流体力学1章 流体的物理性质

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。

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。

流体复习整理资料第一章 流体及其物理性质1.流体的特征——流动性:在任意微小的剪切力作用下能产生连续剪切变形的物体称为流体。

也可以说能够流动的物质即为流体。

流体在静止时不能承受剪切力，不能抵抗剪切变形。

流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。

只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，将会发生连续变形而流动。

运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。

2.流体的重度：单位体积的流体所的受的重力，用γ表示。

g 一般计算中取9.8m /s 23.密度：=1000kg/，=1.2kg/，=13.6，常压常温下，空气的密度大约是水的1/8003. 当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。

通常液体和低速流动的气体（Ｕ<70m ／s ）可作为不可压缩流体处理。

4.压缩系数：弹性模数：21d /d pp E N m ρβρ==膨胀系数：）（K /1d d 1d /d TVV T V V t ==β5.流体的粘性：运动流体存在摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。

流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而摩擦力则是粘性的动力表现。

温度升高时，液体的粘性降低，气体粘性增加。

6.牛顿摩擦定律： 单位面积上的摩擦力为：摩擦力为：此式即为牛顿摩擦定律公式。

其中：μ为动力粘度，表征流体抵抗变形的能力，它和密度的比值称为流体的运动粘3/g N m γρ=pVV p V V pd d 1d /d -=-=β21d 1d /d d p V m NV p pρβρ=-=hUμτ=dydu A h U AA T μμτ===ρμν＝度ν摩擦力是成对出现的，流体所受的摩擦力总与相对运动速度相反。

为使公式中的τ值既能反映大小，又可表示方向，必须规定：公式中的τ是靠近坐标原点一侧(即t -t 线以下)的流体所受的摩擦应力，其大小为μ du/dy ，方向由du/dy 的符号决定，为正时τ与u 同向，为负时τ与u 反向，显然，对下图所示的流动，τ＞0， 即t —t 线以下的流体Ⅰ受上部流体Ⅱ拖动，而Ⅱ受Ⅰ的阻滞。

流体力学知识点总结一、流体的物理性质流体区别于固体的主要特征是其具有流动性，即流体在静止时不能承受切向应力。

流体的物理性质包括密度、重度、比容、压缩性和膨胀性等。

密度是指单位体积流体所具有的质量，用符号ρ表示，单位为kg/m³。

重度则是单位体积流体所受的重力，用γ表示，单位为 N/m³，且γ ＝ρg（g 为重力加速度）。

比容是密度的倒数，它表示单位质量流体所占有的体积。

流体的压缩性是指在温度不变的情况下，流体的体积随压强的变化而变化的性质。

通常用体积压缩系数β来表示，其定义为单位压强变化所引起的体积相对变化率。

对于液体来说，其压缩性很小，在大多数情况下可以忽略不计；而气体的压缩性则较为明显。

膨胀性是指在压强不变的情况下，流体的体积随温度的变化而变化的性质。

用体积膨胀系数α来表示，它是单位温度变化所引起的体积相对变化率。

二、流体静力学流体静力学主要研究静止流体的力学规律。

静止流体中任一点的压强具有以下特性：1、静止流体中任一点的压强大小与作用面的方向无关，只与该点在流体中的位置有关。

2、静止流体中压强的大小沿垂直方向连续变化，即从液面到液体内部，压强逐渐增大。

流体静力学基本方程为 p ＝ p₀＋γh，其中 p 为某点的压强，p₀为液面压强，h 为该点在液面下的深度。

作用在平面上的静水总压力可以通过压力图法或解析法来计算。

对于矩形平面，采用压力图法较为简便；对于不规则平面，则通常使用解析法。

三、流体动力学流体动力学研究流体的运动规律。

连续性方程是流体动力学的基本方程之一，它基于质量守恒定律。

对于不可压缩流体，在定常流动中，通过流管各截面的质量流量相等。

伯努利方程则是基于能量守恒定律得出的，它表明在理想流体的定常流动中，单位体积流体的动能、势能和压力能之和保持不变。

其表达式为：p/ρ ＋ 1/2 v²＋ gh ＝常数其中 p 为压强，ρ 为流体密度，v 为流速，g 为重力加速度，h 为高度。

流体力学总结第一章流体及其物理性质1. 流体：流体是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质，只要这种力继续作用，流体就将继续变形，直到外力停顿作用为止。

流体一般不能承受拉力，在静止状态下也不能承受切向力，在任何微小切向力的作用下，流体就会变形，产生流动 2. 流体特性：易流动(易变形)性、可压缩性、粘性 3. 流体质点：宏观无穷小、微观无穷大的微量流体。

4. 流体连续性假设：流体可视为由无数连续分布的流体质点组成的连续介质。

稀薄空气和激波情况下不适合。

5. 密度0limV m m V V δδρδ→==重度0lim V G Gg V Vδδγρδ→===比体积1v ρ=6. 相对密度：是指*流体的密度与标准大气压下4︒C 时纯水的密度〔1000〕之比w wS ρρρ=为4︒C 时纯水的密度13.6Hg S = 7. 混合气体密度1ni ii ρρα==∑8. 体积压缩系数：温度不变，单位压强增量引起的流体体积变化率。

体积压缩系数的倒数为体积模量1P PK β=9. 温度膨胀系数：压强不变，单位温升引起的流体体积变化率。

10. 不可压缩流体：流体受压体积不减少，受热体积不膨胀，密度保持为常数，液体视为不可压缩流体。

气体流速不高，压强变化小视为不可压缩流体 11. 牛顿内摩擦定律：du dyτμ=黏度du dyτμ=流体静止粘性无法表示出来，压强对黏度影响较小，温度升高，液体黏度降低，气体黏度增加μυρ=。

满足牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体。

12. 理想流体：黏度为0，即0μ=。

完全气体：热力学中的理想气体第二章流体静力学1. 外表力：流体压强p 为法向外表应力，内摩擦τ是切向外表应力〔静止时为0〕。

2. 质量力〔体积力〕：*种力场对流体的作用力，不需要接触。

重力、电磁力、电场力、虚加的惯性力 3. 单位质量力：x y z Ff f i f j f k m==++，单位与加速度一样2m s 4. 流体静压强：1〕流体静压强的方向总是和作用面相垂直且指向该作用面，即沿着作用面的内法线方向2〕在静止流体内部任意点处的流体静压强在各个方向都是相等的。

第一章流体力学基本知识解析第一节流体及其空气的物理性质流动性是流体的基本物理属性。

流动性是指流体在剪切力作用下发生连续变形、平衡破坏、产生流动，或者说流体在静止时不能承受任何剪切力。

易流动性还表现在流体不能承受拉力。

(一) 流体的流动性通风除尘与气力输送涉及的流体主要是空气。

流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。

但在流体力学中，一般不考虑流体的微观结构而把它看成是连续的。

这是因为流体力学主要研究流体的宏观运动规律它把流体分成许多许多的分子集团，称每个分子集团为质点，而质点在流体的内部一个紧靠一个，它们之间没有间隙，成为连续体。

实际上质点包含着大量分子，例如在体积为10-15cm3的水滴中包含着3×107个水分子，在体积为1mm3的空气中有2.7×1016个各种气体的分子。

质点的宏观运动被看作是全部分子运动的平均效果，忽略单个分子的个别性，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。

然而，也不是在所有情况下都可以把流体看成是连续的。

高空中空气分子间的平均距离达几十厘米，这时空气就不能再看成是连续体了。

而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。

所谓连续性的假设，首先意味着流体在宏观上质点精品文档精品文档是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。

有了这个假设就可以用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。

（二）惯性（密度）流体的第一个特性是具有质量。

流体单位体积所具有流体彻底质量称为密度，用符号ρ表示。

在均质流体内引用平均密度的概念，用符号ρ表示：Vm =ρ 式中： m ——流体的质量[Kg]；V ——流体的体积[m 3]；ρ——流体密度Kg/m 3。

但对于非均质流体，则必需用点密度来描述。

所谓点密度是指当ΔV →0值的极限（dV dm V m V 0 lim ），即： dV dm V m lim V =∆∆=→∆0ρ精品文档 公式中，ΔV →0理解为体积缩小为一点，此点的体积可以忽略不计，同时，又必须明确，这点和分子尺寸相比必然是相当大的，它必定包括多个分子，而不至丧失流体的连续性。

"流体力学与流体机械"复习考试资料仅供内部学习交流使用平安131班编制绪论：1.流体力学是以研究流体〔包括液体和气体〕为研究对象，研究其平衡和运动根本规律的科学。

主要研究流体在平衡和运动时的压力分布、速度分布、与固体之间的相互作用以及流动过程中的能量损失。

2.流体力学的主要研究方法：实验研究、理论分析、数值计算。

第一章流体及其物理性质1.流体：在任何微小剪切力下能产生连续变形的物质即为流体。

主要特征：流动性2.连续介质假说：质点〔而不是分子〕是组成宏观流体的最小基元，质点与质点之间没有间隙其物理性质各向同性，且在空间和时间上具有连续性。

3.流体的粘性（1）流体产生粘性的原因：流体的内聚力；动量交换；流体分子和固体壁面之间的附着力。

（2）流层之间的内摩擦力:带动力和阻力〔一对大小相等、方向相反的作用力〕（3）流体内摩擦切应力:τ=μ·〔du/dy) (N/m2)τ=F/A=μ·U/h (N/m2)（4）相对运动的结果使流体产生剪切变形。

流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而内摩擦力则是粘性的动力表现。

（5）粘性的度量：动力粘度μ＝τ/〔du/dy) (pa·s)运动粘度ν＝μ/ρ (m2/s)温度升高时，流体的粘性降低，气体的粘性增加。

4.课后习题答案第二章流体静力学1.作用在流体上的力〔1〕外表力：作用在被研究流体的外表上，其大小与被作用的面积成正比，如法向压力和切向摩阻力。

〔平衡流体不存在外表切向力，只有外表法向力〕〔2〕质量力：作用在被研究流体的每个质点上，其大小与被研究流体的质量成正比，如重力和惯性力。

质量力常用单位质量力表示，所谓单位质量力，是指作用在单位质量流体上的质量力。

2.流体静压力及其特性流体处于平衡状态时，外表力只有压力，称其为静压力，单位面积上作用的静压力称为静压强。

静压力有两个重要特性：①静压力垂直于作用面，并沿着作用面内法线方向；②平衡流体中任何一点的静压力大小与其作用面的方位无关，其值均相等。