流体的主要力学性质

第1章流体的力学性质根据现代的科学观点，物质可区分为五种状态：固态、液态、气态、等离子态和凝聚态，其中，固、液、气三态是自然界和工程技术领域中常见的。

从力学的角度看，固态物质与液态和气态物质有很大的不同：固体具有确定的形状，在确定的剪切应力作用下将产生确定的变形，而液体或气体则没有固定的形状，且在剪切应力作用下将产生连续不断的变形——流动，因而液体和气体又通称为流体。

应用物理学基本原理研究流体受力及其运动规律的学科被称为流体力学。

流体力学作为宏观力学的重要分支，与固体力学一样同属于连续介质力学的范畴。

本章将首先阐述流体连续介质模型，在此基础上讨论流体的力学特性。

1.1 流体的连续介质模型1.1.1流体质点的概念流体是由分子构成的，根据热力学理论，这些分子（无论液体或气体）在不断地随机运动和相互碰撞着。

因此，到分子水平这一层，流体之间总是存在着间隙，其质量在空间的分布是不连续的，其运动在时间和空间上都是不连续的。

但是，在流体力学及与之相关的科学领域中，我们感兴趣的往往不是个别分子的运动，而是大量分子的统计平均特性，如密度、压力和温度等，而且，为了准确地描述这些统计特性的空间分布，需要在微分即“质点”的尺度上讨论问题，为此，必须首先建立流体质点的概念。

建立流体质点的概念可借助于物质物理量的分子统计平均方法。

以密度为例，在流体中任取体积为的微元，其质量为，则其平均密度可表示为：（1-1）显然，为了描述流体在“质点”尺度上的平均密度，应该取得尽量地小，但另一方面，的最小值又必须有一定限度，超过这一限度，分子的随机进出将显著影响微元体的质量，使密度成为不确定的随机值。

因此，两者兼顾，我们采用使平均密度为确定值（与分子随机进出无关）的最小微元作为质点尺度的度量，并将该微元定义为流体质点，其平均密度就定义为流体质点的密度：（1-2）推广到一般，所谓流体质点就是使流体统计特性为确定值（与分子随机进出无关）的最小微元，而流体质点的密度、压力和温度等均是指内的分子统计平均值。

流体的主要力学性质流体的主要力学模型1、连续介质模型：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。

不考虑复杂微观分子运动，采用连续函数数学处理。

2、无粘性流体模型：理想流体3、不可压缩流体模型：不考虑压缩及热胀4、实际流体模型表压或真空度：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—绝对压力单位时间内流过管道任一截面的流体体积称流体的体积流量qv ，m3/s或m3/h 单位时间内流过管道任一截面的流体质量表示则称质量流量qm ，kg/s或kg/h 流速（平均流速）：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离质量流速:单位时间内流经管道单位截面积的流体质量粘性：当流体流动时，流体内部存在着内摩擦力，这种内摩擦力会阻碍流体的流动，流体的这种特性称为粘性。

粘度：促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。

牛顿型流体：在流动中形成的的剪应力与速度梯度的关系完全符合牛顿粘性定律的流体。

稳态流动：流体在管路中流动时，在任一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改变的流动。

层流（或滞流）:流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合.湍流（或紊流）:流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。

*减小管内流动阻力的措施一、改进流体外部边界，改善边壁对流动的影响1、减小管壁粗糙度δ2、柔性边壁代替刚性边壁：减35～50％3、采用平顺管道进口：减90％4、采用渐缩管和突扩管5、弯管的R/d取1～4范围6、三通尽可能减小支管与合流管之间的夹角或将折角改缓：减30～50％二、改变流体内部结构实现减阻添加剂减阻，效果显著。

如纳米金属/陶瓷自修复剂，粘度指数调节剂等。

三、改变外界条件：如液体增加温度力学相似性原理两个同类物理现象，在对应的时空点，各标量物理量的大小成比例，各向量物理量的除大小成比例外，且方向相同，则两个现象是相似的。

流体⼒学总复习流体⼒学总复习1.流体连续介质假设，流体的易变形性，粘性，可压缩性2.流体的主要⼒学性质：粘性，压缩性和表⾯张⼒。

3.粘度⼀般不随压⼒变化；对于⽓体温度升⾼则粘度变⼤；对于液体温度升⾼则粘度变⼩。

4.流体的压缩性温度不变时，流体的体积随压强升⾼⽽缩⼩的性质。

5.流体的热膨胀性压⼒不变时，流体的体积随温度升⾼⽽增⼤的性质。

6.不可压缩流体的概念所有的流体均具有可压缩性，只不过液体压缩性很⼩，⽓体的压缩性⼤。

实际⼯程中，对于那些在整个流动过程中压⼒及温度变化不是很⼤，以致流体的密度变化可以忽略不计的问题，不论是液体或是⽓体，假设其密度为常数，并称其为不可压缩流体。

7.⽜顿内摩擦定律,τ=µ*du/dy。

上式说明流体在流动过程中流体层间所产⽣的剪应⼒与法向速度梯度成正⽐，与压⼒⽆关。

流体的这⼀规律与固体表⾯的摩擦⼒规律不同。

符合⽜顿切应⼒公式者为⽜顿流体，如⽔，空⽓；不符合⽜顿切应⼒公式者为⾮⽜顿流体，如油漆，⾼分⼦化合物液体。

8.粘性系数为零的流体称为理想流体，是⼀种假想的流体。

9.⼯程中常⽤运动粘度代替，10.黏性流体与理想流体之分。

⾃然界存在的实际流体都具有黏性，因此实际流体都是黏性流体；若黏性可以忽略不计，则称之为理想流体，即不具有黏性的流体为理想流体。

11.影响黏度的主要因素(1) 温度的影响A. 对于液体，其黏度随温度的升⾼⽽减少。

原因为：液体分⼦的黏性主要来源于分⼦间内聚⼒，温度升⾼时，液体分⼦间距离增⼤，内聚⼒随之下降⽽使黏度下降。

B. 对于⽓体，其黏度随温度的升⾼⽽增⼤。

原因为：⽓体黏性的主要原因是分⼦的热运动，温度升⾼时，⽓体分⼦的热运动加剧，层间分⼦交换频繁，因此⽓体黏度增⼤。

(2) 压强的影响通常压强下，压强对流体黏度的影响很⼩，可以忽略不计。

但在⾼压强下，流体，⽆论是液体还是⽓体，其黏度都随压强的增⼤⽽增⼤。

12.液体的⾃由表⾯存在表⾯张⼒，表⾯张⼒是液体分⼦间吸引⼒的宏观表现。