流体及其物理性质

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1、EngineeringFluidMechanics主讲人：程敢工程流体力学2第二章　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.理解粘性的概念，并掌握牛顿内摩擦定律；3.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。《工程流体力学》——第二章流体及其物理性质主要内容一、流体的定义、特征二、流体的连续介质假设三、作用在流体上的力四、流体的密度五、流体的压缩性、膨胀性六、流体的粘性七、流体的表面

2、性质第一节流体的定义和特征一、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。流体与固体的区别固体的变形与受力的大小成正比；任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形；一、流体的特征——流动性(续)液体与气体的区别液体的流动性小于气体；液体具有一定的体积，并取决于容器的形状；气体充满任何容器，而无一定体积。流体没有固定形状，其形状取决于容器的形状。流动性形状不定第一节流体的定义和特征第一节流体的定义和

3、特征二、流体的特征——受力特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）。第一节流体的定义和特征二、流体的特征——受力特性（续）？流体是否可以承受拉力、切应力、压力？有无静摩擦力？固体液体气体压力√

4、√√拉力√××剪力√××第二节流体作为连续介质的假设微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的随机性使得流体的各物理量在时间和空间上的分布都是不连续的。宏观上：当所讨论问题的特征尺寸远大于流体的分子平均自由程时，可将流体视为在时间和空间连续分布的函数。问题的提出个分子1mm3空气(1个大气压，00C)宏观（流体力学处理问题的尺度）上看，流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。微观（分子自由程的尺度）上看，流体质点是一个足够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为的统计平均值将是

5、稳定的，作为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。流体质点概念宏观无限小微观无限大第二节流体作为连续介质的假设流体质点的运动过程是连续的；表征流体的一切特性可看成是时间和空间连续分布的函数。流体介质是由连续的流体质点所组成，流体质点占满空间而没有间隙。连续介质假说特例航天器在高空稀薄的空气中的运行血液在毛细血管中的流动第二节流体作为连续介质的假设第三节作用在流体上的力表面力质量力作用在流体上的力表面力：作用在流体中的所取某部分流体（分离体）表面上的力，也就是该分离体周围的流体（既可是同

6、一种类的流体，也可是不同种类的流体）或固体通过接触面作用在其上的力。如：压力，内摩擦力（切应力）1表面力作用在流体上的力表面力质量力在流体中任取一块流体，其体积为V，表面积为A，在这块流体上任取一微元面积δA，作用在其表面上的力为δF，分解为法向力切向力法向力又称为压强。法向力：切向力：第三节作用在流体上的力表面力质量力质量力作用在流体内部所有流体质点上并与流体的体积或质量成正比的力，也称为体积力。例如：重力、磁性力、电动力、惯性力。单位质量力单位质量流体受到的质量力。2质量力第三节作用在流体上的力表

7、面力质量力在这块流体上，取一流体微团，其体积为V，由于地球引力的作用，产生的重力为ρgV。由于流体存在加速度，根据达朗贝尔原理，虚加的惯性力为。单位质量流体的质量力用表示在笛卡尔直角坐标系中：δFδFnδFτVAδAzyxfx，fy，fz表示在直角坐标系x轴，y轴，z轴上的投影。在重力场中，fx＝fy＝0，fz＝g第三节作用在流体上的力表面力质量力流体所受的作用力第三节作用在流体上的力表面力质量力第四节流体的密度一、流体的密度定义：单位体积的流体所具有的质量。均质流体非均质流体m,VmV表达式第

8、四节流体的密度密度与温度和压强有关液体密度随温度略有变化，受压强影响不大。1000100098096094040608020tºC水的密度随温度的变化完全气体状态方程p绝对压强，Pa(N/m2);ρ密度,kg/m3;T绝对温度,KR气体常数,J/(kgK)气体密度受压强和温度影响的变化较大。第四节流体的密度二、流体的相对密度相对密度：流体密度与4℃水的密度的比值，为无量纲量w为标准大气压下4℃水的密度三、流体的比体积比体积：单位质量流体的体积，即流