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化工原理流体

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化工原理流体

化工原理流体

化工原理流体流体是指物质能够流动的状态，流体力学是研究流体运动和力学性质的科学。

本文将从分子动理论和流体运动两个方面介绍化工原理中的流体。

一、分子动理论根据分子动理论，流体是由大量微小分子构成的。

这些分子在热运动作用下，会相互碰撞并产生压力。

流体的性质受到分子间作用力、分子间距离和分子速度分布的影响。

1. 分子间作用力液体和固体的分子间作用力比较大，使得它们具有一定的体积和形状；气体的分子间作用力相对较小，其体积可忽略不计。

分子间作用力取决于分子间的相互作用，如静电作用、范德华力等。

2. 分子间距离在液体和固体中，分子之间的距离较近，可以近似为固定不动的；而在气体中，由于分子间作用力较小，分子之间的距离相对较远。

3. 分子速度分布根据麦克斯韦速度分布定律，分子在流体中的速度是一种统计分布。

平均速度与温度成正比，温度越高，分子速度越快。

二、流体运动流体运动可以分为定常流动和非定常流动。

定常流动是指流体在任意两个相邻点上的流动状态相同，流速、流量、压力等参数在空间和时间上都保持不变。

而非定常流动则是与时间和空间有关的，流动参数会随时间和位置的改变而变化。

在流体运动中，有四个基本方程来描述流体的守恒关系，即质量守恒方程、质量平衡方程、能量守恒方程和动量守恒方程。

通过这些方程，可以计算流体的流速、流量、压力等参数。

总结：化工原理中的流体是由大量微小分子构成的，其性质受到分子间作用力、分子间距离和分子速度分布的影响。

流体运动可以分为定常流动和非定常流动，通过质量守恒、质量平衡、能量守恒和动量守恒方程可以描述流体的守恒关系。

化工原理-1章流体流动

化工原理-1章流体流动

yi为各物质的摩尔分数,对于理想气体，体积分数与摩尔分数相等。
②混合液体密度计算
假设液体混合物由n种物质组成，混合前后体积
不变，各物质的质量百分比分别为ωi，密度分 别为ρi
n 1 2 混 1 2 n
1
例题1-1 求甲烷在320 K和500 kPa时的密度。
第一节 概述
流体： 指具有流动性的物体，包括液体和气体。
液体：易流动、不可压缩。 气体：易流动、可压缩。 不可压缩流体：流体的体积不随压力及温度变化。
特点：（a） 具有流动性 （b） 受外力作用时内部产生相对运动
流动现象:
① 日常生活中
② 工业生产过程中
煤气
填料塔 孔板流量计
煤气
水封
泵 水池
水
煤 气 洗 涤 塔
组分黏度见---附录9、附录10
1.2.1 流体的压力（Pressure） 一.定义
流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体 的压强，工程上一般称压力。
F [N/m2] 或[Pa] P A
式中 P──压力，N/m2即Pa(帕斯卡)；
F──垂直作用在面积A上的力，N；
A──作用面积，m2。
工程单位制中，压力的单位是at(工程大气压)或kgf/cm2。 其它常用的压力表示方法还有如下几种： 标准大气压（物理大气压）atm；米水柱 mH2O； 毫米汞柱mmHg； 流体压力特性： （1）流体压力处处与它的作用面垂直，并总是指向流体 的作用面。
液体：T↑，μ↓（T↑,分子间距↑，范德华力↓，内摩擦力↓） 气体：T↑，μ↑（T↑,分子间距有所增大，但对μ影响不大， 但T↑，分子运动速度↑，内摩擦力↑）
压力P 对气体粘度的影响一般不予考虑，只有在极高或极 低的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。

化工原理 第二章 流体流动.

化工原理 第二章 流体流动.
内容提要
本章着重讨论流体流动过程的基本原理和流体 在管内的流动规律，并应用这些规律去分析和计 算流体的输送问题：
1. 流体静力学 3. 流体的流动现象 5. 管路计算
2. 流体在管内的流动 4. 流动阻力 6. 流量测量
要求 掌握连续性方程和能量方程 能进行管路的设计计算
概述 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。
流体的研究意义
流体的输送：根据生产要求，往往要将这些流体按照生产 程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任
务：流速的选用、管径的确定、输送功率计算、输送设备选用
为理想气体)
解： 首先将摄氏度换算成开尔文：
100℃＝273+100=373K
求干空气的平均分子量： Mm ＝ M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
Mm =32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
=28.96
气体平均密度：


0
p p0
T0 T

0
T0 p0
p T

Mm R
解：应用混合液体密度公式，则有
1
m

a1
1

a2
2
0.6 0.4 1830 998
7.285 10 4
m 1370 kg / m3
例2 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%(均为体积%)。 试求干空气在压力为9.81×104Pa、温度为100℃时的密度。(可作

化工原理第一章 流体流动

化工原理第一章 流体流动
两根不同的管中，当流体流动的Re相 同时，只要流体的边界几何条件相 似，则流体流动状态也相同，这称为 流体流动的相似原理。
例1-10 20℃的水在内径为 50mm的管内流动,流速为 2m/s，是判断管内流体流动的 型态。
三.流体在圆管内的速度分布
(a)层流
(b)湍流
u umax / 2 u 0.82umax
hf
le
d
u2 2
三.管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 总摩擦阻力损失 =直管摩擦阻力损失+局部摩擦阻力损失
hf hf 直 hf局
l u2 ( le u2 z u2 )
d2 d 2
2
[
(
l
d
l
e
)
z
]
u2 2
管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 直管管长 管件阀件当量长度法
hf
l
制氮气的流量使观察瓶内产生少许气泡。 已知油品的密度为850 kg／m3。并铡得水 银压强计的读数R为150mm，同贮槽内的 液位 h等于多少?
（三）确定液封高度 h p ρg
H 2O
气体 压力 p(表压)
为了安全， 实际安装
水 的管子插入 液面的深度
h 比上式略低
第二节 流体流动中的基本方程式
截面突然变化的局部摩擦损失
突然扩大
突然缩小
A1 / A2 0
z (1 A1 )2
A2
z 0.5(1 A2 )2
A1
当流体从管路流入截面较 大的容器或气体从管路排 到大气中时z1.0
当流体从容器进入管的入 口，是自很大截面突然缩 小到很小的截面z=0.5
局部阻力系数法
hf
z
u2 2

化工原理 流体流动

化工原理 流体流动

a
R
b
倾斜液柱压差计
R1

R= R1 sin
(2) 液位的测定
液位计的原理——遵循静止液体内部压强变化的规律,是静力学基本方程
的一种应用。
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算出容器内液 面的高度。 当R ＝ 0时，容器内的液面高度将达到允许的
最大高度，容器内液面愈低，压差计读数R越大
大气压
绝对压 真空度
实测压力
绝压（余压） 绝对零压
表压＝绝对压-大气压 真空度＝大气压 - 绝对压
三、流体的粘度
1. 牛顿粘性定律
流体的内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间的作 用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。 ——流体阻力产生的依据
粘性:流体在流动中产生内摩擦力的性质,粘性是能量损失的原因。 实验：
二 、流体的特性 1、流动性,流体不能承受拉力； 2、没有固定形状，形状随容器而变； 3、流体流动—外力作用的结果； 4、连续性（除高度真空情况）。 5、压缩性 可压缩性流体—气体
不可压缩性流体—液体
三、流体所受到的力
如重力、离心力等，属 于非接触性的力。
质量力 流体所受的力 表面力
法向力 切向力
第一章
流体流动
概述
一．连续介质模型 把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成， 这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续 介质模型。
u
流体微团（或流体质点）： 宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点； 同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现 出大量分子的统计学性质。
在物理单位制中，
N / m2 N .S 2 (m / s) m du / dy m

化工原理——流体动力学

化工原理——流体动力学
2 2
由于u1<<u2，可略去
所以 u2
2 p pa
u C0
2 p pa
此例说明压强能向动能转换。
→发动机汽化器/喷雾器
p1 u12 p2 u22
22
伯努利方程应用小结：
l 应用条件:连续不可压缩流体作定态流动； l伯努利方程反映了定态流动时，流体状态参数随 空间位置的变化规律，也反映了流动流体的能量转 换关系。 l 应用时注意事项： ① 选取考察截面：均匀流定态段，垂直流向，只有 一个未知数； ②位能：位能基准面的选取，管中心或容器液面； ③压强基准可取绝对真空也可取大气压，但方程两 边应统一； ④容器液面处动能项可忽略。
理想流体截面速度分布均匀（各流线动能相等）
所以上述方程由沿流线推广为理想流体管流机械能守恒
式。（1、2表示同一时间两均匀流截面）
实际流体管流的机械能衡算 a. 与理想流体的差别 •实际流体0，流动时为克服摩擦力要消耗机械能，故 机械能不再守恒。
•均匀流段截面上，各点的动能不等，u2 沿r方向有个分布。 2
无内摩擦， 无能量损失 实际流体： 粘性流体0，有速度分布， 有能量损失。
研究范围：整个流场（管流）
工程处理： 理想流体沿轨线伯努利方程 实际流体沿管流 修正： a. 引入定态流动条件：流线=轨线 b. 引入均匀流条件：均匀流段截面上各点的总势 能相等。 均匀流：各流线都是平行直线并与截面垂直,定态 条件下该截面上的流体没有加速度。
P1
u12 2
P2
u2 2 2
hf
不计阻力损失，u1A1=u2A2，u12<<u22 所以
u22 P1 P2 Rgi
2
u2
2Rgi

化工原理第一章 流体流动


§1.3 流体流动的基本方程
质量守恒 三大守恒定律 动量守恒 能量守恒
§1.3.1 基本概念
一．稳态流动与非稳态流动 流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳态流 动。否则就称为非稳态流动。 本课程介绍的均为稳态流动。
§1.3.1 基本概念
二、流速和流量
kg s 质量流量，用WS表示， 流量 3 体积流量，用 V 表示， m s S
＝0 的流体
位能 J/kg
动能 静压能 J/kg J/kg
流体出 2 2
实际流体流动时：
2 2 u1 p1 u2 p gz1 we gz2 2 wf 2 2
摩擦损失 J/kg 永远为正
流体入 ------机械能衡算方程（柏努利方程） 1
z2
有效轴功率J/kg
z1 1
二、 液体的密度
液体的密度基本上不随压强而变化，随温度略有改变。 获得方法：（1）纯液体查物性数据手册
（2）液体混合物用公式计算：
液体混合物：
1
m

xwA
A

xwB
B

xwn
n
三、气体的密度
气体是可压缩流体，其值随温度和压强而变，因此 必须标明其状态。当温度不太低，压强不太高，可当作理
想气体处理。
理想气体密度获得方法： （1）查物性数据手册 （2）公式计算： 或
注：下标0表示标准状态。
对于混合气体，也可用平均摩尔质量Mm代替M。
混合气体的密度，在忽略混合前后质量变化条件下， 可用下式估算（以1 m3混合气体为计算基准）：
m A x VA B x VB n x Vn
2
2
气体

化工原理流体知识点总结

化工原理流体知识点总结一、流体的基本性质1. 流体的定义流体是指在受到作用力的情况下，能够流动的物质，包括液体和气体。

2. 流体的分类（1）牛顿流体：满足牛顿流体定律的流体，即剪切应力与剪切速率成正比。

（2）非牛顿流体：不满足牛顿流体定律的流体，如塑料、胶体等。

3. 流体的性质（1）密度：单位体积流体的质量，通常用ρ表示，单位kg/m³。

（2）粘度：流体流动时的内部摩擦阻力，通常用η表示，单位Pa·s或mPa·s。

（3）表观黏度：流体在管道中流动时表现出的粘度，通常用μ表示，单位Pa·s或mPa·s。

（4）流变性：流体在外力作用下的形变特性，包括剪切流变和延伸流变。

4. 流体的运动（1）层流：流体呈层状流动，流线平行且不交叉。

（2）湍流：流体呈旋涡形式混合流动，流线交叉且无规律。

二、流态力学1. 流体静压（1）静压力：流体在容器中受到的压力，通常用P表示，单位Pa。

（2）流体的压强：P = ρgh，其中ρ为流体密度，g为重力加速度，h为液面高度。

（3）帕斯卡定律：在静止流体中，内部任意一点的压力均相等。

2. 流体动压（1）动压力：流体在流动状态下受到的压力。

（2）动压公式：P = 0.5ρv²，其中ρ为流体密度，v为流体的流速。

3. 流体的质量守恒（1）连续方程：描述流体在流动中的质量守恒关系。

（2）连续方程公式：ρ1A1v1 = ρ2A2v2，其中ρ为流体密度，A为管道横截面积，v为流速。

4. 流体的动量守恒（1）牛顿第二定律：描述流体在流动中的动量守恒关系。

（2）牛顿第二定律公式：F = ρQ(v2 - v1)，其中F为管道上流体受到的合力，Q为流体流量，v为流速。

三、流体的运动1. 流体的流动类型（1）层流：小阻力、流速较慢。

（2）湍流：大阻力、流速较快。

2. 流体的流动参数（1）雷诺数：描述流体流动状态的无量纲参数，Re = ρvD/η，其中D为管道直径。

化工原理第一章流体流动知识点总结

第一章流体流动一、流体静力学：压强，密度，静力学方程二、流体基本方程：流速流量，连续性方程，伯努利方程三、流体流动现象：牛顿粘性定律，雷诺数，速度分布四、摩擦阻力损失：直管，局部，总阻力，当量直径五、流量的测定：测速管，孔板流量计，文丘里流量计六、离心泵：概述，特性曲线，气蚀现象和安装高度8■绝对压力：以绝对真空为基准测得的压力。

■表压/真空度 ：以大气压为基准测得的压力。

表 压 = 绝对压力 － 大气压力真空度 = 大气压力 － 绝对压力1.1流体静力学1.流体压力/压强表示方法绝对压力绝对压力绝对真空表压真空度1p 2p 大气压标准大气压：1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O112.流体的密度Vm =ρ①单组分密度),(T p f =ρ■液体：密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可从手册中查得。

■气体：当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度下之值，若条件不同，则需进行换算。

②混合物的密度■ 混合气体：各组分在混合前后质量不变，则有nn 2111m φρφρφρρ+++= RTpM m m=ρnn 2211m y M y M y M M +++= ■混合液体：假设各组分在混合前后体积不变，则有nmn12121w w w ρρρρ=+++①表达式—重力场中对液柱进行受力分析：液柱处于静止时，上述三力的合力为零:■下端面所受总压力 A p P 22=方向向上■上端面所受总压力 A p P 11=方向向下■液柱的重力)(21z z gA G -=ρ方向向下p 0p 2p 1z 1z 2G3.流体静力学基本方程式g z p g z p 2211+=+ρρ能量形式)(2112z z g p p -+=ρ压力形式②讨论：■适用范围：适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；■物理意义：在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变。

化工原理 流体


UNILAB
1.1.1流体及其特征 定义:流体包括液 包括液体和气体， 体，由大量的彼此之间具有 间距的单个分子组成，分子作随机无规则运动。 特征: 具有流动性; 无固定形状,随容器的形状而改 变; 在外力作用下内部发生相对运动 1.1.2 连续介质模型 流体是由无数流体质点（微团）连续组成，流 体质点（微团）与分子自由程比充分地大，体现 了宏观性质， 质，同时流体质点对所考虑工程问题的 尺度来说，又是充分地小，体现了“点”位置流 体性质。 质。
UNILAB
§1.1概述 流体流动是在化工生产中的一个基本过程,在化工 生产中常见的流体流动如下: 1) 流体输送 2) 压强、流速、流量的测量 3) 为强化设备提供适宜的条件
UNILAB
1) ---需要研究流体的流动规律以便进行管路的 设计、输送机械的选择及所需功率的计算 2) ---了解、控制生产过程，需对压强、流速、 流量等一系列参数进行测定，而这些测定多以 流体静止或流动规律为依据。 3) ---化工设备中传热、传质等多是在流动条件 下进行,故流体流动对这些过程有重要影响。
【补例】pa paUNILAB Nhomakorabea1)
PA = PA'
h1
ρ1 ρ2
. .
B
B’
A与A’两点在静止、连续、同一种 流体内并在同一水平面上，所以截面 A-A’是等压面。
h
PB = PB' 关系不成立
B与B’两点虽在静止流体的同一 水平面上，但不是连通着的同一种 流体，即截面B-B’不是等压面
h2
. .
A
2. 流体静力学方程
－－－－研究流体处于静止状态下的力的平衡关系 (1) 流体静力学方程的推导 (外界大气压) p0 F1 h F2 z2 z1 F1 1’ ⊙选基准水平面 F1=p1A ⊙受力分析 F2=p2A
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气体与液体的区别：
①密度：气体变化；液体变化不明显。 ②压缩性：气体可压缩。液体不可压缩。
流体流动规律是本门课程的重要基础，主要原因是：
1、各种流体输送问题，管路的设计，输送机械的选择以及所需功率的计算, 需要研究流体的流动规律。 2、流体的流动对传热、传质以及反应过程有着重要的影响。过程进行的好坏， 动力的消耗及设备的投资都与流体的流动状况密切相关。
水利、海洋、大气、航空、环境、化工、机械
7
第一章 流体流动
➢ 第一节 流体静力学 ➢ 第二节 管内流体流动的基本方程式 ➢ 第三节 管内流体流动现象 ➢ 第四节 管内流体流动的摩擦阻力损失 ➢ 第五节 管路计算 ➢ 第六节 流量的测定
8
液态或气态下的物料称为流体
流体的特征：
易流动，抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的形状而变化； 在外力的作用下其内部发生相对运动。
➢ 基本关系： 1atm=101325 Pa=101.3kPa=0.1013MPa =1.033Kgf/cm2 =10.33mH2O =760mmHg 1bar=105 Pa
12计Βιβλιοθήκη 基准绝压 ---以绝对零压作为基准
压强大小的两种表征方法
表压
---以当地大气压为基准
表
压真 表
压 空
强 度
表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强
10
第一节 流体静力学
➢ 一 流体的压强 ➢ 二 流体的密度和比体积 ➢ 三 流体静力学基本方程式 ➢ 四 流体静力学基本方程式的应用
11
一、流体的压强
定义： pP/ A
特性： ①垂直作用于器壁 ②同一流体不同作用平面通过同一 点上各方向的压强相同
p
pp p p p
单位：
Pa； atm； 某流体柱高度； bar(巴) ； kgf／cm2 等
气体 pm pM
nRT RT
以1m3混合物为 基准
气体混合物
y 11 y 22 y n以n 1kyg基i混—准合摩物尔为分数
液体混合物
1w1 w2 wn
1 2
n
wi—质量分数
1
比体积：υ=
15
第一节 流体静力学
➢ 一 流体的压强 ➢ 二 流体的密度和比体积 ➢ 三 流体静力学基本方程式 ➢ 四 流体静力学基本方程式的应用
江山如画，一时多少豪杰！
6
➢ 二十世纪初的重要突破是普朗特的边界层理论，它把无粘性理论和粘 性理论在边界层概念的基础上联系起来。
➢ 二十世纪蓬勃发展的经济建设提出了越来越复杂的流体力学问题： 高浓度泥沙河流的治理； 高水头水力发电的开发； 输油干管的敷设； 采油平台的建造； 河流湖泊海港污染的防治等。
(iii) 传递定律 上方的压强大小相等地传遍整个液体。
18
【例】
本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度 h1=0.7m、密度ρ1=800kg／m3，水层高度h2=0.6m、密度 ρ=1000kg／m3。
16
三、流体静力学方程式
流体静压强特点： 同一水平面上各点的流体静压强相等
p1
？ 但：不同高低位置，p却不一样
p+dp
力的平衡
dz
p A p dA p gA 0dz
p ρgAdz
z z1
dpgdz0
p2 z2
p g zCons.t
A
p2p1gz1z2 p 2 p 1 g z 1 z 2
绝压/表压/真空度的关系
PA（表）
PA,绝
P大气压
大气压线 P（真空度）
PB,绝 绝对零压线
13
第一节 流体静力学
➢ 一 流体的压强 ➢ 二 流体的密度和比体积 ➢ 三 流体静力学基本方程式 ➢ 四 流体静力学基本方程式的应用
14
二、流体的密度和比体积
密度
m V
kg/m3
fp,T
恒密度流体和变密度流体
化工原理
之流体部分
引子
➢ 源远流长之水文化 ➢ 工程流体力学的发展简史
2
（1）源远流长之水文化
➢ 诗经： “关关雎鸠，在河之洲”
“所谓伊人，在水一方”
➢ 老子：“上善若水。水善利万物而不争，处众人之所恶，故几于道”
➢ 论语：“仁者乐山，智者乐水”
➢ 诗：“登高望远天地间，大江茫茫去不还”
➢ 词：“汴水流，泗水流，流到瓜州古渡口”
5
➢ 十八世纪初叶，经典流体动力学有迅速的发展.欧拉和伯努利是这 一领域中杰出的先驱者。
➢ 十八世纪末和整个十九世纪，形成了两个相互独立的研究方向： 一是运用数学分析的理论流体动力学；一是依靠实验的应用水力 学。 开尔文、瑞利、斯托克斯、兰姆等人的工作使理论水平 达到相当的高度，而谢才、达西、曼宁等人则在应用水力学方面 进行了大量的实验研究，提出了各种实用的经验公式。
17
讨论：
(i) 总势能守恒 在同一种静止流体中不同高度上的微元其静压能
和位能各不相同，但其总势能保持不变。 (ii) 等压面 在静止的、连续的同一种液体内，处于同一水平
面上各点的静压强相等---等压面（静压强仅与垂直高 度有关，与水平位置无关）。要正确确定等压面。
静止液体内任意点处的压强与该点距液面的距离 呈线性关系，也正比于液面上方的压强。
至此水静力学已初具雏形。
4
流体动力学的发展是与水利工程兴建相联系的。 ➢ 公元前三世纪末，中国秦代修建规模巨大的都江堰、灵渠
和郑国渠。 ➢ 汉初利用山溪水流作动力。此后在历代防洪及航运工程上
积累了丰富的经验。 ➢ 但是液体流动的知识，在中国相当长的时间内，在欧洲直
至15世纪以前，都被认为是一种技艺，而未发展为一门科 学。
➢ 人际关系：“君子之交淡如水”，水“之水利至害清，则自无古鱼”而然
➢ 音乐：高山流水
禹疏沟洫，随山浚川
——《史记》
3
（2）工程流体力学的发展历史
水力学作为学科而诞生始于水静力学： 公元前400余年，中国墨翟在《墨经》中，已有了浮力与排液体积之间关 系的设想。 公元前250年，阿基米德在《论浮体》中，阐明了浮体和潜体的有效重力 计算方法。 1586年德国数学家斯蒂文提出水静力学方程。 17世纪中叶，法国帕斯卡提出液压等值传递的帕斯卡原理。
9
u
流体微团（或流体质点）
宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维 度的点；同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子， 其行为已经表现出大量分子的统计学性质。
连续介质模型
把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所 组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙，表征 液体运动的各物理量（密度、速度、压强等）在空间 和时间上是连续分布和变化的。