水力学-液体的主要物理力学性质ppt课件.ppt

'1.1液体的连续介质假设真实液体所占有的空间，完全由液体质点所充满着，质点之间毫无空隙。质点所具有的物理量，满足一切应该遵循的物理定律，例如万有引力定律、牛顿三定律、质量和能量守恒定律等。液体质点，是指微观上充分大而宏观上又充分小的分子团。 在标准状态下，1cm3的水就包含了3.34×1022个水分子，那末即使是10-9cm3的体积中，也包含了3.34×1013个水分子。很显然，10-9cm3的体积，从宏观上看来是很小的，而从微观方面看来还是非常大的。在通常遇到的问题中，要求液体质点满足在宏观上充分小而在微观大充分大的条件是可能的，因此，连续介质的假设是合理的。 有了连续介质假设，在研究液体宏观运动时，就可以将液体看作均匀连续体，而且每个空间和每个时刻都有确定的物理量，它们都是空间坐标和时间的连续函数，但允许在孤立点、线、面上不连续。由此，可以运用有关连续函数的数学分析工具，很有效地描述液体平衡和运动的规律。正因为这样，连续介质假设是水力学中的第一个基本假设。 1.2液体的主要物理力学性质一、液体的密度和重度二、液体的膨胀性和压缩性三、液体的流动性和粘滞性四、液体的表面张力 一、液体的密度和重度单位体积的液体所具有的质量，称为液体的密度，以符号r表示，其单位为kg／m3。单位体积的液体所具有的重力，称为液体的重度，或称容重、重率，以符号g表示，其单位为N／m3。惯性质量引力质量 温度（℃）04102030密度（kg/m3）999.871000.00999.73998.23995.67重度（N/m3）9798.739800.009797.359782.659757.57温度（℃）40506080100密度（kg/m3）992.24988.07983.24971.83958.38重度（N/m3）9723.959683.099635.759523.949392.12水的密度和重度 液体名称水银汽油酒精四氯化碳海水重度（kN/m3）133.2806.684-7.3507.778315.6009.996-10.084测定温度（℃）015152015几种常见液体的重度 二、液体的膨胀性和压缩性液体的宏现体积，在温度升高时膨胀，其密度减小，这一性质称为液体的膨胀性。当液体承受正向压力时，其宏观体积将有所减小，密度有所增大，同时其内部会产生压应力，以抵抗压缩变形，液体的这种性质称为压缩性。除去正向压力后，液体的体积能消除变形，恢复原状，这就是液体的弹性。 体积压缩率单位：Pa-1体积模量：Pa 三、液体的流动性和粘滞性流体分子间的作用力较弱或很弱，静止时不能承受切向应力。无论多么小的切向应力，都能使流体发生任意大的变形（即流动），外力不去，变形不止，因此，流体在静止时，只有法应力而没有切应力。流体的这种宏观性质称为流动性或易动性。 流体只要受到切向力的作用，就会发生剪切变形，即发生流动。然而流动一经发生，就会在流体内部产生阻滞相对运动和剪切变形的粘滞切应力或内摩擦切应力。流体在运动情况下(也只有在运动情况下)所具有的这种阻滞剪切变形的能力，称为流体的粘滞性。 平板试验牛顿内摩擦定律数学表达式u+duudyyHH-yTUFFA(a)(b)下板固定 AA’CC’B’D’BDu+duudydudtdq 温度（℃）温度（℃）温度（℃）00.01775180.01058450.0059920.01662200.01007500.0054840.01559220.00960550.0050460.01467240.00917600.0046580.01383260.00876700.00400100.01306280.00839800.00347120.01236300.00803900.00305140.01172350.007241000.00270160.01112400.00657不同水温时水的运动粘滞系数 流体分类牛顿流体非牛顿流体塑性流体拟塑性流体膨胀性流体 τdu/dy牛顿流体o牛顿流体——服从牛顿内摩擦定律的流体（水、大部分轻油、气体等） ττ0du/dyo塑性流体非牛顿流体塑性流体——克服初始应力τ0后，τ才与速度梯度成正比（牙膏、新拌水泥砂浆、中等浓度的悬浮液等） τdu/dyo拟塑性流体拟塑性流体——τ的增长率随du/dy的增大而降低（高分子溶液、纸浆、血液等） τdu/dyo膨胀型流体膨胀型流体——τ的增长率随du/dy的增大而增加（淀粉糊、挟沙水流） ττ0du/dyo膨胀型流体牛顿流体拟塑性流体塑性流体 四、液体的表面张力和毛细现象在液体内部，分子之间的作用力即吸引力是相互平衡的。但是在液体与气体交界的自由液面上，分子间的引力不能平衡，交界面内侧的液体中的引力会使自由液面收缩拉紧，从而在交界面上形成沿液体表面作用着的张力，称为表面张力。 附着层内聚力附着力凹液面凹液面凸液面 液固间附着力大于液体的内聚力表面张力的大小可以用表面张力系数s来表示，即液体表面上单位长度所受的拉力，单位为：N/m。σσR 1.3作用在液体上的力凡通过接触面而起作用的力，称为表面力，其大小与接触面的面积有关。作用于每个液体质点并通过液体的质量而起作用的力，称为质量力，其大小与质量成比例。一、表面力二、质量力均质不可压缩液体质量力=体积力表面力=面积力 单位质量力设均质液体的质量为m，所受到的总的质量力为，则单位质量力为：X、Y、Z为单位质量力在各个坐标轴上的分力，它们的单位与加速度的单位相同。——单位质量液体所受的质量力 若液体所受的质量力只有重力，这种液体称为重力液体，对重力液体而言，其在坐标轴上的单位质量力的各个分力如图所示。xyz0单位质量液体上的重力在各个坐标轴上的分力为：X=Y=0；Z=-g 理想液体的概念所谓理想液体，就是把液体看作绝对不可压缩、不能膨胀、没有粘滞性、没有表面张力的连续介质。实际液体的压缩性和膨胀性很小，表面张力也很小，与理想液体没有很大差别，因而有没有考虑粘滞性是理想液体和实际液体的最主要差别。所以，按照理想液体所得出的液体运动的结论，应用到实际液体时，必须对没有考虑粘滞性而引起的偏差进行修正。 1.4水力学的研究方法水力学的研究方法理论分析法科学试验法原型观测模型试验系统试验量纲分析 继续学习第二章水静力学'