1.1液體的基本性質及連續介質的概念1.2液體的密度和容重1.3液體的粘滯性1.4液體的壓縮性和膨脹性1.5液體的表面張力1.6液體的相變1.7作用于液體上的力第1頁/共75頁第一頁，共76頁。1.1液體的主要物理性質1.1.1液體的基本特征自然界物質存在三種形式

固體

液體氣體第2頁/共75頁第二頁，共76頁。

流體

固體

液體氣體物質第3頁/共75頁第三頁，共76頁。

固體

液體氣體物質

固定形狀和體積內部存在拉力、壓力和剪力

不能保持固定形狀不能承受拉力，微弱剪力作用下，流體發生變形和流動第4頁/共75頁第四頁，共76頁。

固體

液體氣體物質壓縮和膨脹性小

可壓縮和膨脹(但低速空氣流動（40～50m/s）氣體可視為不可壓縮)第5頁/共75頁第五頁，共76頁。連續介質的概念液體由分子組成，分子之間存在空隙，介質不連續第6頁/共75頁第六頁，共76頁。分子間距相當微小現代物理學指出，常溫下，每立方厘米水中，約含3×1022個分子，相鄰分子間距約3×10－8cm。可見，分子間距相當微小，在很小體積中，包含難以計數的分子。

3×10－8cm第7頁/共75頁第七頁，共76頁。水力學中，把液體當作連續介質假設液體是一種連續充滿其所占據空間的連續體第8頁/共75頁第八頁，共76頁。水力學所研究的液體是連續介質的連續流動第9頁/共75頁第九頁，共76頁。

連續介質的概念由瑞士學者歐拉（Euler）1753年首先建立，這一假定在流體力學發展上起到了巨大作用。第10頁/共75頁第十頁，共76頁。

如果液體視為連續介質，則液體中一切物理量（如速度、壓強和密度等）可視為

空間（液體所占據空間）坐標和時間的連續函數。

研究液體運動時，可利用連續函數分析方法。

第11頁/共75頁第十一頁，共76頁。

研究液體運動時，可利用連續函數分析方法

第12頁/共75頁第十二頁，共76頁。

特殊問題：水流摻氣

空化水流液體是不連續的第13頁/共75頁第十三頁，共76頁。1.1液體的主要物理性質1.1.1液體的基本特征

不能保持固定形狀易流性：不能承受拉力，微弱剪力作用下流動壓縮和膨脹性小1.1.2連續介質的概念液體是一種連續充滿其所占據空間的連續體第14頁/共75頁第十四頁，共76頁。1.1液體的基本性質及連續介質的概念

1.2液體的密度和容重1.3液體的粘滯性1.4液體的壓縮性和膨脹性1.5液體的表面張力1.6液體的相變1.7作用于液體上的力第15頁/共75頁第十五頁，共76頁。1.2液體的密度和容重1密度：

單位體積液體所包含的質量，用ρ表示第16頁/共75頁第十六頁，共76頁。均質液體：

=式中，M為液體的質量；V為的體積對于非均質液體：

=式中，ΔM為任意微元的液體質量；量綱：ρ=[ML-3]單位：kg·m-3

ΔV為任意微元的液體體積。MVΔM,ΔV

第17頁/共75頁第十七頁，共76頁。量綱：[F]=[Ma]=[M]·[a]=[M][a]每一個物理量包含量的數值和量的種類用符號[]表示物理量的種類稱量綱

例如，F=-Ma則第18頁/共75頁第十八頁，共76頁。ρ

＝f(p,t)=f(壓強，溫度）但隨溫度、壓強變化較小，水力學中一般視為常數。用標準大氣壓下，溫度為4（°）時蒸餾水密度計算ρ

＝1000（kg·m-3)第19頁/共75頁第十九頁，共76頁。第20頁/共75頁第二十頁，共76頁。若已知均質液體密度和體積，則該液體質量為第21頁/共75頁第二十一頁，共76頁。

但隨溫度和壓強的變化較小ρ

＝f(p,t)=f(壓強，溫度）水力學的特殊問題,如水擊問題，則視為變數第22頁/共75頁第二十二頁，共76頁。2容重（重度）均質液體：

或：

則量綱：[γ]＝[F·L-3]單位：N·m-3或kN·m-3

第23頁/共75頁第二十三頁，共76頁。重力：地球對物體的吸引力稱重力，用符號G表示G=Mg式中，g

為加速度。

第24頁/共75頁第二十四頁，共76頁。不同液體重度是不同的γ

＝f(p,t)=f(壓強，溫度）但隨壓強和溫度的變化甚微，一般工程上視為常數。第25頁/共75頁第二十五頁，共76頁。γ

＝

9800（N·m-3）＝9.8（kN·m-3）取一個標準大氣壓下的溫度為4°c蒸餾水計算，則第26頁/共75頁第二十六頁，共76頁。水的重度（標準大氣壓下）隨溫度變化第27頁/共75頁第二十七頁，共76頁。第28頁/共75頁第二十八頁，共76頁。

表0-1幾種常見的液體的重度（標準大氣壓下）液體名稱汽油純酒精蒸餾水海水水銀重度（N·m-3）測定溫度（°）

水的倍數6664～7350150.68～0.757778.3150.79379800

4

19996～10084151.02～1.029133280013.6第29頁/共75頁第二十九頁，共76頁。1.1液體的基本性質及連續介質的概念

1.2液體的密度和容重1.3液體的粘滯性1.4液體的壓縮性和膨脹性1.5液體的表面張力1.6液體的相變1.7作用于液體上的力第30頁/共75頁第三十頁，共76頁。從運動的液體中取出兩個相鄰的液層進行分析uδ

兩個相鄰微元液層受力分析ABτABτBAuABABuBA

平板縫隙中的潤滑油流動1.3液體的粘滯性第31頁/共75頁第三十一頁，共76頁。1．粘滯性：

當液體質點（液層）間存在相對運動時

液體質點（液層）間產生

這種性質稱液體粘滯性，此內摩擦力稱為粘滯力內摩擦力抵抗其相對運動（液體連續變形）或液體在相對運動狀態下抵抗剪切變形的能力第32頁/共75頁第三十二頁，共76頁。因：

液體質點（液層）間存在相對運動（快慢）

果：質點間（液層）間存在內摩擦力

（1）方向：與該液層相對運動速度方向相反

（2）大小：由牛頓內摩擦定律決定第33頁/共75頁第三十三頁，共76頁。2．牛頓內摩擦定律：

根據前人的科學實驗研究，與液層之間的流速差成正比，液層接觸面上產生的內摩擦力（單位面積上）大小，與兩液層距離成反比，同時與液體的性質有關。試驗成果寫成表達式為第34頁/共75頁第三十四頁，共76頁。2．牛頓內摩擦定律

牛頓內摩擦定律式中，μ為液體的動力粘滯系數τ為切應力，方向與作用面平行dudy為流速梯度，y為垂直于流速方向與相對運動方向相反

uδyOu+duyτudyuτBAuABuBAABτAB第35頁/共75頁第三十五頁，共76頁。流速分布曲線第36頁/共75頁第三十六頁，共76頁。切應力方向判斷u+duuu+duττu第37頁/共75頁第三十七頁，共76頁。

適用條件：牛頓流體（Newtonianfluid）圖

牛頓流體的適用條件

τ0du/dyτμ1牛頓流體理想賓漢流體偽塑性流體膨脹性流體

泥漿，血液等

尼龍，橡膠的溶液生面團，濃淀粉等第38頁/共75頁第三十八頁，共76頁。固體的變形從另一個角度分析流速梯度第39頁/共75頁第三十九頁，共76頁。液體的變形第40頁/共75頁第四十頁，共76頁。圖

微元水體運動的示意dudtu+duuyτudydy

dθ

故證明:液體的流速梯度即為液體的剪切變形速度第41頁/共75頁第四十一頁，共76頁。故相鄰液層之間所產生的切應力與剪切變形速度成正比所以,液體的粘滯性可視為液體抵抗剪切變形的特性剪切變形越大，所產生內摩擦力越大對相對運動液層抵抗越大第42頁/共75頁第四十二頁，共76頁。3．粘滯系數：反映不同液體對內摩擦力的影響系數第43頁/共75頁第四十三頁，共76頁。動力粘滯系數μ量綱：[F.T.L-2]單位：

N·s·m-2＝Pa·s

有時候用:poise(泊)=dyne·s·cm-21poise=0.1N·s·m-2

第44頁/共75頁第四十四頁，共76頁。運動粘滯系數量綱：[L2T-1]單位：

m2·s-1

有時候用:cm2·s-1

1cm2·s-1=1stokes=0.0001m2·s-1ν＝

μ/ρ第45頁/共75頁第四十五頁，共76頁。同一種液體中，粘滯系數(μν)=f(p,t)=隨壓力和溫度變化，但是隨壓力變化甚微，對溫度變化較為敏感。第46頁/共75頁第四十六頁，共76頁。對于水，可采用下列經驗公式

式中，t℃水溫度，為stokes；ν（cm2/s)第47頁/共75頁第四十七頁，共76頁。下圖給出了水和空氣的粘滯系數隨溫度變化曲線。

圖

水和空氣的運動粘滯系數隨溫度的變化曲線可見：對于水（液體）隨溫度上升而減少，對于空氣其隨溫度上升增大。原因在于兩者分子結構不同。第48頁/共75頁第四十八頁，共76頁。1液體的主要物理性質第49頁/共75頁第四十九頁，共76頁。1.1液體的基本性質及連續介質的概念1.2液體的密度和容重1.3液體的粘滯性1.4液體的壓縮性和膨脹性1.5液體的表面張力1.6液體的相變1.7作用于液體上的力第50頁/共75頁第五十頁，共76頁。1.4壓縮性及壓縮系數

1．彈性：

當液體承受壓力后，體積要縮小，壓力撤出后也能恢復原狀，這種性質稱為液體的彈性或壓縮性。液體的壓縮性大小用體積壓縮系數或彈性系數表示第51頁/共75頁第五十一頁，共76頁。2．體積壓縮系數：

pp+dpVV+dV圖液體體積的壓縮示意式中，β為體積壓縮系數，β值越大，液體壓縮性越大。解釋：“－”表示壓強增大，體積縮小，體積增量dV與壓強增量dp符號相反，為了保證β是一個整數，前面冠以“－”。第52頁/共75頁第五十二頁，共76頁。液體被壓縮時，質量并沒有改變，故單位：(m2·N-1)=Pa-1

第53頁/共75頁第五十三頁，共76頁。3．體積彈性系數：

單位：Pa，kPa物理意義：K

越大，液體越不容易壓縮

K→∞表示液體絕對不可壓縮。

第54頁/共75頁第五十四頁，共76頁。

例如，在溫度t=20℃，K＝2.10×106（kN·m-2），即每增加一個大氣壓，水的體積相對壓縮量僅兩萬分之一。液體是不可壓縮第55頁/共75頁第五十五頁，共76頁。

特殊問題必須考慮液體壓縮性例如，電站出現事故，突然關閉電站進水閥門，則進水管中壓力突然升高，液體受到壓縮，產生的彈性力對運動的影響不能忽視。第56頁/共75頁第五十六頁，共76頁。1.1液體的基本性質及連續介質的概念1.2液體的密度和容重1.3液體的粘滯性1.4液體的壓縮性和膨脹性1.5液體的表面張力1.6液體的相變1.7作用于液體上的力第57頁/共75頁第五十七頁，共76頁。1.5表面張力1表面張力：

自由面上液體分子受到的極其微小的拉力原因：自由表面上液體分子和兩側分子引力不平衡。

注意：1表面張力不在液體的內部存在，只存在于液體表面

2液體的表面張力較小，一般對液體的宏觀運動不起作用可忽略不計。

3某些情況下要考慮。例如，水滴霧化第58頁/共75頁第五十八頁，共76頁。一個金屬框AB可以沿著框邊直線運動BA一個試驗可以證明，表面張力的存在第59頁/共75頁第五十九頁，共76頁。盛有黑顏液體的容器第60頁/共75頁第六十頁，共76頁。2毛細現象：

盛有液體的細玻璃管叫做測壓管。由于表面張力作用玻璃管中液面和與之連同的大容器中的液面不在同一水平面上，這種現象叫毛細現象。圖毛細現象hh水水銀第61頁/共75頁第六十一頁，共76頁。圖玻璃管中毛細管上升值

圖毛細現象

hh水水銀d第62頁/共75頁第六十二頁，共76頁。1液體的主要物理性質第63頁/共75頁第六十三頁，共76頁。1.1液體的基本性質及連續介質的概念1.2液體的密度和容重1.3液體的粘滯性1.4液體的壓縮性和膨脹性1.5液體的表面張力1.6液體的相變1.7作用于液體上的力第64頁/共75頁第六十四頁，共76頁。1.6液體的相變

固體、液體和氣體是物質三種形式，在不同壓力、溫度下可相互轉化第65頁/共75頁第六十五頁，共76頁。1.6液體的相變三態界限T＝t+273p第66頁/共75頁第六十六頁，共76頁。三態界限T＝t+273p固態液態氣態第67頁/共75頁第六十七頁，共76頁。三態界限T＝t+273p固態液態氣態（T，p）（T，p’）液體的沸騰第68頁/共75頁第六十八頁，共76頁。三態界限T＝t+273p固態液態氣態（T，p）（T’，p）

液體的沸騰（T，p’）

液體的汽化第69頁/共75頁第六十九頁，共76頁。1.1液體的基本性質及連續介質的概念1.2液體的密度和容重1.3液體的粘滯性1.4液體的壓縮性和膨脹性1.5液體