文档介绍：概念
*定义:可以流动的物体叫流体
*流体包括液体和气体,液体及低速运动的气体表现为有一定的体积而无一定的形状,宏观上/工程上称为不可压缩流体;气体表现为既无一定的体积也无一定的形状,宏观上/工程上称为可压缩流体。
*流体的基本特征:易流动性,易流动性既是流体命名的由来,也是流体区别于固体的根本标志
流体力学
流体分类
流体主要分为牛顿流体和非牛顿流体
牛顿流体:凡是符合切应力与速度梯度成正比,可以用一条通过原点而非坐标轴的直线(斜率为粘度)所表示的流体,比如空气、水、石油等绝大多数机械工业中常用的流体,
通常表现为单一流动状态。
牛顿流体有固定的粘度,它根据温度不同而变化,但与剪切率无关
流体力学
非牛顿流体:不符合切应力与速度梯度成正比的流体,组成成分复杂,有三种不同的类型:
(1) 塑性流体,如凝胶、牙膏等;
(2) 假塑性流体,如泥浆、纸浆、高分子溶液等(大小);
(3) 胀塑性流体,如乳化液、油漆、油墨等(小大),非牛顿流体多数用在化工、轻工、食品等工业方面,表现为一种复杂的流动过程,具有初始切应力或切应力的变化速率随着流动过程而改变。
在特定温度下,无单一粘度值的物质称为非牛顿流体。这些物质的粘度必须用对应的温度和剪切率一起来表示。如果剪切率改变,那么粘度也改变。一般而言,高浓度和低浓度引起或增强非牛顿流体的特性。
流体力学
流体力学
速度梯度(速度变化率)形成原理:
从微观角度解释粘性产生的原因:流体运动时产生的阻力(壁剪应力)称为粘性(下图所示)
-u
速度u
质点
质点
流体力学
流体在平衡/静止时不能抵抗剪切力,因而在平衡液体内部不存在切应力,其粘性无从表现,可是在流体运动时情况就完全不同了。由于流体与固体分子间的附着力,紧贴上下管壁的一层流体黏附于管壁而固定不动;在流体内部由于液体分子间的内聚力,上层流体必然带动下层流体,而下层流体必然阻滞上层流体,于是在液流横截面上就出现了上图所示的速度分布。
可以设想,不同速度的流体层之间互相滑动必然在层与层之间产生内部摩擦力或切应力,这种切应力作为流体内力总是相等相反地成对出现,并分别作用在紧邻两层流体上。流体运动时内部产生切应力的这种性质叫作流体的粘性。固体没有这种性质,流体处于平衡状态时其粘性无从表现,只有当流体运动时,流体的粘性才会显示出来,它不仅影响流体运动的形态和性质而且也影响流体运动中许多物理量的数值。
流体力学
质点:所谓流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。
任意:是指流体质点的形状可以任意划定,因而质点和质点之间可以完全没有间隙,流体所在的空间中,质点紧密毗邻、连绵不断、无往不在,于是就有了连续介质的概念。
流体力学
能量发生相互转换
与外界发生功和热的交换
流体的研究方向:宏观机械运动由质点组成的连续介质。
流体力学
连续介质假定的重要作用:可以顺利地运用连续函数和场论等数学工具研究流体运动和平衡/静止的问题(流体质点所有的物理量都是时间的单值、连续、可微函数)。
流体力学
常用物理量及其关系
密度: 流体质点质量(所包含分子的质量之和)与体积之比ρ=M/V
重度: 流体质点重量与体积之比ג=G/V
比体积: 流体质点体积与质量之比 v=V/M
比重: 流体重量与同样体积4 ℃蒸馏水重量之比,这是一个无量纲数 D=G/Gw= M/Mw …= vw/v
温度:就是流体质点所包含分子热运动动能的统计平均值。
压强:就是流体质点所包含分子热运动互相碰撞从而在单位面积上产生的压力的统计平均值。
流体力学