水分析化学课件.ppt

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1、2019/10/24,杨小林制作,1,第一章 绪论 1.1 流体力学的研究任务与研究方法 1.2 流体的连续介质模型 1.3 流体的主要物理性质,2019/10/24,杨小林制作,2,1.1 研究任务与研究方法 1、研究任务：研究流体在平衡或机械运动时所遵循的基本规律及其在工程中应用的科学。 2、区别固体、液体和气体在形状、体积、受力等方面的不同。 3、流体包括液体和气体，其基本特征是流体的易流动性。 4、研究方法：理论分析、科学实验和数值模拟。,2019/10/24,杨小林制作,3,1.2 流体的连续介质模型 连续介质模型：假定流体是由连续分布的流体质点所组成，即认为流体所占据的空间完全由没

2、有任何空隙的流体质点所充满，流体质点在时间过程中作连续运动。 流体质点：指宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。特点：宏观尺寸非常小，可视为一个点；微观尺寸足够大，内含足够多的流体分子；具有密度、压强、流速等宏观物理量。,2019/10/24,杨小林制作,4,1.3 流体的主要物理性质 一、密度 均质流体: m/V 非均质流体: 气体状态方程: 比体积: 重度:,2019/10/24,杨小林制作,5,二、流体的压缩性和膨胀性 流体压缩性的概念： 体积压缩系数 根据增压前后质量无变化 ，故 体积弹性模量,2019/10/24,杨小林制作,6,K随流体的种类、温度和压强而变化。K值愈

3、大，流体的压缩性愈小；K值愈小，流体的压缩性愈大。 任何流体都是可压缩的，只是可压缩程度有所不同而已。当流体的压缩性对所研究的流动影响不大时，忽略其压缩性，这样的流体称为不可压缩流体。 流体膨胀性的概念： 体积膨胀系数,2019/10/24,杨小林制作,7,三、流体的粘性 1、牛顿平板实验：如图，两平行平板间充满流体，下板固定，上板以速度U匀速向右运动。由于粘性，与上、下两板接触的流体速度分别为U和零，两板间的流体作平行于平板的运动，其速度大小由下板的零均匀过渡到上板的U。这样，速度较大的上层流体将带动速度较小的下层流体向右运动，而下层流体将阻滞上层流体的运动，相互间便产生大小相等、方向相反的

4、切向阻力，也称摩擦阻力和粘滞力，以T表示。,2019/10/24,杨小林制作,8,实验证明，流体内摩擦阻力T的大小与速度梯度和接触面积A成正比，与流体的性质有关，即,2019/10/24,杨小林制作,9,切应力 上式称为牛顿内摩擦定律。 特殊地，当h和U不大时，速度u沿其法线方向呈线性分布，即 故 说明速度梯度的物理意义 取矩形微元平面ABCD，经dt时段，矩形微元平面发生角变形，变形角为d，根据几何关系，可得,2019/10/24,杨小林制作,10,摩擦阻力改写为 上式说明T的大小与流体的角变形速度成正比。 2、动力粘度和运动粘度的单位及相互关系 :Pas :m2/s 解释:液体的粘度随温度

5、升高而减小，气体的粘度却随温度升高而增大。,2019/10/24,杨小林制作,11,3、牛顿流体与非牛顿流体 常见的牛顿流体有水、空气等，非牛顿流体有泥浆、油漆、油墨等。 4、实际流体与理想流体 实际流体都具有粘性。当粘性力对流动影响很小时，忽略粘性的假想的流体称为理想流体。,2019/10/24,杨小林制作,12,例1-1 动力粘度0.172Pas的润滑油充满在两个同轴圆柱体的间隙中，外筒固定，内径D12cm，间隙h0.02cm，试求：（1）当内筒以速度U1m/s沿轴线方向运动时，内筒表面的切应力1，如图（a）；（2）当内筒以转速n180r/min旋转时，内筒表面的切应力2，如图（b）。,2

6、019/10/24,杨小林制作,13,解：因内、外筒之间的间隙h很小，间隙中的润滑油运动速度可以看作线性分布，即 内筒外径 （1）当内筒以速度U1m/s沿轴线方向运动时，由式（1-10）得内筒表面的切应力 （2）当内筒以转速n180r/min旋转时，内筒表面的切应力,2019/10/24,杨小林制作,14,四、液体的表面张力 1.表面张力 液体表面张力的概念： 表面张力的大小：表面张力系数（作用在单位长度上的力） 表面张力的方向：与液面相切，与两相邻部分的分界线垂直。 2.毛细现象 内聚力：液体分子间存在的相互吸引力。 附着力：液体分子和固体分子间存在的相互吸引力。,2019/10/24,杨小林制作,15,毛细现象：将毛细管插入液体内，如果附着力大于内聚力，液体能润湿管壁，则管内液面升高，液面呈凹形，如左图；如果附着力小于内聚力，液体不能润湿管壁，则管内液面下降，液面呈凸形，如右图。,2019/10/24,杨小林制作,16,根据表面张力的合力与毛细管中上升（或下降）液柱所受的重力相等，可求出液柱高度h 在多数工程问题中，同其他作用力相比，表面张力很小，可以忽略不计。但如果涉及到流体计量、物理化学变化、液滴和气泡的形成等问题，则必须考虑表面张力的作用。,