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: y- a& R8 T6 M9 Q% ?3 B7 n' s
一、流体的物理性质 ' S1 l/ ]. D% i$ \1 \- _6 q; P
1．连续介质假定 & ^7 E a, z, m: y( C1 Q' U- |
（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； 9 p+ g8 W; |* G7 O' E
（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。
% i8 {7 k! Z. e% c+ L1 z 2．流体的密度和比容
( n, H# {* J8 E% b （1）密度的定义与性质 % E1 d' B; {8 b$ U1 t# @% }
流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。 ! B! }7 v0 ?7 h* @. L' ? F
6 W- r% ]$ ~2 ^0 w" }
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 + n% d: S; T, a3 r4 X; Y6 H$ O
1 _2 I8 A6 G4 y3 G: w. 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
( U% T$ G# g2 I" T' W, e, e6 W
M. k* C% N+ ~& }/ d3 S1 I6 e 高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。
, h% H/ s2 k, b" D A3 i （2）流体混合物的密度 8 j# {7 D# s( k7 l+ p t% t
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 / u$ N( M2 @% n+ Z8 K; e
" H$ T s; ~5 b7 u" M
ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3； J# E+ f& p9 |3 v
ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。 : o% t6 o! K, }9 g- @
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( \2 n' G* g. L& ]* y+ A" a ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn
7 _8 J! S& X: i7 M. @ φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。
# i }* w3 j |# e$ K0 X 3．流体的膨胀性和压缩性
` x4 N0 U7 d' _/ y （1）膨胀性
0 c4 s% X' A0 r% Y 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。
1 `4 d R$ D x; H% n6 Z0 k0 v) R ' R% B5 F v* `, E2 {
dT——流体温度的增量，K； % s% m% b) Q' J( i: \
dv/v——流体体积的相对变化量。
$ H. ^. ?6 h: N4 U$ Z8 T 液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。 2 ~# B) W+ O) w% h
（2）可压缩性
; h( T4 w- I* l6 V: s. b 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。
2 n0 U- Z9 }+ ]; ?) V8 ^ 5 ]# C' u; }" g* _
负号表示dv与dp的变化方向相反。
4 z" p" F+ \! I& a4 q) L4 U# {- V 由于ρv＝1，故上式又可以写成 2 a# M! u4 B) T) V3 C8 V6 z" D2 t
, A8 {/ |3 e; c# i. |2 y+ e
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。
- F1 Q4 E8 S8 q7 a- f 4．流体的黏性 . A0 O* x5 N6 ~1 I5 t& s b% s1 w
（1）牛顿黏性定律
! _% t. i- N: M+ j 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。 ; N; c0 `) k# D# N$ S
①黏性的产生原因
' P- h; v# D. P a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；
+ v/ p x9 T8 d b．流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。
$ i$ N% U6 j: j ②牛顿黏性定律
# `' }6 D c! H% S8 I
* A: ~ R; W/ i4 Y* ? τ——剪应力或内摩擦力，N/m2；
$ B' n" v) `3 q6 ]3 n& k3 T9 m μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s； 8 \" _+ Y, t, d
dux/dy——速度梯度，1/s。 & h; |' |) J! q! d
负号表示τ与速度梯度的方向相反。
T9 T0 h# _5 H" e （2）流体的黏度 6 x9 _$ m6 e( O* 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。
3 ~8 Q Z9 ^* G' o2 I 运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值，以ν表示 1 Y9 K+ B8 P" ~ ]. i& v
1 w+ t) m, c3 E/ J 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
& L& H8 @2 o9 X6 [6 ^ ?1 p# t0 y 1St＝100cSt＝10－4m2/s
6 x. e! \" m( F7 a2 T- ^2 r2 f 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。 6 s- \0 Z/ ^, d8 G$ i7 F" ]
（3）理想流体与黏性流体
, Y8 ^7 f# Z7 G 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) f; e2 a: @/ f; H% o. L! j+ W
二、流体静力学 7 |, _% A1 K+ f
1．静止流体的压力特性 ; h7 L, K8 v$ ?3 v2 `4 G
（1）静压力的定义
4 G W# i- w; J: w 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。
) G: V, \) \0 f, k0 u' l+ { （2）静压力的特性 7 Y+ \% [8 Q" a- m. ~. U! 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； 4 |# p% M- ^; m! O/ L1 u# i
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。 8 ~6 V5 w0 [8 P) i0 [5 p4 ?3 J1 Y
（3）静压力的单位 ( x. x; a& g) Y! D3 c
在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。 . L" n5 o- N# _* `+ ]/ i; n0 R+ L" B
一些常用压力单位之间的换算关系如下： ) c' j4 R6 P- J- {
& }$ f) L% n6 a) V+ @; I- S
8 N/ g( f" f* v" L8 _; g
: q m4 J, A B E" Y6 f9 [( m$ @1 E9 n6 Q% F" \2 }
1 C3 _: {+ J2 a7 Q
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