[2018年最新整理]01绪论山科.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 自然界物质存在的主要形态：固态、液态和气态、等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态。 一. 流体的定义 流体与固体的区别 具有流动性的物体（即能够流动的物体）。 流体包括气体和液体。 固体的变形与受力的大小成正比； 任何微小的剪切力都会使流体发生连续不断的变形—— 流动。 §1—2 流体的概念 液体与气体的区别 二. 流体的特征 液体的流动性小于气体； 液体具有固定的体积，并取决于容器的形状；而 气体充满任何容器，无固定体积。 流动性--在任意微小剪切力作用下都会发生连续变形的特 性。 只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，发生连续变形而流动。 流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。 EXIT 流体在静止时不能承受剪切力，抵抗剪切变形。 作用在流体上的剪切力不论多么微小，只要有足够的时间，便能产生任意大的变形。 运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。 EXIT 二、 流体质点概念和连续介质假设 1mm3空气2.7×1016 个分子 ( 1个大气压，00C) 流体质点概念 宏观（流体力学处理问题的尺度）上看，流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。 微观（分子自由程的尺度）上看，流体质点是一个足够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。 EXIT 连续介质假设 连续介质假设是近似的、宏观的假设，它为数学工具的 应用提供了依据，在其它力学学科也有广泛应用，使用该假设的力学统称为“连续介质力学”。除了个别情形外，在水力学中使用连续介质假设是合理的。 连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。 EXIT 以密度为例，考察物理量是怎样定义在流体质点上的。若流体微团的体积为ΔV，质量为Δm，则流体质点密度为 其中ΔV?0 的含义应理解为流体微团趋于流体质点。 连续介质假设为建立流场的概念奠定了基础：设在 t 时刻，有某个流体质点占据了空间点 (x,y,z)，将此流体质点所具有的某种物理量（数量或矢量）定义在该时刻和空间点上，根据连续介质假设，就可形成定义在连续时间和空间域上的数量或矢量场。 §1—3 流体的密度和重度 密度的定义：单位体积流体所具有的质量。 密度的单位：kg/m3 。 几种常见流体的密度： 水——1000 kg/m3 空气——1.23 kg/m3 水银——136000 kg/m3 均匀流体的密度： 重度的定义： 重度的单位： N/m3 2.流体的相对密度 流体的密度与4oC时水的密度的比值。 式中，?f ——流体的密度，kg/m3； ?w——4oC时水的密度kg/m3。 3.流体的比容 单位质量流体所占有的体积，即流体密度的倒数。 单位：m3/kg EXIT V V-ΔV p p+Δp 流体能承受压力，在受外力压缩变形时，体积缩小，密度加大，并产生内力（弹性力）予以抵抗，在撤除外力后恢复原状，流体的这种性质称为压缩性。 ?压缩系数:单位压力增加所引起的体积相对变化量。 称为体积弹性系数。 E 越大，越不易被压缩 压缩性 §1—4 流体的压缩性和膨胀性 EXIT T T+ΔT V V +ΔV ?将相对体积膨胀值 dV?V 与温度增量 dT 之比值 称为体积膨胀系数。 ?V 越大，越易膨胀。 膨涨性 流体受热，体积膨胀，密度减小，当温度下降后能恢复原状，流体的这种性质称为膨胀性。 EXIT 液体的压缩性和膨胀性都很小。例如，压强每升高一个大气压，水的密度约增加0.5/10000；常温下，温度每升高10C，水的密度约减小1.5/10000。 气体具有显著的压缩性和膨胀性。 液体和气体的压缩性和膨涨性 通常情况下，气体的密度随压力和温度的变化很明显。对于实际气体，当压力不大于10Mpa时，遵循理想气体（ideal gas）状态方程： 式中：ρ—气体的密度 T—热力学温度 R—气体常数 p—绝对压力 例1－1 压缩性问题——压缩系数计算 厚壁容器中盛有 的水，初始压力为 当压力增至 时，问水