1流體力學基礎 1 1流體的物理性質1 2流體靜力學基礎1 3流體動力學基礎1 4流體阻力及管路計算 固體沒有流動性 流體具有流動性 流體與固體區別 液體不可壓縮 氣體可壓縮 液體與氣體的主要區別 1 1流體的物理性質1 1 1流體的密度 1 流體密度的定義及計算定義 單位體積流體的質量 符號 單位 kg m3或kg Bm3 均質流體 標態低壓氣體 流體摩爾質量 混合氣體 混合液體 混合流體 i 混合氣體中各種氣體的體積百分比 i 混合液體中各種液體的質量百分比 i 氣體或液體混合物中各組分的密度 m3 1 液體 工程上液體的密度看作與溫度 壓力無關 2 氣體 密度與溫度和壓力有關 理想氣體 2 流體的密度與溫度 壓力的關系 工業窯爐 P P0 T0 P0 0標態時的溫度 壓力 密度 分析 t t 例 已知煙氣的體積組成百分組成為 H2O12 CO218 N270 求此煙氣標態在及200 的密度 解 標態密度 200 時的煙氣密度 1 連續介質假設流體看成是由大量的連續質點組成的連續的介質 每個質點是一個含有大量分子的集團 質點之間沒有空隙 質點尺寸 大于分子平均自由程的100倍 2 連續介質假設給分析問題帶來的方便 不考慮復雜的微觀分子運動 只考慮在外力作用下的宏觀機械運動 能運用數學分析的連續函數工具 1 1 2 流體的連續性 1 1 3流體的壓縮性和膨脹性1 1 3 1流體的壓縮性 壓縮系數 p 當溫度不變時 壓強每增加1帕時 流體體積的相對變化率 定義 流體在外力作用下改變自身容積的特性 溫度一定 P V 表示 某一壓強 p范圍內的平均壓縮系數 液體 氣體 理想氣體 或 壓縮系數很小 不可壓縮流體 壓縮系數很大 為可壓縮流體 特殊情況 壓強變化很大 考慮壓縮性 特殊情況 壓強變化較小時視為不可壓縮 溫度一定 P V 流體壓縮性的區別 理想氣體的壓縮系數 標態 1 1 3 2流體的膨脹性 定義 流體受熱 或冷卻 后改變自身容積的特性表示 氣球受熱膨脹 1 K 膨脹系數 T 壓強不變時 溫度升高1K時 流體體積的相對變化率 一定溫度范圍的平均膨脹系數 1 K 液體 氣體 膨脹系數很小 工程上一般不考慮 膨脹系數很大 溫度變化時體積變化很大 流體壓縮性的區別 溫度變化很大時須考慮體積變化 理想氣體 理想氣體膨脹系數 標態 壓強一定 T V 1 1 4流體的粘性1 1 4 1牛頓內摩擦定律 相鄰流層間相對運動 粘性 流體內質點或流層間因相對運動而產生內摩擦力以反抗相對運動的性質 粘性產生原因 相鄰流體層間分子的內聚力阻礙其相對滑動 流體分子的熱運動 使兩層流體間有分子相互摻混產生動量交換 N Pa 數學表達式 內摩力的方向與流體運動方向相反 動力粘度 牛頓內摩擦定律 運動流體的內摩擦力的大小與兩層流體的接觸面積成正比 與兩層流體之間的速度梯度成正比 單位面積上的內摩擦力 1 1 4 2粘度及其換算 速度梯度為1時單位接觸面積上的內摩擦力 粘度 粘性 流動性 理想流體 實際流體 流體無粘性 完全不可壓縮 運動時無抵抗剪切變形的能力 流體具有粘性 運動時有抵抗剪切變形的能力 流體 相對粘度 恩氏粘度 國際賽氏秒 商用雷氏秒等 我國常采用恩氏粘度 m2 s 恩氏粘度與運動粘度的關系 恩氏粘度 200ml試液 在測定溫度下 從恩氏粘度計流出所需要的時間t s 與同體積的蒸餾水在20 時 從恩氏粘度計流出所需要的時間t0 s 的比值 粘度較小 粘度較大 1 1 4 3粘度與溫度的關系流體的粘度受壓強的影響很小 溫度的變化對粘度影響很大 1 液體液體產生內摩擦力的主要原因 分子引力分析 溫度升高 液體體積膨脹 分子間距加大 引力減小 粘度