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一、流体的物理性质
) n" O' w: P- u) O; l 1．连续介质假定 ; z& ]& _' |2 s' V0 ^* ^7 Q- c8 r
（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；
; H* M1 L" n/ W5 `1 m （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。
- X3 R" k9 @% @+ Z 2．流体的密度和比容 ' u1 @: C/ T! ^4 N8 p. c
（1）密度的定义与性质
4 i$ h! C3 m7 E2 \$ a* P# n 流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。 & J6 E& B6 y8 M. w
! R4 Q6 v3 N5 h K$ L ^
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 8 n6 ]+ X# y3 A
. }4 F8 p$ ~. L9 f7 _
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 1 {& Z0 j, y; l
. y. E7 o# r. e: ^7 v
高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。 6 }6 X8 B- g* c$ c& s. `) ?
（2）流体混合物的密度 4 h3 i" y7 k% L4 i6 g
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 3 x1 ^( n" r: l4 }
, Q k1 U! i! V. @1 u0 H3 f$ B; [ ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3；
, o8 n r/ T4 `) o! F- _ ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。
4 E% B1 I! u# c! p( ]4 s 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 - ]8 x7 p1 L- e: m8 e4 f3 T( v9 m
ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn
( z W" w& K* i5 u& B$ K0 t3 @ φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。
6 T" d q/ |6 u1 [ 3．流体的膨胀性和压缩性
7 R3 u4 i& g0 i/ P6 a$ f3 w4 B （1）膨胀性
& R4 L$ L! s" ]1 O- q 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。
' N8 O/ K! m r : Q% h: s* i) ?: g! Y- x
dT——流体温度的增量，K； 3 w2 X1 m' H2 S2 L+ n
dv/v——流体体积的相对变化量。
5 j3 n! J% o8 d% E; [1 \& g5 w! [ 液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。
) d0 r5 z) X& p, w# S （2）可压缩性
& N( [0 I. Z( J" Q" K 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。 ; v, K% |; n `& A5 h
% }/ O- f5 t" M( q& f' C9 Q 负号表示dv与dp的变化方向相反。
0 x+ D0 @5 O7 H2 H: [5 S/ E5 {9 x 由于ρv＝1，故上式又可以写成 4 V# |4 B6 {- W% f% |1 a
/ P" k* t- G: h; U 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。
# B3 S! T; n$ r# r) F; x! R5 m 4．流体的黏性 ) p7 F1 D. R0 T/ ^% v+ ]8 w$ K$ A
（1）牛顿黏性定律 9 Z" X9 j/ z/ ^
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。 ( O6 M$ [( ^$ s- \9 v; H: ^, p# E
①黏性的产生原因
6 D2 @* x+ l; ]* Y+ g8 B+ B8 x a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；
) X# C# q2 K, ?" \/ z/ F* l5 B0 s b．流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。 t- p1 H' B6 v! t
②牛顿黏性定律
, P6 Q5 L* g z, j
; |& x8 _; r9 k τ——剪应力或内摩擦力，N/m2； ' U; r% j: ~" F& a n) O
μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s； 4 B1 W! h6 b1 u& Q' `4 V8 Y, c
dux/dy——速度梯度，1/s。
4 H. X9 D9 i4 e0 ? 负号表示τ与速度梯度的方向相反。
C8 A7 g; ^7 o, ?- j5 Y6 v （2）流体的黏度 . S$ e/ R% ~. ]7 k3 j
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。
5 o! e% ~+ E- ?4 Q3 L# V/ A$ y 运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值，以ν表示 - K& Z# S% D% @, |
. w, W8 C# [0 y& \% H w1 a$ o
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
2 ~: H! @& z& v+ j" d 1St＝100cSt＝10－4m2/s ! p- \( q. r" `# x% l
当温度升高或压力降低时，液体黏度降低；温度降低、压力升高时，液体黏度增大。当温度升高时，气体黏性增大；当压力提高时，气体黏度减小。
0 R) Q) T4 I) q1 m) R6 L （3）理想流体与黏性流体 5 D/ b- n2 z# `7 e
黏性流体或实际流体是指具有黏性的流体。理想流体是指假想的、完全无黏性（μ＝0）的流体。
: X% s* J- v% V) h4 H3 X) | 二、流体静力学
- x6 L7 j. @; u5 G; \ 1．静止流体的压力特性
. A' w( `. W, L （1）静压力的定义
& l5 N3 I& V" f1 b1 \ 静止流体内部没有剪应力，只有法向应力。静压力是指法向应力，以p表示。 5 {& L# _& t1 j/ `/ m
（2）静压力的特性
+ d; }; B6 d0 k! d ①流体静压力垂直于其作用面，其方向为该作用面的内法线方向； % ]: O! N4 a! F( q* ^4 i0 W3 D
②静止流体中任意一点处的静压力的大小与作用面的方位无关，即同一点上各方向作用的静压力值相等。
/ B; z- A) M; {4 _/ @( \, Z8 T （3）静压力的单位
* l: p1 W' u2 @* i 在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。 ) K# R9 a6 \% _4 D- q# T* Y
一些常用压力单位之间的换算关系如下：
# g( I% \ k# d& p : n) P) q: \) i8 J; K
. y! N( b4 W2 P" g1 A
1 d2 r% C( @* I& ?& U1 @( `
! F( a) T8 x% n' ?/ |
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