：只能承受压力，一般不能承受拉力,不 能抵抗拉伸变形。
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2.1.2物质三态的基本特征
液体和气体的区别：
1、气体易于压缩；而液体难于压缩； 2、液体有一定的体积，存在一个自由液面；
粘性:
流体所具有这种抵抗两层流体相对滑动速度, 或普遍讲抵抗变形的性质叫做粘性。
粘性应力:
流体在运动时,对相邻两层流体间的相对运动, 即相对滑动速度有抵抗作用,这种抵抗力称为 粘性应力。
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粘性产生2.的1 流原体因的易变形性与粘性
两板间的流体可以看作分成了无数个平行于 平板的流体层，层与层之间存在着速度差。