-流体运动的基本特征

流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。

如气体和液体。

流体的特征：具有流动性。

即●抗剪和抗张的能力很小；●无固定形状，随容器的形状而变化；●在外力作用下其内部发生相对运动。

在研究流体流动时，常将流体视为由无数流体微团组成的连续介质。

连续性的假设➢流体介质是由连续的质点组成的；➢质点运动过程的连续性。

流体的压缩性不可压缩流体：流体的体积如果不随压力及温度变化，这种流体称为不可压缩流体。

可压缩流体：流体的体积如果随压力及温度变化，则称为可压缩流体。

实际上流体都是可压缩的，一般把液体当作不可压缩流体；气体应当属于可压缩流体。

但是，如果压力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可压缩流体处理。

流体的几个物理性质1 密度单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为ρ——流体的密度，kg/m3；m——流体的质量，kg；v ——流体的体积，m3。

影响流体密度的因素：物性（组成）、T、P通常液体视为不可压缩流体，压力对密度的影响不大（可查手册）互溶性混合物的密度最好是用实验的方法测定，当体积混合后变化不大时，可用下式计算：式中α1、α2、…，αn ——液体混合物中各组分的质量分率；ρ1、ρ2、…，ρn——液体混合物中各组分的密度，kg/m3；ρm——液体混合物的平均密度，kg/m3。

当压力不太高、温度不太低时，气体的密度可近似地按理想气体状态方程式计算：ρ＝M/22.4 kg/m3式中p ——气体的压力，kN/m2或kPa；T ——气体的绝对温度，K；M ——气体的分子量，kg/kmol；R ——通用气体常数，8.314kJ/kmol·K。

气体密度也可按下式计算上式中的ρ＝M/22.4 kg/m3为标准状态（即T0=273K及p=101.3kPa）下气体的密度。

在气体压力较高、温度较低时，气体的密度需要采用真实气体状态方程式计算。

气体混合物: 当气体混合物的温度、压力接近理想气体时，仍可用上述公式计算气体的密度。

流体力学11.1 流体的基本性质1)压缩性流体是液体与气体的总称。

从宏观上看，流体也可看成一种连续媒质。

与弹性体相似，流体也可发生形状的改变，所不同的是静止流体内部不存在剪切应力，这是因为如果流体内部有剪应力的话流体必定会流动，而对静止的流体来说流动是不存在的。

如前所述，作用在静止流体表面的压应力的变化会引起流体的体积应变，其大小可由胡克定律描述。

大量的实验表明，无论气体还是液体都是可以压缩的，但液体的可压缩量通常很小。

例如在500个大气压下，每增加一个大气压，水的体积减少量不到原体积的两万分之一。

同样的条件下，水银的体积减少量不到原体积的百万分之四。

因为液体的压缩量很小，通常可以不计液体的压缩性。

气体的可压缩性表现的十分明显，例如用不大的力推动活塞就可使气缸内的气体明显压缩。

但在可流动的情况下，有时也把气体视为不可压缩的，这是因为气体密度小在受压时体积还未来得与改变就已快速地流动并迅速达到密度均匀。

物理上常用马赫数M来判定可流动气体的压缩性，其定义为M=流速/声速，若M2<<1，可视气体为不可压缩的。

由此看出，当气流速度比声速小许多时可将空气视为不可压缩的，而当气流速度接近或超过声速时气体应视为可压缩的。

总之在实际问题中若不考虑流体的可压缩性时，可将流体抽象成不可压缩流体这一理想模型。

2)粘滞性为了解流动时流体内部的力学性质，设想如图10.1.1所示的实验。

在两个靠得很近的大平板之间放入流体，下板固定，在上板面施加一个沿流体表面切向的力F 。

此时上板面下的流体将受到一个平均剪应力F/A 的作用，式中A 是上板的面积。

实验表明，无论力F 多么小都能引起两板间的流体以某个速度流动，这正是流体的特征，当受到剪应力时会发生连续形变并开始流动。

通过观察可以发现，在流体与板面直接接触处的流体与板有相同的速度。

若图10.1.1中的上板以速度u 沿x 方向运动下板静止，那么中间各层流体的速度是从0（下板）到u （上板）的一种分布，流体内各层之间形成流速差或速度梯度。

流体力学知识重点流体连续介质模型：可以认为流体内的每一点都被确定的流体质点所占据，其中并无间隙，于是流体的任一物理参数（）都可以表示为空间坐标跟时间的连续函数（），而且是连续可微函数，这就是流体连续介质假说，即流体连续介质模型。

流体的力学特性1，流动性：流体没有固定的形状，其形状取决于限制它的固体边界，流体在受到很小的切应力时，就要发生连续的变形，直到切应力消失为止。

2，可压缩性：流体不仅形状容易发生变化，而且在压力作用下体积也会发生变化。

3，粘滞性：流体在受到外部剪切力作用发生连续变形，即流动的过程中，其内部相应要发生对变形的抵抗，并以内摩擦的形式表现出来，运动一单停止，内摩擦即消失。

牛顿剪切定律：流体层之间单位面积的内摩擦力与流体变形速率（速度梯度）成正比（）无滑移条件：流体与固体壁面之间不存在相对滑动，即固体壁面上的流体速度与固体壁面速度相同，在静止的固体壁面上，流体速度为零。

理想流体：及粘度（）的流体，或称为无黏流体表面张力：对于与气体接触的液体表面，由于表面两侧分子引力作用的不平衡，会是液体表面处于张紧状态，即液体表面承受有拉伸力，液体表面承受的这种拉伸力称为表面张力。

表面张力系数：液体表面单位长度流体线上的拉伸力称为表面张力系数，通常用希腊字母（）表示，单位（）毛细现象：如果将直径很小的两只玻璃管分别插入水和水银中，管内外的液位将有明显的高度差，这种现象称为毛细现象，毛细现象是由液体对固体表面的润湿效应和液体表面张力所决定的一种现象。

毛细现象液面上升高度（）牛顿流体：有一大类流体，他们在平行层状流动条件下，其切应力（）与速度梯度（）表现出线性关系，这类流体被称为牛顿型流体，简称牛顿流体。

描述流体运动的两种方法1，拉格朗日法：通过研究流体场中单个质点的运动规律，进而研究流体的整体运动规律，这一种方法称为拉格朗日法2，欧拉法：通过研究流体场中某一空间点的流体运动规律，进而研究流体的整体运动规律，这一种方法称为欧拉法迹线：流体质点的运动轨迹线曲线称为迹线流线：流线是任意时刻流场中存在的一条曲线，该曲线上流体质点的速度方向与其所在点处曲线的切线方向一致。

第一章绪论液体和气体统称流体，流体的基本特性是具有流动性。

表面力是通过直接接触，作用在所取流体表面上的力。

质量力是作用在所取流体体积内每个质点上的力，因力的大小与流体的质量成比例，故称质量力（重力是最常见的质量力）。

惯性是物体保持原有运动状态的性质，改变物体的运动状态，都必须克服惯性的作用。

表示惯性大小的物理量是质量，质量愈大，惯性愈大，运动状态愈难以改变。

密度：单位体积的质量，以符号ρ表示。

（单位：kg/m3）。

流体的流动性：流体具有易流动性，不能维持自身的形状，即流体的形状就是容器的形状。

流体在静止时不能承受剪切力，任何微小的剪切力作用，都使流体流动，这就是流动性的力学解释。

粘性是流体的内摩擦特性，或者说是流体阻抗剪切变形速度的特性。

在简单剪切流动的条件下，流体的内摩擦力符合牛顿内摩擦定律。

牛顿平板实验。

上平板带动粘附在板上的流层运动，而能影响到内部各流层运动，表明内部相邻流层之间存在着剪切力，即内摩擦力，这就是粘性的表象。

因此说粘性是流体内摩擦特性。

牛顿内摩擦定律:T=μA(du/dy)【流体的内摩擦力T与流速梯度（U/h）=(du/dy)成比例，与流层的接触面积A成比例，与流体的性质有关，与接触面上的压力无关。

】[动力]粘度μ：反映流体粘性大小的系数，单位：Pa.s，μ值越大，流体越粘，流动性越差。

运动粘度ν：ν=μ/ρ。

液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度却随温度的升高而增大。

其原因是液体分子间的距离很小，分子间的引力即内聚力是形成粘性的主要因素，温度升高，分子间距离增大，内聚力减小，粘度随之减小；气体分子间距离远大于液体，分子热运动引起的动量交换是形成粘性的主要因素，温度升高，分子热运动加剧，动量交换加大，粘度随之增大。

无粘性流体，是指粘性，即μ=0的液体。

无粘性流体实际上是不存在的，它是一种对物理性质进行简化的力学模型。

压缩性是流体受压，分子间距离减小，体积缩小的性质。

膨胀性是流体受热，分子间距离增大，体积增大的性质。

流体的基本特征
流体是一种没有固定形状的物质，在常温常压下，它能够根据容器的形状和大小自由流动，是物质自由运动最常见的形式。

流体包括液体和气体。

流体具有几个基本特征，首先，流体是一种非固定形态的物质，它们无法保持固定的形状，而是根据容器的形状和大小自由流动；其次，流体具有流动性，它们可以通过管道、缝隙等路径自由流动；第三，流体具有压强，它们在压力的作用下可以在容器中流动；第四，流体具有粘度，流体之间的摩擦力可以影响它们的流动；最后，流体具有渗透性，它们可以通过容器壁穿过，也可以通过容器壁渗出。

这些特征使得流体在工业生产中有着广泛的应用，如液压系统、液体传动系统、热交换器、燃料系统等。

此外，流体还可以用于换热和动力传输，以及其他大量的工业应用。

流体是一种没有固定形状的物质，它具有流动性、压强、粘度和渗透性等基本特征，在工业生产中有着广泛的应用，是物质自由运动最常见的形式。