流体的主要物理性质在线视频

同学们 大家好

今天我们学习流体的主要物理性质

通常所说的流体包括液体和气体两种

从宏观的外在现象看

它们之间的主要区别是

液体具有一定的体积

但没有一定的形状

很容易流动

其形状随容器形状而异

并能形成自由表面

气体没有固定的体积

也没有一定的形状

能充满容纳它的空间

并且容易流动且容易压缩

液体和气体之所以呈现不同的外在形态

其原因在于具有不同的物理性质

首先我们学习看流体的压缩性和膨胀性

当流体温度不变

压力变化时从而引起流体体积发生变化

这种性质称为流体的压缩性

而当流体压力不变时

流体体积随温度变化的性质

称为流体的膨胀性

液体和气体的压缩性和膨胀性差别很大

通常来说

液体的体积随压强和温度的变化很小

因此液体的压缩性和膨胀性都很小

在工程计算中液体一般都视为不可压缩流体

而气体的压缩性和热胀性较为明显

在一定范围内气体体积

压强

温度三者之间服从理想气体状态方程

即

Pv=RT

其中

P表示气体的绝对压力

v表示气体的比体积

T表示气体的绝对温度

R表示气体常数

其数值与气体种类有关

从理想气体状态方程可以看出

气体的温度保持不变时

压力与比体积成反比

气体压力越大

比体积越小

而当气体的压力保持不变时

气体的体积与温度成正比

气体温度越高

比体积越大

这就是气体体积随温度和压力的变化规律

下面我们学习流体的黏滞性

流体具有流动性

但不同的流体之间其流动性是有差异的

比如水比油流得快

这种现象说明流体存在着一种性质

即黏滞性

由于水的黏滞性较小

所以流动较快

而油的黏滞性较大

所以流动较慢

首先我们看黏滞性的概念

黏滞性是指流体各流层间

或质点间因相对运动而产生内摩擦力

以抵抗其相对运动的性质

简称黏性

由于有黏滞性

要使一层流体与另一层流体相对滑动

就需要力的作用

如图所示为两块相距较近的平行板

其间充满了某种流体

假定A板固定

B板以某一速度V0向右移动

由于流体与板间的附着力

紧贴B板的流体层附着在板上

以速度V0随B板向右运动

而紧贴A板的一层流体将如A板一样静止不动

介于两板之间的各层流体速度

将自上而下逐层递减

呈直线分布

这就表明

相邻流体层因流速不同产生相对运动时

快层对慢层有个拖力使它加速

而慢层对快层有个阻力使它减速

拖力和阻力是同时出现的大小相等

方向相反的一对力

且分别作用在相邻流体层的接触面上

因为这一对力产生于流体内部

所以称内摩擦力或者黏滞力

下来我们学习牛顿内摩擦定律

在大量实验研究的基础上

牛顿提出了关于流体内摩擦力的

牛顿内摩操定律

即流体的内摩擦力的大小

与流体的物理性质有关

与流体层的接触面积

和接触面法线方向的速度梯度成正比

其关系可用下式表示

式中

F流体的内摩擦力

u表示流体物理性质的比例系数

称为动力黏度

A流体层间的接触面积

du/dy速度梯度

即流体层速度在流动方向上的法向变化率

流体静止时

du/dy＝0

所以不呈现内摩擦力

对于运动的流体

凡遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿型流体

如空气和水等低分子流体

凡不遵循牛顿内摩擦定律的流体

称为非牛顿型流体

如油脂

牙膏

水泥浆和高分子化合物溶液等

最后学习流体的粘度及其影响因素

流体的黏度是流体的一个重要的物理性质

在A和du/dy一定时

动力黏度越大

其内摩擦力越大

因此动力黏度在数值上

可看为是当速度梯度dv/dy＝1时

由于黏性引起的流体层间

单位面积上的内摩擦力

因此可以推出

流体的黏度越大

在相同的流动条件下

所产生的流动阻力也就越大

动力粘度的单位有三种

分别为Pa.S

P（泊）

cP(厘泊)

他们之间的转换关系

1Pa.S=10P=1000cP

不同的流体具有不同的黏度

同一种流体的黏度在不同的温度

和压力下数值也不相同

液体的黏度随温度升高而减小

而压力的影响则可忽略

气体的黏度随温度升高而增大

当压力变化范国较大时

一般是随压力増大而增大

温度对气体和液体黏度的影响是截然不同的

这是因为气体和液体产生黏性的主要因素不同

气体的黏性主要是由

分子不规则热运动的动量交换形成的

当温度升高时

分子热运动加快

动量交换频率增多

因此气体的黏度增大

液体的黏性主要是由分子间的吸引力形成的

当温度升高时

分子间距离增太

分子间的吸引作用减弱

因此

液体的黏度减小

今天的内容就到这里