【正文】 全過程 中，密度不變的流體。對(duì)于均質(zhì)的不可壓縮流體，密度時(shí)時(shí)處處都不變 化，即常數(shù)。不可壓縮流體是又一理想化的力學(xué)模型。液體的壓縮系數(shù) 很小 (體積模量很大 )，在相當(dāng)大的壓強(qiáng)變化范圍內(nèi)，密度幾乎不變。因 此，一般的液體平衡和運(yùn)動(dòng)問題，都可按不可壓縮流體進(jìn)行理論分析。 對(duì)于某些特殊的流動(dòng)現(xiàn)象，如有壓管流的水擊，水中爆炸波的傳播等、 壓縮性起著關(guān)鍵作用，則必須考慮液體的壓縮性。液體和遠(yuǎn)小于音速 （ 341m/s）的低速氣體可以看作是不可壓縮流體，高速氣體是可壓縮流 體。液體在高壓下（如水擊時(shí)），也應(yīng)考慮其壓縮性。 五、表面張力特性 由于分子間凝聚力的作用，液體 自由面都呈現(xiàn)出收縮的趨勢(shì)。因?yàn)槟? 聚力只有在半徑 r很小 (約 107cm)的作 用范圍內(nèi)，才可以顯現(xiàn)出來。與分界 面的距離大于或等于 r分子，其所受 周圍分子的引力，互相抵消，分界面 不受影響；但若分子到分界面的距離 小于 r，如圖 1—6所示，分子 m距自由 面 NN距離為 a，自由面的對(duì)稱面為 在 NN與間的全部液體分子對(duì) m 的作用， 互相抵消，而在凝聚力作用范圍內(nèi)處 于面以下的液體分子，則對(duì)分子 m施以向下的拉力；在液面處的分子受 此拉力作用，又有向液體內(nèi)部收縮的趨勢(shì)。因此，可以想象液體分界面 是一層彈性薄膜，由于向內(nèi)拉力在分界面上的分力作用，而使薄膜處于 緊張狀態(tài)。這個(gè)張力，稱為表面張力。 圖 1— 6表面張力的產(chǎn)生 表面張力的大小，以表面張力系數(shù)表示。表面張力系數(shù)是指作用在單位 長(zhǎng)度上的力，單位為 N／ m。 氣體與液體間，或互不摻混的液體間，在分界面附近的分子，都受 到兩種介質(zhì)的分子力作用，這兩種相鄰介質(zhì)的特性，決定著分界面張力 的大小及分界面的不同形狀，如空氣中的露珠．水中的氣泡，水銀表面 的水銀膜。 溫度對(duì)水的表面張力有影響。當(dāng)溫度由 20℃ 變化到 100℃ 時(shí)．水的表面張力由 ／ m變?yōu)?0． 05N／ m。 液體與固體壁接觸時(shí)，液體沿壁上升或下降的現(xiàn)象，稱為毛細(xì)現(xiàn)象。 液體能在細(xì)管中上升，是因?yàn)橐后w分子間的凝聚力小于其與壁管間的附 著力，如水、油等，能打濕管壁．液面向上彎曲，表面張力拉液體上 升；若液體分子間的凝聚力大于其與管壁間的附著力，如水銀，不能打 濕管壁，液面向下彎曲，表面張力拉液體下降。 溫度升高時(shí)，液體的表面張力減小。水或水銀在圓形斷面的細(xì)玻璃 管中下降或上升的高度與管內(nèi)徑的關(guān)系，示于圖 1—7。 圖 1— 7在細(xì)圓管中的毛細(xì)現(xiàn)象 167。 1 . 4 牛頓流體和非牛頓流體 一、流變性： 反映流體在簡(jiǎn)單剪切流動(dòng)條件下，切應(yīng)力與剪切變形速度關(guān)系的力 學(xué)性質(zhì)。 符合牛頓內(nèi)摩擦力定律（式 1—3： ）的流體稱為牛頓流體 。 式 (1—3)給出了流體簡(jiǎn)單剪切流動(dòng) (圖 1—3)切 應(yīng)力與剪切變形速度的關(guān)系。這種關(guān)系反映 流體物料的力學(xué)性質(zhì)．稱為流變性，表示流 變關(guān)系的曲線稱為流變曲線。水、汽油、煤 油、柴油、酒精、香蕉水、甲苯等液體和各 種氣體的流變性符合牛頓內(nèi)摩擦定律，這樣 的流體統(tǒng)稱為牛頓流體。牛頓流體的運(yùn)動(dòng)粘 度，在一定的溫度和壓力下是常數(shù)，切應(yīng)力 與剪切變形速度成線性關(guān)系，流變曲線是通 過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線（圖 1—5a），斜率就是牛頓流體的粘度。即：。 dydu?? ?即： 。 除了牛頓流體外，在自然界和工程中還有許多液體物料(如瀝青、水泥砂漿等 )的流變性不符合牛頓內(nèi)摩擦定律，其流變曲線不是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線 (圖 1—5,b~d)，這樣的流體統(tǒng)稱為非牛頓流體。 對(duì)于非牛頓流體，也類似于牛頓流體，把切應(yīng)力與剪切變形速度之比的定義為非牛頓流體的表觀粘度，表觀粘度一般隨剪切變形速度和剪切持續(xù)時(shí)間而變化。 ??? t a n/ ?? dydu 非牛頓流體的分類： 主要有非時(shí)變性非牛頓流體、時(shí)變性非牛頓流體和粘彈性流體。 流體的表觀粘度只與剪應(yīng)變率有關(guān)，與剪切作用持續(xù)時(shí)間無關(guān)。這 一類是應(yīng)用最多的非牛頓流體，主要有賓漢 (Bingham)體、偽塑體（剪切 稀化流體）和膨脹體（剪切稠化流體）。 ①賓漢體 施加的應(yīng)力超過屈服應(yīng)力時(shí)才能流動(dòng)。賓漢體也稱塑性流體。流變 方程為 ： （ 1—10） 式中 τB——屈服應(yīng)力 N/m2； ηp——塑性粘度 NS/m2。 dydupB ??? ??② .偽塑體 隨著剪切變形速度的增大，粘度降低，流動(dòng)性增大，流體 變稀。 流變方程為： n＜ 1 （ 1—12） 式中 k——稠度系數(shù) n— —流變指數(shù) 偽塑性流體是含有長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)的高聚物熔體、高聚物溶液以及含 有細(xì)長(zhǎng)纖維和顆粒的懸浮液。由于長(zhǎng)鏈分子或顆粒之間的物理化學(xué)作 用，形成某種松散結(jié)構(gòu)，隨著剪切變形速度的增大，結(jié)構(gòu)逐漸被破壞， 長(zhǎng)鏈分子沿流動(dòng)方向定向排列，使流動(dòng)阻力減小，粘度降低，多數(shù)非牛 頓流體都是偽塑性流體。如：高分子聚合物溶液、尼龍的溶液、橡膠的 溶液、顏料、血漿， 某些原油等。 ? ?ndyduk?? ③ .膨脹體 膨脹流體流變方程為： n＞ 1 （ 1—13） 式中： k ——稠度系數(shù) , 單位 n——流變指數(shù) 膨脹流體的流變曲線大體上是通過坐標(biāo)原點(diǎn)并向下凹的曲線 (圖 1— 5d)由圖可見，膨脹流體的流動(dòng)特點(diǎn)是隨著剪切變形速度的增大，表觀粘 度增大，流動(dòng)性降低，表現(xiàn)出流體增稠，因此膨脹流體又稱為剪切稠化 流體。對(duì)剪切稠化，雷諾最早的解釋是：膨脹流體多為含很高濃度不規(guī) 則形狀固體顆粒的懸濁液，此種懸濁液在低剪切速度時(shí)，不同粒度的顆 粒排列較密，隨著剪切速度的增大，使顆粒間空隙增大，存在于空隙間 起潤(rùn)滑作用的液體數(shù)量不足，流動(dòng)阻力增大，表觀粘度增大。特別高濃 度的挾沙水流、淀粉糊、阿拉伯樹膠溶液等是膨脹流體。 ndyduk )(?? 流體的表觀粘度不僅與剪應(yīng)變率有關(guān)，且與剪切作用持續(xù)時(shí)間有 關(guān)，其原因是這類流體受剪切作用，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整需要一個(gè)時(shí)間過程。 時(shí)變性非牛頓流體分為觸變流體和觸稠流體，在一定剪應(yīng)變率下，前者 的表觀是粘度隨剪切力作用持續(xù)時(shí)間而減小，如某些油漆、涂料是觸變 流體；后者的表觀粘度隨剪切力作用持續(xù)時(shí)間而增大，如某些乳膠懸浮 液是觸稠流體。 這一類流體兼有粘性和彈性雙重性質(zhì)，由此而顯現(xiàn)出純粘性所沒有 的特殊現(xiàn)象，如盛在容器內(nèi)的粘彈性流體，沿旋轉(zhuǎn)的攪拌桿向上爬升， 液面內(nèi)高外低，這種爬竿現(xiàn)象稱為魏森貝戈（ Weissenberg）效應(yīng)，而對(duì) 牛頓流體，由于離心力作用，液面成為凹形，外高內(nèi)低。粘彈性流體自 大容器內(nèi)有細(xì)管流出，流體的直徑大于細(xì)管直徑。多數(shù)粘性流體，如高 分子溶液從細(xì)管內(nèi)擠出時(shí)，一般，這種擠出脹大現(xiàn)象也稱為巴拉斯 (Barus)效應(yīng)，而牛頓流體有細(xì)管流出時(shí)，形成射流收縮。此外，將進(jìn)入 粘彈性流體中的吸管，在抽吸過程中慢慢地拔出液面，流體仍繼續(xù)流入 管內(nèi)，形成無管虹吸。 某些高分子溶液、尼龍的溶液、蛋清、人的唾液等都是常見的粘彈 性流體。 這一類流體兼有粘性和彈性雙重性質(zhì)，由此而顯現(xiàn)出純粘性所沒有 的特殊現(xiàn)象，如盛在容器內(nèi)的粘彈性流體，沿旋轉(zhuǎn)的攪拌桿向上爬升， 液面內(nèi)高外低，這種爬竿現(xiàn)象稱為魏森貝戈（ Weissenberg）效應(yīng)，而對(duì) 牛頓流體，由于離心力作用，液面成為凹形，外高內(nèi)低。粘彈性流體自 大容器內(nèi)有細(xì)管流出，流體的直徑大于細(xì)管直徑。多數(shù)粘性流體，如高 分子溶液從細(xì)管內(nèi)擠出時(shí)，一般，這種擠出脹大現(xiàn)象也稱為巴拉斯 (Barus)效應(yīng)，而牛頓流體有細(xì)管流出時(shí)，形成射流收縮。此外，將進(jìn)入 粘彈性流體中的吸管，在抽吸過程中慢慢地拔出液面，流體仍繼續(xù)流入 管內(nèi)，形成無管虹吸。 某些高分子溶液、尼龍的溶液、蛋清、人的唾液等都是常見的粘彈 性流體。