流体力学2-流体的主要物理性质

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流体的概念及连续介质假设

流体的概念

• 流体：没有固定的形状易于流动的物质。

气体无一定的体积，有一定的形状；液体有一定的体积而无一定的形状；固体有一定的体积，也有一定的形状。

固体可以承受拉力、压力和切应力，液体却只能承受压力。

液体与固体的显著区别是流动性，而气体与液体的主要区别是可压缩性的大小。

连续介质假设

大多数工程应用当中，人们关心的是大量分子总体的统计（即宏观效应），而不是流体单个分子的行为。

当从宏观的角度来研究流体的机械运动，而不涉及微观的物质结构时，研究对象是从流体中抽象出来的模型——连续介质。

• 流体质点：包含有大量流体分子，并能保持其宏观力学性能的微小单元体，是流体力学中最小的研究对象。

把流体看成是由无数连续分布、彼此无间隙地占有整个空间的流体质点所组成的介质。流体宏观物理量是空间点及时间的函数。

流体基本的物理量

• 重度：单位体积的流体所受的重力

$\gamma =\rho g$

• 比体积：密度的倒数

$\nu =\frac{V}{m}=\frac{1}{\rho}$

• 流体的相对密度：流体的重度，与标准大气压下 4℃ 纯水的重度的比值，用 d 表示

$d =\frac{\gamma_{流体}}{\gamma_{水}}$

• 体积膨胀系数。一定温度下，流体体积随压强升高，而减少的性质称为流体的压缩性。液体的热膨胀性很小，一般可忽略不计。

$\alpha =\frac{\Delta V}{V} \frac{1}{\Delta T}$

• 体积压缩率。为保证 k 为正，右边加一负号。纯液体的体积压缩率很小，但如果油中混入气体，压缩性将显著增加

$k =-\frac{\Delta V}{V} \frac{1}{\Delta p}$

• 体积模量：体积压缩率 k 的倒数。

$K=\frac{1}{k}$

流体的粘性

粘性的定义及牛顿内摩擦定律

• 流体的粘性：流体流动时，在流体内部产生阻碍运动的摩擦力的性质。

产生原因：

• 流体分子之间的吸引力产生阻力
• 流体分子作不规则的热运动的动量交换产生阻力