工程流體力學第一章(已改無錯字)
2023-03-18 17:17:38 本頁面
【正文】 ，流體溫度變化體積改變的性質(zhì)稱為流體的膨脹性，膨脹性的大小用溫度膨脹系數(shù)來表示。 膨脹性系數(shù) 式中 或 為溫度增量； 為相應(yīng)的體積變化率。由于溫度升高體積膨脹，故二者同號。 的單位為 1/K或 1/℃ 。 水在不同溫度下的膨脹系數(shù)如表 1－ 4所示。l 可壓縮流體和不可壓縮流體 氣體和液體都是可壓縮的，通常將氣體時為可壓縮流體，液體視為不可壓縮流體。水下爆炸：水也要時為可壓縮流體；當氣體流速比較低時也可以視為不可壓縮流體。 流體的粘性： 流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)程為流體的黏性。流體內(nèi)摩擦的概念最早由牛頓（ ,1687，）提出。由庫侖（C． A． Coulomb,1784，）用實驗得到證實。第七節(jié)第七節(jié) 流體的粘性流體的粘性 庫侖把一塊薄圓板用細金屬絲平吊在液體中，將圓板繞中心轉(zhuǎn)過一角度后放開，靠金屬絲的扭轉(zhuǎn)作用，圓板開始往返擺動，由于液體的粘性作用，圓板擺動幅度逐漸衰減，直至靜止。庫侖分別測量了普通板、涂臘板和細沙板，三種圓板的衰減時間。三種圓板的衰減時間均相等 。 庫侖得出結(jié)論 :衰減的原因，不是圓板與液體之間的相互摩擦 ，而是液體內(nèi)部的摩擦 。 牛頓內(nèi)摩擦定律 牛頓在《自然哲學的數(shù)學原理》中假設(shè)： “流體兩部分由于缺乏潤滑而引起的阻力速度梯度成正比 ”。 上式稱為牛頓粘性定律，它表明： ⑴ 粘性切應(yīng)力與速度梯度成正比； ⑵ 粘性切應(yīng)力與角變形速率成正比； ⑶ 比例系數(shù)稱動力粘度，簡稱粘度。 牛頓粘性定律已獲 得大量實驗證實。?與固體的虎克定律作對比 ：? 粘性切應(yīng)力由相鄰兩層流體之間的速度梯度決定 ,而 不是由速度決定 .? 粘性切應(yīng)力由流體元的角變形速率決定，而不是由變形量決定 .牛頓粘性定律指出：? 流體粘性只能影響流動的快慢，卻不能停止流動。牛頓內(nèi)摩擦定律粘 度μ 的全稱為 動力粘度 ,根據(jù)牛頓粘性定律可得 . 粘度的單位在 SI制中是帕秒（Pas), 工程中常常用到運動粘度用下式表示 單位 :(m2/s)一般僅隨溫度變化，液體溫度升高粘度增大，氣體溫度升高粘度減小。流體粘性成因? 流體內(nèi)摩擦是兩層流體間分子內(nèi)聚力和分子動量交換的宏觀表現(xiàn)。 ? 當兩層液體作相對運動時，兩層液體分子的平均距離加大，吸引力隨之增大，這就是 分子內(nèi)聚力 。 流體粘性的成因? 氣體分 子的隨機運動范圍大，流層之間的分子交換頻繁。 ? 兩層之 間的分子動量交換表現(xiàn)為力的作用，稱為 表觀切應(yīng)力 。氣體內(nèi)摩擦力即以表觀切應(yīng)力為主 。一般認為 ：液體粘性主要取決于分子間的引力，氣體的黏性主要取決于分子的熱運動。壁面不滑移假設(shè) 由于流體的易變形性，流體與固壁可實現(xiàn)分子量級的粘附作用。通過分子內(nèi)聚力使粘附在固壁上的流體質(zhì)點與固壁一起運動。 壁面無滑移? 庫侖實驗間接地驗證了壁面不滑移假設(shè)；? 壁面不滑移假設(shè)已獲得大量實驗證實，被稱為 壁面不滑移條件 。? 常溫常壓下水的粘度是空氣的 ? 常溫常壓下空氣的運動粘度是水的 15倍水空氣水空氣粘性流體和理想流體v 實際流體 （粘性流體） 實際中的流體都具有粘性，因為都是由分子組成，都存在分子間的引力和分子的熱運動，故都具有粘性，所以，粘性流體也稱實際流體。v 理想流體 假想沒有黏性的流體。 具有實際意義： 由于實際流體存在粘性使問題的研究和分析非常復雜，甚至難以進行，為簡化起見，引入理想流體的概念。 一些情況下基本上符合粘性不大的實際流體的運動規(guī)律，可用來描述實際流體的運動規(guī)律，如空氣繞流圓柱體時，邊界層以外的勢流就可以用理想流體的理論進行描述。 還由于一些粘性流體力學的問題往往是根據(jù)理想流體力學的理論進行分析和研究的。再者，在有些問題中流體的粘性顯示不出來，如均勻流動、流體靜止狀態(tài)，這時實際流體可以看成理想流體。所以建立理想流體模型具有非常重要的實際意義。牛頓流體和非牛頓流體 牛頓流體牛頓流體 : 剪應(yīng)力和變形速率剪應(yīng)力和變形速率滿足線性關(guān)系。圖中滿足線性關(guān)系。圖中 A所示。所示。 非牛頓流體：非牛頓流體： 剪切應(yīng)力和變剪切應(yīng)力和變形速率之間不滿足線性關(guān)系的形速率之間不滿足線性關(guān)系的流體。流體。 圖中圖中 B、 C、 D均屬非牛頓流均屬非牛頓流體。體。 習 題v 習題 1－ 3如圖所示，轉(zhuǎn)軸直徑 =，軸承長度 =1m，軸與軸承之間的縫隙＝ ，其中充滿動力粘度＝ ，如果軸的轉(zhuǎn)速200rpm，求克服油的粘性阻力所消耗的功率。 解：油層與軸承接觸面上的速度為零，與軸接觸面上的速度等于軸面上
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