流体力学-流体的主要物理性质

连续介质假设
连续介质假设是将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空 间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。
为什么要做这样的假设呢？
对流体物质结构的简化，使我们在分析问题时得到两大方便： 第一，它使我们不考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外 力作用下的宏观机械运动； 第二，能运用数学分析的连续函数工具。因此，本课程分 析时均采用“连续介质”这个模型。
和流层问距离dy成反比；
2．与流层的接触面积A的大小成正比；
3．与流体的种类有关；
4．与流体的压力大小无关。
动力粘滞系数μ
表征单位速度梯度作用下的切应力，
Байду номын сангаас
所以它反映了粘滞性的动力性质，因此 也称为动力粘滞系数。
单位是N/m2·s或Pa·s。
运动粘滞系数ν
理解为单位速度梯度作用下的切应力对单位体
2、流体质点和连续介质模型
流体质点的概念 流体质点也称流体微团，是指尺度大小同一 切流动空间相比微不足道又含有大量分子，具有 一定质量的流体微元。 如何理解呢？
宏观上看（流体力学处理问题的集合尺度）：流体质 点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。
微观上看（分子集合体的尺度）：流体质点是一个足 够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以至于对 这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作为表征流 体物理特性的运动要素的物理量定义在流体质点上。
实例应用：以密度为例来说明物理量如何在流体质点上定义的。 假设流体微团的质量为Δm ，体积为ΔV ，则流体质点的密度 m 为Δm/ΔV lim
v 0
V
其中，ΔV的含义可以理解为流体微团趋于流体质点。

连续介质假设为建立流场的概念奠定了基础：设 在t时刻，有某个流体质点占据了空间点（x,y,z)， 将此流体质点所具有的某种物理量定义在该时刻和空 间点上，根据连续介质假设，就可形成定义在连续时 间和空间域上的数量或矢量场。

前言流体力学是力学的一门重要分支。

它是运用力学中的基本规律，研究流体平衡及其运动规律的一门学科。

这门课侧重于流体力学在工程实际中的应用，而对于我们专业来讲，则主要是研究流体力学中的不可压缩流体的平衡及运动规律部分，因为我们经常会遇到的有关水面舰艇、潜艇及鱼雷的运动问题，都是在海水中进行的，而我们一般认为海水的密度为常数，即海水为不可压缩流体。

关于流体的压缩性（可压或不可压），我们在下一节中再详细阐述。

下面就流体力学的发展简史，它的研究方法和内容，这门课程在本专业中的地位与作用等三方面的问题进行说明。

1、流体力学的发展简史流体力学成为一门完整的学科，是经历了一个漫长的历史过程。

人类最早对流体的认识是从供水、灌溉、航行等方面开始的。

例如我国古代传说中的大禹治水的故事及李冰父子在四川修建的都江堰水利工程都是劳动人民利用流体的知识去改造大自然的光辉范例。

在流体力学领域中，最早的一部科学著作是公元前250年由阿基米德所著的《论浮体》，书中精确的给出了著名的“阿基米德原理”，但在这之后的相当长时间里，流体力学几乎没有什么显著进展。

随着欧洲资本主义萌芽的产生，到十七世纪末流体力学又有了许多成就，托里拆利的孔口出流公式、巴斯卡原理、牛顿内摩擦定律等都是当时在流体力学领域内取得的成就，但这些成就都是离散的，孤立的，还不足以使流体力学发展成为独立的学科体系。

流体力学成为独立的一门学科是开始于十八世纪伯诺利（D.Bernonlli）方程和欧拉（L.Euler）方程的建立，十九世纪初期和中期，纳维埃（L.Navier）和斯托克斯（G..G..Stocks）发表了非常著名的粘性流体的运动方程式（即N-S方程）。

十九世纪末，雷诺（O.Regnolols）发现了流体的两种完全不同的流动状态，即层流和紊流。

二十世纪以来，这门科学的发展很快，库塔（W.M.Kutta）和儒可夫斯基（H.E.Joukowski）发表了机翼的升力理论，为航空事业的发展奠定了坚实的理论基础，普朗特（L.Prardtl）提出了边界层理论，这些理论对流体力学开始脱离经典式的理论研究而与工程实际相结合起着很大的作用。

第一章流体力学基本知识▪物质的三种形态：固体、液体和气体▪流体力学-----研究流体平衡和运动的力学规律及其应用的科学。

第一节流体的主要物理性质一. 流体的密度和容重1 . 密度：对于均质流体，单位体积的质量。

kg/m 32 . 容重：对于均质流体，单位体积的重量。

N/m 3VM =ρV G =γ3.密度与容重的关系4.密度和容重与压力、温度的关系 压力升高流体的密度和容重增加；温度升高流体的密度和容重减小。

g Vg M V G ⋅=⋅==ργ二.流体的粘滞性1. 流体粘滞性的概念流体在粘滞力的作用下，具有的抵抗流体相对运动的能力。

2.粘滞性的表示形式❑动力粘滞系数μ kg/m ·s❑运动粘滞系数ν m 2/s ρμν=3.粘滞性与温度、压力的关系❑粘滞性受温度影响大，受压力影响小。

❑液体的粘滞性随温度的升高而降低。

❑气体的粘滞性随温度的升高而增加。

三.流体的压缩性和热胀性1.流体的压缩性2.流体的热胀性3.液体的压缩性与热胀性4.气体的压缩性与热胀性理想气体状态方程：5.可压缩气体与不可压缩气体6.连续介质T RP⋅=ρ第二节流体静压强及其分布规律一.流体的静压强及其特征ⅠⅡP∆ω∆a 1.流体静压强的概念ωω∆∆=→∆P p lim 0( N/m 2 )p 称为a 点的静压强2.静压强的单位从压强的定义出发: 力/面积国际单位: N/m2 (以符号Pa表示)工程单位: kgf/m2或kgf/cm2用大气压的倍数表示:国际单位: 标准大气压1标准大气压=101325Pa=1.01325bar(巴)工程单位: 工程大气压( at )1工程大气压(at) =1kgf/cm2用液柱高度表示:mH2O mmH2O mmHg 1标准大气压=10.33mH2O=10332.3 mmH2O=760 mmHg=101325Pa1工程大气压=10mH2O=10000mmH2O=735.6 mmHg=98070Pa3.流体静压强的特征(1)流体静压强p 的方向必定沿着作用面的内法线方向;(2)任意点的流体静压强只有一个值，它不因作用面的方位改变而改变。

流体在长直管（或明渠）中流动，所受的摩 擦阻力称为沿程阻力。为了克服沿程阻力而消耗 的单位重量流体的机械能量，称为沿程水头损失
hf。
（二）局部阻力和局部水头损失 流体的边界在局部地区发生急剧变化时，迫
使主流脱离边壁而形成漩涡，流体质点间产生剧 烈地碰撞，所形成的阻力称局部阻力。为了克服 局部阻力而消耗的重力密度流体的机械能量称为
5.断面平均流速：流体流动时，断面各点流速一般 不易确定，当工程中又无必要确定时，可采用断
面平均流速（v）简化流动。断面平均流速为断
面上各点流速的平均值。
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二、恒定流的连续性方程
压缩流体容重不变，即体积流 量相等。流进A1断面的流量等于流 出A2断面的流量；
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三、恒定总流能量方程
（一）恒定总流实际液体的能量方程
〈1〉温度升高，液体的粘度减小（因为T上 升，液体的内聚力变小，分子间吸引力减 小；）
〈2〉温度升高，气体的粘度增大(气体的内 聚力很小，它的粘滞性主要是分子间动量 交换的结果。当T上升，作相对运动的相邻 流层间的分子的动量交换加剧，使得气体 的粘度增大。)
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压缩性：流体压强增大体积缩小的性质。 不可压缩流体：压缩性可以忽略不计的流体。 可压缩流体：压缩性不可以不计的流体。
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一、流体静压强及其特性
表面压强为： p=△p/△ω (1-6)
点压强为：
lim ( Pa)
p=dp/dω
点压强就是静压强
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流体静压强的两个特征：
（1）流体静压强的方向必定沿着作用面的 内法线方向。 （2）任意点的流体静压强只有一个值，它 不因作用面方位的改变而改变。
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二、流体静压强的分布规律