1、1 第一章流体及其物理性质 教学目的 了解并掌握流体的物理性质 教学要求 1 理解流体的概念 2 记忆水 空气 汞的密度和重度 3 理解粘性的概念 并掌握牛顿内摩擦定律 4 熟悉流体的压缩性和膨胀性 教学内容 1 流体的概念 2 流体的密度和重度 3 流体的压缩性和膨胀性 4 流体的粘性 2 第一节流体的概念 一 流体的特征 流动性在任意微小的剪切力作用下使流体发生连续的剪切变形 流动 能够流动的物质称为流体 流动性是流体的主要特征 流体可分为液体和气体 3 第一节流体的概念 一 流体的特征 流动性 流体在静止时不能承受剪切力 抵抗剪切变形 流体只有在运动状态下 当流体质点之间有相对运动时 才
2、能抵抗剪切变形 只要有剪切力的作用 流体就不会静止下来 发生连续变形而流动 作用在流体上的剪切力不论多么微小 只要有足够的时间 便能产生任意大的变形 运动流体抵抗剪切变形的能力 产生剪切应力的大小 体现在变形的速率上 而不是变形的大小 与弹性体的不同之处 4 第一节流体的概念 二 连续介质假说 个分子 1mm3空气 1个大气压 00C 流体质点概述 其中 V 0的含义应理解为流体微团趋于流体质点 5 第一节流体的概念 二 连续介质假说 连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成 占满空间而没有间隙 其物理特性和运动要素在空间是连续分布的 从而使微观运动的不均匀性 离散性 无规律性与宏观运动的
3、均匀性 连续性 规律性达到了和谐的统一 6 第二节流体的密度和重度 一 流体的密度单位体积的流体所包含的质量称为密度 用 表示 常压常温下 空气的密度大约是水的1 800 一般取汞密度为水密度的13 6倍 7 第二节流体的密度和重度 二 流体的重度单位体积的流体所的受的重力 用 表示 8 第三节流体的压缩性与膨胀性 一 流体的压缩性流体受压体积减小的性质称为压缩性 压缩系数 9 第三节流体的压缩性与膨胀性 二 流体的膨胀性流体受温度影响体积变化的性质 10 第三节流体的压缩性与膨胀性 例1 1厚壁容器中盛有0 5m3的水 初始压力为2 106Pa 当压力增至6 106Pa时 问水的体积减少了多
4、少 解取水的弹性模数E 2 109Pa 体积减少量为 m3 11 第四节流体的粘性 一 粘性及其表现运动流体内存在内摩擦力的特性 有抵抗剪切变形的能力 这就是粘滞性 形成牛顿内摩擦力物理机理 分子间的吸引力 分子运动引起流体层间的动量交换 液体以此为主 气体以此为主 12 第四节流体的粘性 二 牛顿内摩擦定律 N m2 13 第四节流体的粘性 二 牛顿内摩擦定律 14 第四节流体的粘性 三 粘性的度量 动力粘度和运动粘度 动力粘度 运动粘度 粘性受温度影响明显 15 第四节流体的粘性 三 粘性的度量 恩氏粘度 E t t0 0 0732 E 0 0631 E 10 4 m2 s 16 第四节流
5、体的粘性 例1 2相距为h 10mm的两固定平板间充满动力粘度 1 49Pa s的甘油 若两板间甘油的速度分布为u 4000y h y 则 1 求y h 3和2h 3处的内摩擦应力 并说明正负号的意义 2 若上板的面积A 0 2m2 求使上板固定不动所需的水平作用力F 解 1 y h 3时 4000 1 49 0 01 2 0 013 19 9 N m2 y 2 3h时 4000 1 49 0 01 4 0 013 19 9 N m2 y h 3 y 2 3 17 第四节流体的粘性 例1 2相距为h 10mm的两固定平板间充满动力粘度 1 49Pa s的甘油 若两板间甘油的速度分布为u 400
6、0y h y 则 1 求y h 3和2h 3处的内摩擦应力 并说明正负号的意义 2 若上板的面积A 0 2m2 求使上板固定不动所需的水平作用力F 解 2 du dy 4000 h 2y 设上板处流体所受的内摩擦应力为 0 则上板所受的内摩擦应力 0 0 F A 0 0 2 4000 1 49 0 01 2 0 01 11 92 N F F 11 92 N 18 补充例题1 图示油缸尺寸为d 12cm l 14cm 0 02cm 所充油的 0 65 10 1Pa s 试求当活塞以速度v 0 5m s运动时所需拉力F为多少 解 由牛顿内摩擦定律知 式中 由此得 19 流体及其物理性质小结 主要概念 流动性及流体 密度 压缩性 膨胀性 粘性 动力粘度 运动粘度 水 1000kg m3 空气 1 2kg m3 汞 13 6 水
