?t?dt——温度改变量
dV1Vdt?t? 或
?V1V0?t (3)单位:1/oC 或 1/K
(4)说明:表1-3表明液体膨胀性很小——在实际计算中,一般不考虑液体的膨胀性。
3、体积弹性系数
E?1?p 单位:帕(Pa) 例题:
当压强增加5×104Pa时,某种液体的密度增长0.02%,求该液体的弹性系数。 解:M??V?dM?Vd???dV?0
VdV???d?
E?1?p??1dVV1dp??d?dp?10.02%?5?10?2.5?10Pa48
三、粘性(viscosity):μ
粘性是流体所特有的性质,自然界中的任何流体都具有粘性,只是有大有小。 1、定义:流体微团发生相对运动时所产生的抵抗变形、阻碍流动的性质。 2、产生粘性的原因 (1)流体内聚力 (2)动量交换
(3)流体分子和固体壁面之间的附着力 3、 产生条件:流体发生相对运动
4、 产生的实质:微观分子作用的宏观表现
5、内摩擦力的计算—牛顿内摩擦定律(Newton’s law of internal friction)1686
怎样确定流体运动时的粘滞力呢?它与哪些因素有关?牛顿经过大量实验研究于1686年提出了确定流体内摩擦力的所谓“牛顿内摩擦定律”。
图 速度分布规律
如图,A、B为长宽都是足够大的平板,互相平行,设B板以u0运动,A板不动。由于粘性流体将粘附于它所接触的表面上(流体的边界无滑移条件),u上=u0, u下=0。 (1)两平板间流体流层:速度自上而下递减,按直线分布; (2)取出两层
快层:u+du 慢层:u 相邻流层发生相对运动时:
T:快层对慢层产生一个切力T,使慢层加速,方向与流向相同。
T’:慢层对快层有一个反作用力T’,使快层减速,方向与流向相反,这种阻止运动的力,称为阻力。
(3)T与 T’:大小相等,方向相反的一对力,分别作用在两个流体层的接触面上,这对力是在流体内部产生的,叫内摩擦力。
(4)牛顿内摩擦定律的内容:
流体相对运动时,层间内摩擦力T的大小与接触面积、速度梯度成正比,与流体种类及温度有关,而与接触面上的压力无关,即:
T???AT——内摩擦力,单位:牛顿(N)
dudy
μ——动力粘性系数,与流体性质、温度有关 A——接触面积
dudy——速度梯度Velocity gradient
(5)粘性切应力τ:单位面积上的内摩擦力
??TA???dudy
单位:N/m2
(6)公式说明:
① “±”是为使T、τ永远为正值而设
du当dy>0时,T、τ取“+”号
du当dy=0时,T、τ=0
du当dy<0时,T、τ取“-”号(①拖下板②y轴向下③管流)
????② 符合
dudy的流体——牛顿流体 dudy的流体——非牛顿流体
????不符合
③公式适用条件:牛顿流体做层流运动
7、粘性系数(粘度)coefficient of viscosity:表征流体粘性大小,通常用实验方法确定。 (1)动力粘度μ:coefficient of dynamic viscosity
??① 定义:由公式
TA???dudy得
????dudy
② 物理意义:表示速度梯度为1时,单位面积上的摩擦力的大小。 ③ 国际单位: 牛顿?秒/米2 或 Pa? S
Pa?s?kg?ms2
?sm2?kg(m?s)
2
1Pa? S=1000 mPa? S(在程序中常用mPa? S) 物理单位: 泊(poise)= 达因?秒/厘米
(1N=10dyn=1kg·m/s)
1 泊poise = 100厘泊 centipoise = 0.1 pa ?s 1cP=1 mPa? S
5
2
注:P295.附1:水的粘度数量级 1 mPa? S (2)运动粘度?:coefficient of kinematic viscosity
??① 定义:
??——在方程中经常出现
② 国际单位:米2/秒;
物理单位:厘米/秒,叫做沱(或斯stokes) 1沱=100厘沱
1m/s?10st?10cst
8、理想流体与实际流体
(1)理想流体:假想没有粘性的流体μ=0 ,能量损失=0 (2)实际流体:又称为粘性流体,即真实流体 μ≠0 ,能量损失 ≠ 0
流体在运动中因克服摩擦力必然要做功,所以粘性也是流体中发生机械能量损失的根源。 例题:
2462
已知:A=1200cm,V=0.5m/s
μ1=0.142Pa.s,h1=1.0mm μ2=0.235Pa.s,h2=1.4mm 求:平板上所受的内摩擦力F
绘制:平板间流体的流速分布图及应力分布图 解:(前提条件:牛顿流体、层流运动)
2
V?u????11??h1??u?0du??2??2????h2dy ?
因为 τ1=τ2
?1所以
V?uh1??2uh2?u??1h2V?2h1??1h2?0.23m/s
F??1A??V?uh1?4.6N
四、表面张力 σ
1、定义:使液体表面处于拉伸状态的力为表面张力 2、表面张力系数σ:单位长度上的表面张力 3、表面张力的产生:液、气接触自由表面
5、 表面张力产生的原因:由于内聚力的不同而导致(分子受力不平衡)。
在气液自由表面上,由于液体分子的内聚力显著的大,因此在液体表面的分子有向液体内部收缩的倾向,使得自由表面有一拉紧作用的力产生,即表面张力。在液固交界面上,也会产生附着力。液体内聚力的大小决定其是否产生湿润管壁。
水与玻璃管相互作用计算及分析
管壁圆周上总表面张力在垂直方向上的分力: π?D ?σ?cosθ (1)
?.?4Dh2上升液柱重: (2)
?D?cos????4Dh2令
可得毛细管内液柱上升高度
h?4?cos??D