【正文】 某些高分子溶液、尼龍的溶液、蛋清、人的唾液等都是常見(jiàn)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(méi)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。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。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。S/m2。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）。 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(guò)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。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。 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)。 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。 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。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)。液體在高壓下（如水擊時(shí)），也應(yīng)考慮其壓縮性。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。 MR 8 3 1 4?RTp ?? 實(shí)際流體都是可壓縮的，然而有許多流動(dòng)，流體密度的變化很小， 可以忽略。 ④．體積膨脹系數(shù) 若液體的原體積為，溫度增加，體積增加 ,熱膨脹系數(shù)： （ 或 ） (1—9) 液體的膨脹系數(shù)隨壓強(qiáng)和溫度而變化，水在 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，不同溫 度時(shí)的膨脹系數(shù)見(jiàn)表 1—6。如不計(jì)管道變形，問(wèn)在上述情況下管道漏縫流出的水量平均每秒是多少？水的體積壓縮系數(shù)。 ?? dddVdVkK PP ??? 1??K的單位是 N／ m 2，進(jìn)行水擊計(jì)算時(shí)，水的體積模量可取K= 109N/m2。 流體體積的相對(duì)縮小值與壓強(qiáng)增值之比，即當(dāng)壓強(qiáng)增大一個(gè)單位時(shí)， 流體體積的相對(duì)減小值。膨脹性是是熱膨脹性的 稱，是指流體在受熱時(shí)，體積膨脹，密度減小，溫度下降能恢復(fù)原狀 的性質(zhì)。 解 : 充入內(nèi)外筒間隙中的實(shí)驗(yàn)液體，在內(nèi)筒帶動(dòng)下作 圓周運(yùn)動(dòng)。 0??例 1:旋轉(zhuǎn)圓筒粘度計(jì)，外筒固定，內(nèi)筒由同步電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)， 內(nèi)外筒間充入實(shí)驗(yàn)液體 (圖 1—4)。但是，如果流體的 粘度很小，可以忽略不計(jì)時(shí)，就可作為理想流體。粘性的存在，往往給 流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究帶來(lái)極大困難。 由表 l—表 1—4可見(jiàn)，液體的粘度隨溫度升高而減小，氣體的粘 度則隨溫度升高而增大。s。式中為流速在法線方向的變化率，稱為速度梯度。在 U和 h都較小的 情況下，各流層的速度，沿法線方向呈直線分布。沒(méi)有單位，是無(wú)量綱。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下，水的密度見(jiàn)表 1—1，幾種常見(jiàn)流體的 密度見(jiàn)表 1—2。 2. 密度： 單位體積的質(zhì)量稱為密度，以符號(hào) ρ表示。 0?BxFgmmgZ ????0?ByFmgF Bz ??溫度（ C?167。重力是最常見(jiàn)的質(zhì)量力，若所取坐標(biāo)系為非慣性系，建立力的 平衡方程時(shí)，其中的慣性力如離心力、科里奧利 (Coriolis)力（科氏慣性 力）也屬于質(zhì)量力。 在運(yùn)動(dòng)流體中取隔離體為研究對(duì)象 (圖 l—1)，周 圍流體對(duì)隔離體的作用以分布的表面力代替表 面力在隔離體表面某一點(diǎn)的大小用應(yīng)力來(lái)表示。 167。在流體力學(xué)上有卓越成就的都是工程師，其中包括 畢托 (Pitot)、謝才 (Chezy)、文透里 (Venturi)、達(dá)西 (Darcy)、巴贊 (Bazin)、 曼寧 (Manning)、佛汝德 (Froude)等人，但這一時(shí)期的流體力學(xué)由于理論 指導(dǎo)不足，僅依靠實(shí)驗(yàn)，故在應(yīng)用上有一定的局限性，難以解決復(fù)雜的 工程問(wèn)題。一條是古典流體力學(xué)途徑，它運(yùn)用嚴(yán)密的數(shù) 學(xué)分析，建立流體運(yùn)動(dòng)的基本方程，并力圖求其解答，此途徑的奠基人是伯努利 (Bernerlli)和歐拉 (Euler)。古羅馬人為了發(fā)展城市修建了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng)，也對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的規(guī) 律有了一些認(rèn)識(shí)。 流力荷載（研究流體作用于建筑物上的作用力問(wèn)題等）、過(guò)水能力 （研究過(guò)流建筑物的過(guò)流能力、進(jìn)行其斷面形式選擇和尺寸確定問(wèn)題 等）、水流流態(tài)（研究流體通過(guò)建筑物的流動(dòng)狀態(tài)問(wèn)題等）、能量損失 （研究水流通過(guò)各種固體邊界的能量損失問(wèn)題，從而找出減少有害損失 和增大有利損失的途徑等）、能勢(shì)線（研究流經(jīng)各種過(guò)流建筑物的能勢(shì) 線問(wèn)題，為淹沒(méi)、征地和移民、管道線路選擇提供所必需資料等）、水 工模型（通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和研究建設(shè)項(xiàng)目或個(gè)別建筑物在運(yùn)行中可能 或已經(jīng)出現(xiàn)的各種問(wèn)題等）、滲流問(wèn)題（研究水流通過(guò)水工建筑物及其 底部、兩肩的滲透以及井和井群的涌水量問(wèn)題等）、水擊問(wèn)題（研究水 力機(jī)械、管道和部分水工建筑物運(yùn)行中水擊的類型、發(fā)展過(guò)程及消除措 施等）、汽蝕問(wèn)題（研究水力機(jī)械內(nèi)低壓側(cè)局部位置發(fā)生水擊的產(chǎn)生原 因、危害和防止措施等）、高速水流（研究高速流動(dòng)的流體的流動(dòng)特征、 沖刷、摻氣、附帶效應(yīng)和附壁效應(yīng)等流動(dòng)規(guī)律等）等問(wèn)題。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，流體力學(xué)越來(lái)越廣 泛地滲透到了人們生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，各行各業(yè)中與流體力學(xué)有關(guān) 的問(wèn)題也越來(lái)越多。 與此同時(shí)，現(xiàn)代量測(cè)技術(shù) (如激光、同位素和電子儀器 )的應(yīng)用，以及計(jì)算 機(jī)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和資料的監(jiān)測(cè)、采集和處理上所起的巨大作用，這些使得 現(xiàn)代流體力學(xué)的各種研究方法更加相輔相成，如虎添翼。近幾十年來(lái)，這一方法得到很大發(fā)展，已形成一個(gè) 專門學(xué)科 ——計(jì)算流體力學(xué)。對(duì)一般的物理問(wèn) 題，這種方程往往是以微分形式出現(xiàn)的。其實(shí)其中 有些因素，對(duì)流體運(yùn)動(dòng)起作用。但由于數(shù)學(xué)上的困難，許多實(shí)際流動(dòng)問(wèn)題還難以精確求解。流體力學(xué)的研究方法主要有為理論分析法、科學(xué)實(shí)驗(yàn)法和數(shù)值計(jì)算 法等。 四、流體力學(xué)的研究方法 同一切的科學(xué)研究方法一樣，流體力學(xué)的研充方法也是從實(shí)踐到理論再到實(shí) 踐的研究方法，要經(jīng)過(guò)不斷而反復(fù)的過(guò)程，才能使流體力學(xué)得以不斷地發(fā)展和提 高，而至完善的地步。一方面，因?yàn)樗芯康牧黧w所占的空間，比起分子的尺度及其 運(yùn)動(dòng)的范圍來(lái)說(shuō)大得無(wú)可比擬。 連續(xù)介質(zhì)模型就是利用連續(xù)介質(zhì)假定所建立的模型。小到幾乎可 隨心所欲地指定在任意空間位置上，有這樣的質(zhì)點(diǎn)存在，且不會(huì)發(fā)生 “ 空隙 ” 。液體和氣體的分子運(yùn)動(dòng)，比一般固體更為激烈，上面所謂流體的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不包括這里所說(shuō)微觀上的分子運(yùn)動(dòng)。在公路與橋梁工程中，在地下建筑、 巖土工程、水工建筑、礦井建筑等土木工程等各個(gè)分支中，也只有掌握 好流體的各種力學(xué)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，才能有效地、正確地解決工程實(shí)際 中所遇到的各種流體力學(xué)問(wèn)題。從歷史發(fā)展角度分為古典流體力學(xué)、試驗(yàn)流體力學(xué) 和現(xiàn)代流體力學(xué)，古典流體力學(xué)是在古典力學(xué)基礎(chǔ)上，運(yùn)用嚴(yán)密的數(shù)學(xué) 工具，建立有關(guān)理想流體及實(shí)際流體的基本運(yùn)動(dòng)方程，但實(shí)際情況往往 比理論假設(shè)不符。 氣體與液體有所不同，它具有明顯的壓縮性，無(wú)固定容積，充滿于 容器的整個(gè)空間，無(wú)自由表面。這時(shí)的液體總有一部分表面與周圍的空氣或其他氣體介質(zhì)相接觸， 我們稱之為自由表面。實(shí)際上有些固體在特 定的條件下也具有流動(dòng)性，譬如沙在受熱或擾動(dòng)的情況下的流動(dòng)。流體就包括了物質(zhì)三態(tài)中的液態(tài)和氣態(tài)兩態(tài)，流 體的基本特征是具有流動(dòng)性。流體運(yùn)動(dòng)學(xué)是研究流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。Vm?? 第一章 緒論 第一節(jié) 流體力學(xué)及其任務(wù) 第二節(jié) 流體力學(xué)及其任務(wù) 第三節(jié) 作用在流體上的力 第四節(jié) 流體的主要物理性質(zhì) 第五節(jié) 牛頓流體和非牛頓流體 第一節(jié) 流體力學(xué)及其任務(wù) 一、流體力學(xué)的研究對(duì)象 流體力學(xué)是研究流體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)，是力學(xué)的 分支學(xué)科。 而流體運(yùn)動(dòng)學(xué)是一門研究流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。所謂流動(dòng)性是指流體的在微小剪力作用下 連續(xù)變形的特性。本課 程僅僅研究流體的有關(guān)問(wèn)題。若周圍的介質(zhì)是別的不相混和的液體，則這種表 面稱為液體分界面或簡(jiǎn)稱分界面。故在流體力學(xué)中我們假設(shè)氣體是一種容 易流動(dòng)、容易壓縮、均質(zhì)、等向、無(wú)粘性的連續(xù)介質(zhì)。實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)是工程技術(shù)人員用實(shí)驗(yàn)方法制定一些經(jīng) 驗(yàn)公式，滿足工程需要，但有些公式缺乏理論基礎(chǔ)。 三、連續(xù)介質(zhì)模型 在流體力學(xué)中假設(shè)流體是一種由密集質(zhì)點(diǎn)（大小與流動(dòng)空間相比微不足道，又含有大量分子、具有一定質(zhì)量的流體微元）組成、內(nèi)部無(wú)空隙的連續(xù)體。流體