1水力學 液體的主要物理性質(zhì)

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1、1液體的主要物理性質(zhì)1.1液體的主要物理性質(zhì)1.2液體的密度和容重1.3液體的粘滯性1.4液體的壓縮性和膨脹性1.5液體的表面張力1.6作用于液體上的力1.1液體的主要物理性質(zhì)1.1.1液體的基本特征自然界物質(zhì)存在三種形式固體液體氣體流體固體液體氣體物質(zhì)固體液體氣體物質(zhì)固定形狀和體積內(nèi)部存在拉力、壓力和剪力不能保持固定形狀不能承受拉力，微弱剪力作用下，流體發(fā)生變形和流動固體液體氣體物質(zhì)壓縮和膨脹性小可壓縮和膨脹1.1.2連續(xù)介質(zhì)的概念液體由分子組成，分子之間存在空隙，介質(zhì)不連續(xù)分子間距相當微小現(xiàn)代物理學指出，常溫下，每立方厘米水中，約含3×1022個分子，相鄰分子間距約3×10－8cm。

2、可見，分子間距相當微小，在很小體積中，包含難以計數(shù)的分子。3×10－8cm水力學中，把液體當作連續(xù)介質(zhì)假設液體是一種連續(xù)充滿其所占據(jù)空間的連續(xù)體水力學所研究的液體是連續(xù)介質(zhì)的連續(xù)流動連續(xù)介質(zhì)的概念由瑞士學者歐拉（Euler）1753年首先建立，這一假定在流體力學發(fā)展上起到了巨大作用。如果液體視為連續(xù)介質(zhì)，則液體中一切物理量（如速度、壓強和密度等）可視為空間（液體所占據(jù)空間）坐標和時間的連續(xù)函數(shù)。研究液體運動時，可利用連續(xù)函數(shù)分析方法。研究液體運動時，可利用連續(xù)函數(shù)分析方法1.1液體的主要物理性質(zhì)1.1.1液體的基本特征不能保持固定形狀易流性：不能承受拉力，微弱剪力作用下流動壓縮和膨脹性小

3、1.1.2連續(xù)介質(zhì)的概念液體是一種連續(xù)充滿其所占據(jù)空間的連續(xù)體1.2液體的密度和容重1密度：單位體積液體所包含的質(zhì)量，用ρ表示均質(zhì)液體：=式中，M為液體的質(zhì)量；V為的體積對于非均質(zhì)液體：=式中，ΔM為任意微元的液體質(zhì)量；量綱：ρ=[ML-3]單位：kg·m-3ΔV為任意微元的液體體積。MVΔM,ΔV量綱：[F]=[Ma]=[M]·[a]=[M][a]每一個物理量包含量的數(shù)值和量的種類用符號[]表示物理量的種類稱量綱例如，F(xiàn)=-Ma則ρ＝f(p,t)=f(壓強，溫度）但隨溫度、壓強變化較小，水力學中一般視為常數(shù)。用標準大氣壓下，溫度為4（°）時蒸餾水密度計算ρ＝1000（kg·m-3)若已

4、知均質(zhì)液體密度和體積，則該液體質(zhì)量為但隨溫度和壓強的變化較小ρ＝f(p,t)=f(壓強，溫度）2容重（重度）均質(zhì)液體：或：則量綱：[γ]＝[F·L-3]單位：N·m-3或kN·m-3重力：地球?qū)ξ矬w的吸引力稱重力，用符號G表示G=Mg式中，g為加速度。不同液體重度是不同的γ＝f(p,t)=f(壓強，溫度）但隨壓強和溫度的變化甚微，一般工程上視為常數(shù)。γ＝9800（N·m-3）＝9.8（kN·m-3）取一個標準大氣壓下的溫度為4°c蒸餾水計算，則水的重度（標準大氣壓下）隨溫度變化表0-1幾種常見的液體的重度（標準大氣壓下）液體名稱汽油純酒精蒸餾水海水水銀重度（N·m-3）測定溫度（°）水的

5、倍數(shù)6664～7350150.68～0.757778.3150.79379800419996～10084151.02～1.029133280013.6從運動的液體中取出兩個相鄰的液層進行分析uδ兩個相鄰微元液層受力分析ABτABτBAuABABuBA平板縫隙中的潤滑油流動1.3液體的粘滯性1．粘滯性：當液體質(zhì)點（液層）間存在相對運動時液體質(zhì)點（液層）間產(chǎn)生這種性質(zhì)稱液體粘滯性，此內(nèi)摩擦力稱為粘滯力內(nèi)摩擦力抵抗其相對運動（液體連續(xù)變形）或液體在相對運動狀態(tài)下抵抗剪切變形的能力因：液體質(zhì)點（液層）間存在相對運動（快慢）果：質(zhì)點間（液層）間存在內(nèi)摩擦力（1）方向：與該液層相對運動速度方向相反（

6、2）大小：由牛頓內(nèi)摩擦定律決定2．牛頓內(nèi)摩擦定律：根據(jù)前人的科學實驗研究，與液層之間的流速差成正比，液層接觸面上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力（單位面積上）大小，與兩液層距離成反比，同時與液體的性質(zhì)有關(guān)。試驗成果寫成表達式為2．牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律式中，μ為液體的動力粘滯系數(shù)τ為切應力，方向與作用面平行dudy為流速梯度，y為垂直于流速方向與相對運動方向相反uδyOu+duyτudyuτBAuABuBAABτAB流速分布曲線切應力方向判斷u+duuu+duττu適用條件：牛頓流體（Newtonianfluid）圖牛頓流體的適用條件τ0du/dyτμ1牛頓流體理想賓漢流體偽塑性流體膨脹性流體泥漿，

7、血液等尼龍，橡膠的溶液生面團，濃淀粉等固體的變形從另一個角度分析流速梯度液體的變形圖微元水體運動的示意dudtu+duuyτudydydθ故證明:液體的流速梯度即為液體的剪切變形速度故相鄰液層之間所產(chǎn)生的切應力與剪切變形速度成正比所以,液體的粘滯性可視為液體抵抗剪切變形的特性剪切變形越大，所產(chǎn)生內(nèi)摩擦力越大對相對運動液層抵抗越大3．粘滯系數(shù)：反映不同液體對內(nèi)摩擦力的影響系數(shù)動力粘滯系數(shù)μ量綱：[F.T.L-2]單位：N·s·m-2＝