水力學(xué)液體的主要物理性質(zhì)ppt課件.ppt

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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(dòng)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(dāng)微小現(xiàn)代物理學(xué)指出，常溫下，每立方厘

2、米水中，約含3×1022個(gè)分子，相鄰分子間距約3×10－8cm?？梢?jiàn)，分子間距相當(dāng)微小，在很小體積中，包含難以計(jì)數(shù)的分子。3×10－8cm水力學(xué)中，把液體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)假設(shè)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(xué)所研究的液體是連續(xù)介質(zhì)的連續(xù)流動(dòng)連續(xù)介質(zhì)的概念由瑞士學(xué)者歐拉（Euler）1753年首先建立，這一假定在流體力學(xué)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(qiáng)和密度等）可視為空間（液體所占據(jù)空間）坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。研究液體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可利用連續(xù)函數(shù)分析方法。研究液體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可利用連續(xù)函

3、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(dòng)壓縮和膨脹性小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：?jiǎn)挝惑w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(duì)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(gè)物理量包含量的數(shù)值和量的種類(lèi)用符號(hào)[]表示物

4、理量的種類(lèi)稱(chēng)量綱例如，F(xiàn)=-Ma則ρ＝f(p,t)=f(壓強(qiáng)，溫度）但隨溫度、壓強(qiáng)變化較小，水力學(xué)中一般視為常數(shù)。用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為4（°）時(shí)蒸餾水密度計(jì)算ρ＝1000（kg·m-3)若已知均質(zhì)液體密度和體積，則該液體質(zhì)量為但隨溫度和壓強(qiáng)的變化較小ρ＝f(p,t)=f(壓強(qiáng)，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(chēng)重力，用符號(hào)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(qiáng)，溫度）但隨壓強(qiáng)和溫度的變化甚微，一般工

5、程上視為常數(shù)。γ＝9800（N·m-3）＝9.8（kN·m-3）取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的溫度為4°c蒸餾水計(jì)算，則水的重度（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）隨溫度變化表0-1幾種常見(jiàn)的液體的重度（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）液體名稱(chēng)汽油純酒精蒸餾水海水水銀重度（N·m-3）測(cè)定溫度（°）水的倍數(shù)6664～7350150.68～0.757778.3150.79379800419996～10084151.02～1.029133280013.6從運(yùn)動(dòng)的液體中取出兩個(gè)相鄰的液層進(jìn)行分析uδ兩個(gè)相鄰微元液層受力分析ABτABτBAuABABuBA平板縫隙中的潤(rùn)滑油流動(dòng)1

6、.3液體的粘滯性1．粘滯性：當(dāng)液體質(zhì)點(diǎn)（液層）間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)（液層）間產(chǎn)生這種性質(zhì)稱(chēng)液體粘滯性，此內(nèi)摩擦力稱(chēng)為粘滯力內(nèi)摩擦力抵抗其相對(duì)運(yùn)動(dòng)（液體連續(xù)變形）或液體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下抵抗剪切變形的能力因：液體質(zhì)點(diǎn)（液層）間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)（快慢）果：質(zhì)點(diǎn)間（液層）間存在內(nèi)摩擦力（1）方向：與該液層相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向相反（2）大?。河膳ｎD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(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)與液體的性質(zhì)有關(guān)。試驗(yàn)成果寫(xiě)成表達(dá)式為2

7、．牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律式中，μ為液體的動(dòng)力粘滯系數(shù)τ為切應(yīng)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(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反uδyOu+duyτudyuτBAuABuBAABτAB流速分布曲線切應(yīng)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，血液等尼龍，橡膠的溶液生面團(tuán)，濃淀粉等固體的變形從另一個(gè)角度分析流速梯度液體的變形圖微元水體運(yùn)動(dòng)的示意dudtu+duuyτudydydθ故證明:

8、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(yīng)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(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)液層抵抗越大3．粘滯系數(shù)：反映不同液體對(duì)內(nèi)摩擦力的影響系數(shù)動(dòng)力粘滯系數(shù)μ量綱：[F.T.L-2]單位：N·s·m-2＝