流体的主要力学性质Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:20678493
- 上传时间:2023-01-25
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:148.19KB
流体的主要力学性质Word文档下载推荐.docx
《流体的主要力学性质Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《流体的主要力学性质Word文档下载推荐.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
九、所需教具
黑板、粉笔、板擦、计算机和投影仪。
十、教学过程
首先组织教学,把学员的精神都集中到课堂上来。
(一)回顾上一讲内容(启发式教学,用时5分钟)
1、什么是流体?
流体是易于流动的物质;
它包括气体、液体及分散状的固体微粒的集合体。
如我们日常生活中的水、空气、燃气等都是流体。
2、什么是流体力学?
流体力学研究流体平衡和运动规律以及流体与固体壁面间作用力的一门科学。
3、流体力学的任务
(1)流体力学主要研究大量流体分子的宏观运动特性。
(2)流体力学学科的分类
流体力学根据研究的重点与方法不同分为:
理论流体力学和工程流体力学;
流体力学根据流体性质不同分为:
水力学、空气动力学以及两相流体力学。
(3)本课程的主要研究内容和对象
本课程主要以流体在容器和管道内的特性为研究内容。
(二)本节内容
首先向大家说明一个基本问题。
流体不同于固体的基本特征是流体的流动性。
一般而言,流体的流动性与其分子间距d成正比。
1、密度、比容及重度(直观式教学,用时10分钟)
(1)密度
密度是一般物质的基本属性,对于均匀流体而言,单位体积的质量称为密度。
ρ——流体的密度,kg/m3;
m——流体的质量,kg;
V——该质量流体的体积,m3。
(2)比容
也叫做比体积;
表示单位质量的流体所占的体积;
简单来说就是密度的倒数。
在燃气行业中,比容是应用较多的定义之一。
因为燃气在输送过程中其体积和密度是随着压力级制的不同而发生变化的,但其总质量是不会改变的,因为质量是守恒的。
(3)重度
流体和固体一样也受到地球的引力而产生重力。
对于均匀质流体,作用于单位体积流体上的重力称为重度。
需要向大家强调一点:
流体的密度与重度是随着外界压力与温度的变化而变化的。
但有时由于温度和压力变化所引起的流体密度变化不大时,可以认为流体的密度和重度是恒定的。
例如,在平时的生活中,我们一般都认为水的密度为1000kg/m3。
但是实际上水的密度是随着温度升高而降低的。
不知各位有没有观察过用“热得快”在暖瓶中烧水。
即使你在灌水时灌得不满,在加热过程中也会慢慢有水从壶口溢出。
因为在加热过程中水的体积在不断膨胀,当膨胀使得液面高过壶口时便有水溢出。
我们来分析一下。
如上图所示,在“热得快”加热水的过程中水从初始的液位(黑色线)升至红色线位置。
在此过程中,暖瓶中的水体积从V1增大到V2,而在此过程中水的质量没有发生变化,那么由密度的定义式可知:
>
2、流体的热胀性(直观式教学,用时2分钟)
在分析上述例子过程中我们提到水在加热过程中体积从V1增大到V2,而密度由ρ1减小到ρ2,我们将流体受热时体积膨胀而密度减小的性质称为流体的热胀性。
3、流体的压缩性(直观式教学,用时3分钟)
流体的压缩性是指流体受压,体积减小而密度增大的性质。
对于我们常见的液体和气体而言,液体的热胀性和压缩性均较气体的小。
对于液体而言,在实际工程中往往认为其热胀性和压缩性非常小,均可忽略不计。
但也有特殊情况,如在采暖系统中往往需要考虑水的热胀性。
对于气体而言,其热胀性和压缩性随着温度和压强的变化往往很大,故不能忽略不计。
4、流体的粘滞性及牛顿内摩擦定律(引导式教学,用时25分钟)
流体的粘滞性是本节课的重点,也是我们这门课程极为重要的一个基础内容。
流体的粘滞性是指流体自身阻止其产生相对运动的性质。
一般我们日常生活中将其称为粘性。
在工作中大家经常判断机油的好坏的标准之一就是它的粘性。
比如机油用了一段时间后,我们会发现它有点像水了,不粘了。
还有,我们将水和油倒到同一桌面上,水的流动性肯定比油的好。
这些都是流体的粘滞性在起作用。
后一个例子也说明一个问题:
流体的粘滞性在其发生运动时才能体现出来。
(1)牛顿内摩擦定律
平板实验
假设:
两块平板间距很小,上平板运动速度不高,而且没有流体流入和流出。
在这些假设条件下,平板间的速度分布是线性的。
对于大多数流体,实验结果表明:
平板拉力F与平板面积A、平板速度u成正比,与平板间距δ成反比,即
引入比例系数,并进行微元化,
或
式中,F——总内摩擦力,N;
τ——单位面积上的内摩擦力,即切应力,N/m2;
du/dy——速度梯度,表示速度在垂直于流速的方向y的变化率;
μ——动力粘度,Pa·
s。
式中,
υ——运动粘度,m2/s。
(2)管内流动速度分布
下面我们再来分析一下我们工作和生活中常见的流体在管内流动。
如图所示,有流体在管内流动。
经过实验测试发现:
流体在管内流动时并不是齐头并进的。
在靠近管壁的地方,流体流速较低甚至在壁面上其速度为零;
在管轴线附近流速较高,在管轴线上达到最大。
也就是说流体在管内流动时它的流速分布是不均匀的。
一般我们假设流体的流动分层的,如下图所示。
在层和层之间流体的流速是不同的,速度快的流层对流速慢的流层有拖动作用;
反过来,流速慢的流层对速度快的流程有阻力作用。
即流层之间产生了内摩擦,也就是粘滞阻力,并由此引起了能量损失。
练习题:
在标准大气压下,温度为20摄氏度的空气,在直径为2.5cm的圆管内流动,在距管内壁上1mm处的空气流速为3mm/s。
计算:
(1)管内壁上空气流速;
(2)作用于单位长度管内壁上的粘滞力。
查粘度表的注意事项:
(1)看清表头,压强,物质(空气、水等)。
(2)分清μ(谬)动力粘度和ν(纽)运动粘度。
(3)数量级,如20摄氏度为0.0183×
10-3Pa·
(4)25摄氏度的空气的粘度为多少?
采用内差法。
从牛顿内摩擦定律的推导过程中,可以看出对于流体流过的表面上流速为0。
单位统一换算为国际制单位。
最好采用科学计数法。
5、粘度与温度的关系(直观式教学,用时10分钟)
由上图中,我们可以看到:
随着温度的升高液体的粘度不断减小,而气体的粘度则不断增大。
由于粘度是分子间吸引力和分子间不规则的热运动产生动量交换的综合结果。
随着温度的升高,分子间吸引力降低,动量增大。
对于液体,分子间距小,分子间的吸引力是决定性因素,因此液体的粘滞性随着温度升高而减小;
对于气体,分子间距较大,分子间的热运动产生的动量交换起决定作用,因而气体的粘滞性随着温度的升高而增大。
需要强调:
流体的粘滞性是由流体本身的物理性质所决定的,是产生粘滞阻力的内因;
流体流动或质点间的相对运动是使得粘滞性得以体现的外因。
此外,流体所接触的固体边界的表面粗糙度也将是直接影响流体流动阻力的大小,是构成影响流动阻力或能量损失的重要外因之一。
6、流体的其他性质(直观式教学,用时5分钟)
表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
表面张力引起的现象在我们的工作和生活中也非常普遍。
比如灯芯、测压计。
灯芯一端浸没在灯油中,另一端为燃点。
灯油是如何从低处上升到燃点,从而使得油灯不断燃烧?
酒精(或者水)为介质测压计中,液面总是在与壁面接触的地方高,而中间是下凹的。
(三)本节小结(直观式教学,用时5分钟)
1、密度、比容及重度
2、流体的热胀性
流体受热时体积膨胀而密度减小的性质称为流体的热胀性。
3、流体的压缩性
4、流体的粘滞性及牛顿内摩擦定律
5、流体的粘度与温度间关系
6、流体的其他性质
十一、板书设计
详见本讲PPT。
十二、作业
1、静止的流体有粘滞性吗?
为什么?
答:
流体的粘滞性是指流体自身阻止其产生相对运动的性质,它是由流体本身的物理性质所决定的,是产生粘滞阻力的内因。
静止的流体因为没有流动而使得流体粘滞性没有体现出来,但其粘滞性是存在的。
流体的力学模型——连续性介质、无粘性流体、不可压缩流体。
作用在流体上的力——表面力、质量力。
通过讲解使学员对表面力和质量力有一定的了解,理解流体的力学模型及其意义。
1、作用在流体上的力
根据力的作用方式的不同,可以分为质量力和表面力。
质量力作用于流体内部上,并与流体质量成正比。
分为重力和惯性力。
对于静止流体而言,只有重力存在。
表面力作用于流体表面上,并与作用面的面积成正比。
以压力P和切应力τ形式存在。
对于静止流体,只有压力P存在。
因此,对于静止流体质量力和表面力仅以重力和压力形式存在。
2、流体的力学模型
为了更为简便地研究作用于流体上的力,对流体做了以下三点假设:
(1)连续性介质。
化学知识告诉我们:
物体都是由无数微小粒子(原子、分子等)组成的,并且粒子之间是存在间隙的。
流体自然也不例外。
由于流体力学研究的是大量流体粒子的宏观运动特性,此时分子间隙对研究的影响不大,因此可将流体看做连续性介质。
(2)无粘滞性流体。
任何流体都具有粘滞性。
但对于某些流体(如常温、常压下的水和空气),其粘滞性较小,故可先忽略不计,从而使研究简化。
如确需考虑粘滞性,再对粘滞性造成的影响进行修正。
(3)不可压缩流体
在流速不太高的流动过程中,压强与流速变化均不大,此时可将流体看做不可压缩流体。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 流体 主要 力学 性质