|
/ r! b" l0 ~% Z0 w
一、流体的物理性质 / Y4 n* ^1 w5 @) v
1．连续介质假定
7 _( n3 j6 ?( {0 o' N$ \7 D （1）将流体视为由无数微团或质点组成的密集而无间隙的连续介质； + e) ?3 M) U2 B4 H5 ^2 b- t- q
（2）连续性假设并不是在任何情况下都适用，如高真空下的气体就不能视为连续介质。 % D, |2 {- p1 U9 k4 m0 [* _4 Q
2．流体的密度和比容 3 @/ W" @& d2 a$ b# a$ [" D- l1 G
（1）密度的定义与性质 ( j! H9 E. o3 B8 D/ ^
流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。
y$ d8 j- x4 C( G5 {3 h4 W7 I. e
8 b1 I* s* I6 Y, v; e( J; F4 K 比体积是指密度的倒数，以符号υ表示，它是指单位质量流体所占有的体积，即
# W2 C3 ^6 k8 w8 r# k8 Y! k# q , z3 D* l' Y" G% k% q
液体的密度随着压力和温度的变化很小，一般可忽略不计，因此ρ＝常数。气体的密度随温度、压力改变较大。低压气体的密度可近似按理想气体状态方程计算 7 f4 y$ g8 A* Z: w- R
: v8 i0 M+ v" c3 D( L
高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。
! x% U6 e, T" u （2）流体混合物的密度 1 |5 _* T" O0 F( W
①液体混合物的组成常用质量分数表示。以1kg液体混合物为基准，设各个组分在混合前后体积不变（理想溶液），则1kg混合物的体积等于各组分单独存在时体积之和，即
. ^ E* x" B% M
. Z# o4 o) S# L4 R: ? ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3； _7 h+ B+ m5 c2 z& J7 S) S8 R
ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。 1 Z4 \& @: c- I3 v; ]! P
②气体混合物的组成常用体积分数φ表示。以1m3气体混合物为基准，各组分的质量分别为φAρA，φBρB，φnρn，则1m3气体混合物的质量等于各组分质量之和，即
* m: z7 Y' k( h. S$ k ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn ! N$ Y& F/ F; n0 c# p: r
φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。
4 b/ |2 ~+ G, @% O, q. K& g3 { c. ~ 3．流体的膨胀性和压缩性 4 {, F2 z# {% p; C
（1）膨胀性 * ]% s: E; Z* k3 `5 j' {. k7 P
流体的膨胀性是指流体温度升高时其体积会增大的性质。膨胀性的大小用体积膨胀系数α表示。 2 H( r# \$ }1 u2 c
8 `! ]- M( `! v" t
dT——流体温度的增量，K；
# ~1 N R; x8 x3 D) w4 _ dv/v——流体体积的相对变化量。
( q" c& ]) N, I" p 液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。 0 q" T$ O- R: O2 G6 G, m
（2）可压缩性
, o' n' q/ g J P. O) `/ r6 ^ 可压缩性是指流体受压力作用其体积会减小的性质。流体可压缩性的大小用体积压缩系数β来表征。
4 A% D, p# i3 S( ` u : I& Z3 W* o+ Z, S3 H
负号表示dv与dp的变化方向相反。 2 B& k& E! t( X. }% x; ]5 c
由于ρv＝1，故上式又可以写成 - S+ u& T f# O! R4 \& X1 J* H. i
( {; K3 |3 ], W 由β的表达式知，β值越大，流体越容易被压缩；反之，不易被压缩。 7 M* I1 H3 K2 }1 \) l
4．流体的黏性 * {: {: {, Q8 Z) o& d* Y
（1）牛顿黏性定律
, f" H3 F* X6 d 流体在运动时，任意相邻流体层之间存在着抵抗流体变形的作用力，称为剪切力（内摩擦力）。流体的黏性是指流体所具有的在其内部产生阻碍自身运动的特性。 ! ^& b. p' g2 c3 n+ P8 h7 {
①黏性的产生原因
% X% ]* u4 _6 z, G a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力； 2 s! _* g& f. y" [
b．流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。
0 A) A1 x. C# @! B5 c ②牛顿黏性定律
$ k+ T8 U) C2 \3 Y" d, { ( B/ ~$ C+ M8 h7 U
τ——剪应力或内摩擦力，N/m2； ! a0 t& g& a. l& r4 q! u
μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s；
# C! `1 `- s* |8 M! {( v% c# L dux/dy——速度梯度，1/s。 . \) Z" ~; R/ u
负号表示τ与速度梯度的方向相反。 5 O3 g1 B9 E. V
（2）流体的黏度
- J& X) K- N- y9 G μ表示单位速度梯度下流体的内摩擦力，它直接反映了流体内摩擦力的大小。在SI制中，μ的单位为N·s/m2或Pa·s。以前单位有泊（P）或厘泊（cP），换算关系为：1Pa·s＝10P＝1000cP。
! V6 }- e3 w2 t( W+ b& k 运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值，以ν表示 5 Y/ P5 y& b$ Q: S2 D
, h; X" B/ c2 z: Q" q+ f% W
在SI制中，ν的单位为m2/s，其非法定单位为cm2/s（St），它们的关系为 $ D" K) v$ j" H" J7 q1 d
1St＝100cSt＝10－4m2/s
) x( }' f) [$ X* {1 Z; |& |/ \+ u4 ] 当温度升高或压力降低时，液体黏度降低；温度降低、压力升高时，液体黏度增大。当温度升高时，气体黏性增大；当压力提高时，气体黏度减小。
5 [7 `( J/ |! b. b （3）理想流体与黏性流体
" H4 J P5 c3 H) F* O# M5 i; Z 黏性流体或实际流体是指具有黏性的流体。理想流体是指假想的、完全无黏性（μ＝0）的流体。 ; {2 n* {0 X% R$ [/ m: j
二、流体静力学
, G) z x/ w9 @6 M6 z 1．静止流体的压力特性 7 v! v5 {0 V5 R$ p$ y1 O5 X8 n3 E
（1）静压力的定义 / L7 d0 K' T6 R. I( e$ x
静止流体内部没有剪应力，只有法向应力。静压力是指法向应力，以p表示。
/ f% t) W! K& T" c) q （2）静压力的特性
& d9 [- |. j3 y; L' l: C ①流体静压力垂直于其作用面，其方向为该作用面的内法线方向；
$ A5 |+ L/ T6 w J$ T" M ②静止流体中任意一点处的静压力的大小与作用面的方位无关，即同一点上各方向作用的静压力值相等。 9 I3 |. N2 w4 i! m( o
（3）静压力的单位
7 C/ |# i9 b) T! _7 r' T. H 在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。 5 T, k" B$ K+ K$ c' B& E
一些常用压力单位之间的换算关系如下： \! K0 [6 h0 T- X: a
. Q" M) D6 q# K( S
- j, I0 N. P& G
! d3 S% W/ e+ n2 S# Y2 g+ C/ N S$ W s9 s! [0 U
/ W; B) d4 ~( |7 b4 u5 m6 ^! J) n" l" ~ | 
