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

γ=ρg\gamma =\rho g

  • 比体积:密度的倒数

ν=Vm=1ρ\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=γγd =\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。

α=ΔVV1ΔT\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=ΔVV1Δpk =-\frac{\Delta V}{V} \frac{1}{\Delta p}

  • 体积模量:体积压缩率 k 的倒数。

K=1kK=\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

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