|
, T4 }- H7 e: Z( q4 O 一、流体的物理性质
2 V% U6 u# m; c/ m' A, ~ 1．连续介质假定 ! ^5 h, F. E o' a/ M
（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；
- T6 ^- L* Q$ a& G: o （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。
& C6 P" p- S* H9 m; I 2．流体的密度和比容
" u, v, v4 g. t （1）密度的定义与性质 4 b& t* d) V0 F
流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。 - w" w) o7 L5 k! f/ ^; E
+ T2 O- r! b2 ?2 H A7 }7 _
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 : p! f2 u! V& s& {% Z
: G6 b" B# D6 X7 B; _, O5 D2 B 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
/ r% N' S! w1 o" f2 e7 F. d- P
6 J) r5 e4 z- ~" n, f 高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。
' q1 }6 Q1 }- Q （2）流体混合物的密度
- t4 y% O+ Y. k$ x& S! f. R7 l 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 & Z- O! \2 U0 |8 d! U T! m6 R! Y
4 Y; \, }7 @( i: M( v r' D) ?4 e* f' O
ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3； " H5 D+ L D( |2 S
ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。 " j, M& k+ m5 L
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
( h6 Q# f o' ?$ l3 V4 P ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn / x3 @, C$ L& I
φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。 + ?6 H( L$ v& j! q7 v8 B
3．流体的膨胀性和压缩性 ; _! D6 q! T8 k1 i
（1）膨胀性
# ?1 u5 b* C- d) {$ ] 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。
% ` M, t% B, J+ k1 B, |. } * v- }5 Q7 v" }( b+ |
dT——流体温度的增量，K； . \9 H6 {' _& F
dv/v——流体体积的相对变化量。 : U" O y2 ^+ O) h/ u! J
液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。 $ _4 {$ B* B# b
（2）可压缩性 3 y& N0 _3 f. d- E* O5 V6 Q( @
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。 # u2 {8 B4 p2 H+ {
9 n% k' d5 Y& \* N5 j% j
负号表示dv与dp的变化方向相反。
6 a/ N( R2 R, r 由于ρv＝1，故上式又可以写成
$ _1 Y+ K+ X- e- K8 C- W 0 d9 n; S w( ?( d
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。 $ z- v* G% o$ |7 x( [
4．流体的黏性 Z7 a; L- f. L! @
（1）牛顿黏性定律
& D+ S9 O M3 L 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。
) u/ G6 ^4 j6 O: n0 F ①黏性的产生原因
/ X1 W4 J+ S0 s4 w; I4 L# P: w a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；
% V8 u" p+ V* r3 q b．流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。 , _) q: }1 P( o c: q
②牛顿黏性定律 , D3 p9 q5 r6 l9 Z* F1 {1 V
' g8 R! u" l1 L' [0 q+ v τ——剪应力或内摩擦力，N/m2；
2 B) q$ K" j( r! @ μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s； + T' v2 \$ C( T* W: V1 U
dux/dy——速度梯度，1/s。
; x3 W1 }3 z; k+ t1 e8 |3 ] 负号表示τ与速度梯度的方向相反。
5 ?1 P! \8 l. b$ w( \ （2）流体的黏度 ( `4 n8 j/ Y5 [% |& S" q' }
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。
) \4 E9 X% f: t, @ 运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值，以ν表示
1 ^; B# [/ h4 R6 U% S& c; j- f. c 5 f+ O8 R6 p* c
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
! P+ C, g: j, L7 B9 _! F2 J 1St＝100cSt＝10－4m2/s 1 J: [: Y# _5 T4 o8 Q
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 R2 L- d& G3 \6 u: z1 n （3）理想流体与黏性流体 / J) k& l5 p' ] T. @4 H
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。
' o! b# A! U5 [) G/ }6 n* i 二、流体静力学 & |- Q+ @+ U6 v8 q2 U8 w! } a
1．静止流体的压力特性 5 |9 ?2 Y" t1 R, N2 S! R
（1）静压力的定义 , @ F# u& ]$ X0 Y, ]! ?
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。
7 Z! ]! J' P8 e+ l4 }! D （2）静压力的特性
6 R! `- v! w0 n3 ~ 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；
+ s2 n; H# N: m, J 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。 # |1 U6 L. E4 b. U
（3）静压力的单位 ' B) v: ]# X( Q. `# `
在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。
1 L7 s% ]" K) [ 一些常用压力单位之间的换算关系如下：
: b1 j7 J1 D4 H4 r" W! E h. l7 i
" M k- J" ~: O1 ?$ Y$ s6 v! M5 f' @ B2 i* h% u' C4 y3 ~
7 r+ Y6 A, N- W/ _& R- X7 T% u8 r3 H
: y: D! N( H+ U* V
| 
