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一、流体的物理性质
3 T# }/ q7 U; `: u6 U 1．连续介质假定 3 ^- u. n8 d$ g2 A* W" J
（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；
3 Y- Q8 {0 b8 j# Y8 |7 J6 J8 x* K （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。
5 R5 A8 ?2 y' i7 s; M( w( C 2．流体的密度和比容
R- o* T @5 K, r （1）密度的定义与性质 6 g3 r ?' }4 ~" ~ H" D
流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。 * v3 Z# d# }+ i
% [3 X( M0 M2 o! F1 P! E8 ` J 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
0 x6 n" s8 e# g' D: z ( p( o1 i D, `* u5 o, \+ K
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 3 l% c" Q4 H D6 C/ D: \
: m5 {/ \4 b7 v2 V J 高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。 - M& @- V/ J# Q* u, c! m/ x
（2）流体混合物的密度
3 g" D% x# ~* Y1 T7 }; M 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 6 S3 ^: Y+ K% ~& f: ~" \
3 }( D* H5 }7 A7 f8 a ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3； 9 }) V: V$ V5 p- g3 \
ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。 " p1 ?. U w5 U) m, ~; O- u- V: ~; Y
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
: b5 m4 e2 _! J% I! _ ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn
" T- H1 T6 f/ l& G φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。 0 j J) ]2 i. N6 M
3．流体的膨胀性和压缩性 1 P' L! x3 n3 z$ @' F
（1）膨胀性 , U$ }) L4 q3 l* |$ o( h2 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。
) K) j) e6 E. I" J- |2 J
5 D# \- b5 L$ R$ H3 M dT——流体温度的增量，K；
1 {" `& N( W% Z dv/v——流体体积的相对变化量。 : O$ F+ z; F0 ?/ t" L
液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。
: B, _: T9 \6 Z7 | （2）可压缩性 $ q9 x* c% {# ?) u3 U) E6 i0 ]
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。
8 a& }/ w1 n N9 L/ ~ ! F5 Q; e* h) Y( i1 T* b) n" t9 x
负号表示dv与dp的变化方向相反。 7 _4 K3 R0 b- Z6 j6 q! v
由于ρv＝1，故上式又可以写成
) f( v' z/ _- e" d' I3 e6 y 2 z3 j5 a! g5 Q
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。
+ w2 ^9 F+ I% ^9 F& V+ x" _+ o 4．流体的黏性 / {0 `/ B4 V% ]+ C+ z0 w
（1）牛顿黏性定律
8 i) J1 O/ W! b* S! ~% E% D8 t$ 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。
. v* r$ P4 F2 Q: Y$ U ①黏性的产生原因 " {/ d6 d% @! B! W# d) ^
a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力； 6 w, U$ t' c2 |" ?* t4 G% S
b．流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。 ' p& T" E, ^( l5 N
②牛顿黏性定律
& [! L4 o, m$ b8 ^" ^4 M
: S$ E3 u$ |, D& n) Z9 D τ——剪应力或内摩擦力，N/m2；
7 F5 {( g* x! E. R& k) i5 S μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s；
/ m" b6 r3 U( g. V2 A x. M6 ~ dux/dy——速度梯度，1/s。
, X- N$ I& x6 }8 L, c% D @% m! n# T 负号表示τ与速度梯度的方向相反。 " I1 C! C( P7 n2 C h( G2 i' m
（2）流体的黏度 ; g7 \& B. K! B# m, |. A8 r5 t
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。
$ B# X7 [( {* ]* Y. S4 `# O" b0 } 运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值，以ν表示
# O2 i+ I: c& V8 i% G 8 _+ I! J0 @0 Y
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 4 L& I0 R+ H) P- t7 B7 v1 R0 r
1St＝100cSt＝10－4m2/s
' y: \! ^6 k. I% b' k8 s 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。 ) z# W7 F5 g6 l# v( q+ [' \4 L0 Y! `% \
（3）理想流体与黏性流体 8 F( d# K1 y) ~2 x0 Y5 o
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。 ' k$ v* \8 z4 n
二、流体静力学 0 N/ e# k2 e4 m. Y5 ?
1．静止流体的压力特性
1 |- q! c0 Q+ d' I) r" W! b. e （1）静压力的定义
, c5 t. m6 H1 A Q+ E9 p 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。
; ?- z% D' ?5 N% } （2）静压力的特性
1 K$ L6 U6 P6 Y3 h- l# S 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； ! b' R8 u3 O" G7 n' g* u5 g7 e
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。
+ G" Y) A# M/ N) E （3）静压力的单位 # n+ T7 {5 r) ^2 T
在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。 . X! h: O* u5 ?/ Y& Y z1 E
一些常用压力单位之间的换算关系如下：
0 T2 V$ X; h/ h# B# E $ u1 y [& ~, c( U! {! y
9 {# z4 W1 T9 B5 ?, _( j3 a
( j9 \, `6 F, j8 u" F3 k4 J4 F6 j3 f+ q5 P! N7 g) Q6 h
; R2 `+ w: o6 r k' d
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