第二章-流体及其物理性质.ppt

第二章流体及其物理性质第二章流体及其物理性质要点: ?流体连续介质假设; ?作用在流体上的力; ?流体的黏性; ?流体的毛细现象; 难点: 牛顿内摩擦定律的应用 2-1 流体的定义和特征在任何微小的剪切力的作用下都能够发生连续变形的物质称为流体。自然界物质存在的主要形态: 固态、液态和气态液体和气体是流体流体定义指具有流动性且自身不能保持一定形状的物体,如气体和液体。流体具有的特征流体只能承受压力,不能承受拉力(液体表面除外),在很小剪切力的作用下也将流动(变形)不止,直到剪切力消失为止。流体只能承受压力,不能承受拉力(液体表面除外),在很小剪切力的作用下也将流动(变形)不止,直到剪切力消失为止。没有固定的形状。液体的形状取决于盛装它的容器,气体完全充满容器。没有固定的形状。液体的形状取决于盛装它的容器,气体完全充满容器。流体具有可压缩性;液体可压缩性小,气体可压缩性大。流体具有可压缩性;液体可压缩性小,气体可压缩性大。流体具有明显的流动性;气体的流动性大于液体。流体具有明显的流动性;气体的流动性大于液体。 2-2 流体连续介质的假设微观上:流体各物理量在时间和空间上的分布都是不连续的。问题的提出:宏观上:一般工程中所研究流体的空间尺度要比分子距离大得多。流体分子之间存在空隙,但在标准状况下 1mm3 液体中含有 × 1019 个左右的分子,相邻分子间的距离约为 × 10-8cm 。 1mm3 气体中含有 × 1016 个左右的分子,相邻分子间的距离约为 × 10-7cm 宏观上看,流体质点足够小,只占据一个空间几何点,体积趋于零。微观上看,流体质点包含了足够多的流体分子,这些分子行为的统计平均值稳定,可以将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。流体微团(质点)概念?连续介质模型: 不考虑流体分子间的间隙, 年提出。表征流体状态的宏观物理量都可以作为空间和时间的连续函数。意义: 可利用数学工具研究流体平衡和运动规律。流体的连续介质假设适用范围: 火箭在高空稀薄气体中飞行激波 MEMS (微尺度流体机械系统) L / l >100 适用 L ——物体特征尺寸 l ——流体质点特征尺寸不适用大部分工程问题都满足特例: 2-3 作用在流体上的力 P 与流体表面相切的切向力?法向力切向力表面力定义:分离体以外的流体通过接触面作用在流体上的力,与作用表面积成正比。 p FA dF dA nnA nn??? lim ??? 0??????????? dA FdA Fp A n0 lim 法向应力 p切向应力τ压强黏性力理想(静止)流体理想(静止)流体中没有切应力,只承受压力不能承受拉力。表面力只有法向压应力 p 0?? nnpp?