第二章第一节流体的基本性质
流体的基本性质
流体流动的机械能损失
流体在流动过程中， 由于摩擦、碰撞、涡 旋等因素，会产生机 械能损失。
减小机械能损失的方 法包括优化管道设计、 选择合适的流体输送 方式等。
机械能损失会导致流 体压力和速度的降低， 从而影响流体的输送 效率。
管道中的速度分布
速度分布规律
在管道中，流体的速度分布取决于流体类型、管道形状和流速等 因素。
层流与湍流
在管道中，流速较低时，流体呈层流状态；流速较高时，流体呈 湍流状态。
速度梯度
在管道中，流体的速度梯度与流速和管道半径有关，影响着流体 流动的特性。
管道中的流动阻力
流动阻力产生
流体在管道中流动时，会受到摩擦力、惯性力、重力等阻力作用。
03
流体动力学基础
流体静力学
静止流体
流体处于静止状态，没有相对运动， 压力、密度和温度等物理量分布均匀。
流体静压力
流体静平衡
流体在静止状态下，由于受到重力作 用，会产生压强差，但流体会自动调 整密度分布，使得压强差消失，达到 静平衡状态。
流体静压力是指流体在静止状态下对 垂直面的压力，其大小与流体的密度 和重力加速度有关。
阻力系数
描述流体流动阻力的参数，与流体类型、管道形状和流速等因素有 关。
减少阻力措施
可以通过优化管道设计、减小流速、选择合适的流体等方法来减少 流动阻力。
06
流体流动的能量转换与损 失
伯努利方程
伯努利方程描述了流体在流动过程中，由于高度、速度和压力变化而引起的能量转 换关系。
当流体在管道中流动时，随着流速的增加，流体的压能会相应减少，而动能则会增 加。
第二章 流体的性质
宏观：
液体有一定体积，有自由表面； 气体充满容器，无自由表面； 液体几乎不可压缩； 气体可压缩性较大。
2 流体的连续介质模型：
传递过程离不开物质（包括固体和流体，而流体又 分为液体和气体），物质都是由一些离散的、不断 地做杂乱运动且互相碰撞的分子组成的。从微观角 度讲，物质的物理量在时间上和空间上都是不连续 的。
RT p
RT0 p
Rt p
所以： V R
T p
V /V0 R 1 1
T
p V0 T0
气体膨 胀系数
于是： 0 （密度和温度的具体关系式） 1 t
恒压下气体膨胀系数的推导：
单位质量气体在273K时的体积为V0，温度升高ΔT后其体
积为Vt，当压强一定时，有：
V0 273
Vt 273 T
V 5.39 105 V
液体具有不可压缩性
b) 膨胀性
dV /V
dT
（1-2）
含义：压强一定时，温度升高1 ℃时液体体积的增大率。
: 温度膨胀系数， ℃-1 dT：温度升高值，℃
例：液体水的热膨胀系数
温度 T = 10~20 ℃，压力 P = 0.1MPa，β水＝1.5×10-4 K-1
• 反映宏观流体的物理量（密度、压 力、粘度、流速、浓度……）也是 空间坐标的连续函数。从而可以利 用数学上连续函数的方法来定量描 述。
研究区域与分子 自由程处于同一 数量级时，非常 稀薄的空气、高 真空环境？？
3 流体的压缩性和膨胀性：
压缩性：四周受压时体积变小特性； 膨胀性：本身温度升高时体积增大特性
压力（MPa） 0.5 1.0
2.0
4.0
5.0
k (10-10 Pa-1) 5.39 5.37 5.32 5.24 5.15
流体性质
§1.3 作用在流体上的力
一、表面力
作用在所取分离体表面上的力。通常 指分离体以外的其他物体通过分离体的表 面作用在分离体上的力。
§1.3.1 表面力
F pn lim A 0 A
n
应力 z
Fn
A
F
pn f ( x, y, z, n, t )
F
Fn d Fn pnn lim A 0 A dA F d F pn lim A 0 A dA
pv const
pv const
K 1 Vp V dp k V dV
等温压缩：K＝p 理想绝热过程K＝γ p
§1.5.1 流体的压缩性和膨胀性
体胀系数 在一定压强下单位温升引起的 体积变化率。
单位：1／K， 1／℃
§1.5.1 流体的压缩性和膨胀性
体胀系数
§1-5.1 流体的压缩性和膨胀性
单位:Pa 流速在其法线方向上的变化 律
§1.6.1 流体的粘性，牛顿内摩擦定律
一般情况下流体的速度并不按直线变化
dv x dy
牛顿内摩擦定律
§1.6.1 流体的粘性，牛顿内摩擦定律 牛顿内摩擦定律 作用在流层上的切向应力和速 度梯度成正比，比例系数为流体的 dv x 动力粘度。
y
x
1、不能承受拉力，不存在拉应力
2、宏观平衡下不能承受剪切力----连续变形导致流动
§1.3.2 作用在流体上的力
二、质量力 某种力场作用在流体的全部 质点上的力，是与流体的质量成 正比的力。
§1.3.2 质量力
重力
dV g
z
dV a
惯性力 dV a 离心力 电磁力
a
化工基础第二章第一节流体的主要性质
举例
例1-2 已知干空气的组成为：O221%、
N279%(均为体积%)。试求干空气在压 力为101.3Pa、温度为20℃时的密度。
作业
1 已知干空气的组成为：O221%、
N279%(均为体积%)。试求干空气在压 力为101.3KPa、温度为30℃时的密度。
解：p＝Pa－p真
=101.3-80 =21.3Kpa
三．流量与流速
(一）流量 什么是体积流量、质量流量？各用什么符号表示？ 单位是什么？ （二）流速 1、平均流速 、质量流速的概念、符号、单位？ 2、各种流量与流速间的关系 （体积流量与流速、 质量流量与体积流量、质量流速与质量流量与流 速的关系、圆形管道中流速与体积流量的关系 ）
3、气体的密度
气体的密度随压力和温度的变化较大。
当压力不太高、温度不太低时，气体的密度
可近似地按理想气体状态方程式计算：
m v
pM RT
(1-3)
式中 p —— 气体的压力，kN/m2或kPa； T —— 气体的绝对温度，K； M —— 气体的分子量，kg/kmol； R —— 通用气体常数，8.314kJ/kmol· K。
1、什么是流体？
我们体内的血液是不是流体？
水是不是流体？ 空气是不是流体？
2、流体如何输送？
体内的血液是如何输送到全身的？
自来水是如何输送到每家每户的？
流体：具有流动性的物体 包括气体和液体两大类。
流体如何输送？
流体是用管路来输送的
输送管路是由管子、阀门、输送机械（泵、 通风机等）流量计等部分机械组成
流体的基本概念和物理性质
密度 密度差会形成自然循环、热对流和自 然对流换热等现象。
F
热板
自然循环锅炉 1—给水泵 2—省煤器 3—汽包 4—下降管 5—联箱 6—蒸发受热面 单位体积流体所具有的质量。 用符号ρ表示，单位为kg/m3 。
m 均质流体定义式： V m 非均质流体定义式为： lim
第一篇
第一篇
工程流体力学
第一章 流体的基本概念和性质 第二章 流体静力学 第三章 流体动力学
第一章 流体的基本概念和性质 流体的定义和连续介质假设 流体的压缩性和膨胀性 流体的粘性 作用在流体上的力
第一节 流体的定义和连续介质假设
一、流体的定义 通俗定义：能流动的物质称为流体。 力学定义：在任何微小剪切力的持续作 用下能够连续变形的物质，称为流体。
• 气体易于压缩；而液体难于压缩； • 液体有一定的体积，存在一个自由表面； 气体能充满任意形状的容器，无一定的体积， 不存在自由表面。
•液体和气体的共同点：两者均具有流动性 ——在任何微小切应力作用下都会发生变 形或流动，故二者都是流体。
从微观角度看
流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存在空 隙，在标准条件下，1mm3气体含有2.7×1016个左右的分子， 分子间距离是3.3×10-6mm。
1 dV V dt V
单位为m3
流体温度的增加量， 单位为℃（K）
流体原有的体积， 单位为m3
•关于体胀系数αv
液体的体胀系数很小；
如：水在98000Pa下，10~20℃内，
αv =150×10-6 1/ ℃
大多数液体αv随压强的增大而稍减小； 水在50℃以下，
αv 随压强增大而增大；
一般情况下
通常把液体视为不可压缩流体。 通常在流速较高，压强变化较大的场合，气 体视为可压缩流体，必须将密度视为变量。 在流速不高（比声速小得多时），压强变化 较小，密度变化不大( )的场合， 气体可视为不可压缩流体。如锅炉的尾部烟 2 1 100% 20% 道中和空调系统通风管道中的气体等。 1
流体力学
温度↑→分子热运动↑→动量交换↑→内摩擦力↑→粘度↑
压力对流体粘度的影响不大，一般忽略不计
二、粘性流体和理想流体
1.粘性流体
具有粘性的流体（μ≠0）。
实际中的流体都具有粘性，因为都是由分子组成，都存 在分子间的引力和分子的热运动，故都具有粘性，所以，粘 性流体也称实际流体。
2.理想流体
忽略粘性的流体（μ=0）。 一种理想的流体模型。
一、表面力
外界通过接触传递的力，用应力来表示。
F dF pnn lim n n A0 A dA F dF pn lim A0 A dA
二、质量力
质量力是某种力场作用在全部流体质点上的力， 其大小和流体的质量或体积成正比，故称为质量力或 体积力。
因为 τ1＝τ2 所以 V u u 1 2 h1 h2
1h2V u 0.23m / s 2 h1 1h2
F 1 A
V u 4.6 N h1
例2：如图所示，转轴直径=0.36m，轴承长 度=1m，轴与轴承之间的缝隙＝0.2mm，其 中充满动力粘度＝0.72 Pa.s的油，如果轴的 转速200rpm，求克服油的粘性阻力所消耗 的功率。
由于实际流体存在粘性使问题的研究和分析非常复杂， 甚至难以进行，为简化起见，引入理想流体的概念。
三、牛顿流体和非牛顿流体
1.牛顿流体
τ
符合牛顿内摩擦定律的流体
如水、空气、汽油和水银等 2.非牛顿流体
0 τ
宾汉型塑性流体 假塑性流体 牛顿流体 膨胀性流体
不符合牛顿内摩擦定律的流体
o
du dy
如泥浆、血浆、新拌水泥砂浆、新拌混凝土等。
流体微团必须具备的两个条件 必须包含足够多的分子； 体积必须很小。
第二章流体及其物理性质
二、毛细现象
细玻璃管（半径 ）插入水中，细管中水柱上升；若玻璃 管插入水银中，细管中的水银柱下降，这就是毛细现象。
图2-11 毛细管中液体的上升和下降现象
内聚力：液体分子之间的吸引力较大，在分子 吸引力的作用下，液体分子相互制约，形成一体， 不能轻易地跑掉，这种吸引力称为内聚力。
不考虑分子间存在的空隙，而把流体视为由无 数连续分布的流体微团所组成的连续介质，这就是 流体的连续介质假设。
把流体作为连续介质来处理，则表征流体属性 的密度、速度、压强、温度等物理量一般在空间也 应该是连续分布的。
除个别情况外，对于流体的连续流动，表征流 体属性的各种物理量应该是空间和时间的单值连续 可微函数，这样就有可能利用微分方程等数学工具 去研究流体的平衡和运动的规律了。
球形液滴 肥皂泡
p2 R p4 R
毛细管 液柱重量 = 表面张力垂直分量
dco sgh d24
h 4 cos gd
P19 2-4 2-12
1、为什么可以把流体看作为连续介质？ 2、为什么要把流体看作为连续介质？ 3、流体为什么会有黏性？温度如何影响 流体的黏性？为什么？
关于黏性的思考
• 请举例说明流体的黏性
图
图
2-6 2-5
流
流
体
体
的
的
动
运
力
动
黏
黏
度
度
曲
曲
线
线
【例2-3】 汽缸的内径D=152.6mm，活塞的直径d= 152.4mm、 长l=304.8mm，如图2-7所示。已知润滑油的运动黏度 ν=9.144×10-5m2/s，密度ρ=920kg/m3，活塞的运动速度v =6m/s，试求克服摩擦阻力所消耗的功率。
流体力学知识点总结
流体力学知识点总结流体力学知识点总结第一章绪论1液体和气体统称为流体，流体的基本特性是具有流动性，只要剪应力存在流动就持续进行，流体在静止时不能承受剪应力。
2流体连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的，内部无空隙的连续体来研究。
3流体力学的研究方法：理论、数值、实验。
4作用于流体上面的力（1）表面力：通过直接接触，作用于所取流体表面的力。
ΔFΔPΔTAΔAVτ法向应力pA周围流体作用的表面力切向应力作用于A上的平均压应力作用于A上的平均剪应力应力为A点压应力，即A点的压强法向应力为A点的剪应力切向应力应力的单位是帕斯卡（pa），1pa=1N/㎡，表面力具有传递性。
（2）质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，力的大小与流体的质量成比例。
（常见的质量力：重力、惯性力、非惯性力、离心力）单位为5流体的主要物理性质（1）惯性：物体保持原有运动状态的性质。
质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。
常见的密度（在一个标准大气压下）：4℃时的水20℃时的空气（2）粘性huu+duUzydyx牛顿内摩擦定律：流体运动时，相邻流层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。
即以应力表示τ—粘性切应力，是单位面积上的内摩擦力。
由图可知——速度梯度，剪切应变率（剪切变形速度）粘度μ是比例系数，称为动力黏度，单位“pa·s”。
动力黏度是流体黏性大小的度量，μ值越大，流体越粘，流动性越差。
运动粘度单位：m2/s同加速度的单位说明：1）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。
2）液体T↑μ↓气体T↑μ↑无黏性流体无粘性流体，是指无粘性即μ=0的液体。
无粘性液体实际上是不存在的，它只是一种对物性简化的力学模型。
（3）压缩性和膨胀性压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。
T一定，dp增大，dv减小膨胀性：流体受热，体积膨胀，密度减小，温度下降后能恢复原状的性质。
P一定，dT增大，dV增大A液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性用压缩系数表示压缩系数：在一定的温度下，压强增加单位P，液体体积的相对减小值。
化工原理总结
讨论题2：从水塔引水至车间，水塔的水位可视为不变，送水管的内径为50mm， 管路总长为l，且 l >> le，流量为Vh，水塔水面与送水管出口间的垂直距离为h。今 用水量增加50%，需对送水管进行改装。提出了如下方案： ⑴. 将管路换成内径为75mm的管子 ⑵. 在管路上并联一根长度为l / 2，内径为50mm的管子 ⑶. 在管路中并联一根长度为 l ，内径为25mm的管子 试比较上述三种方案，哪些方案能达到要求？(假设摩擦系数不变，且管内动 能可以忽略)
3
3、工作点
管路特性曲线 H=A+BQ2
泵特性曲线
流量调节：
调节阀（改变管路工作曲线） 改变D、n（改变泵的特性曲线） 串、并联泵 串：增大压头；
并：增大流量；
4、 安装高度
p0 pv 安装高度： S Z H f ( NPSH) r g g p0 pv 最大安装高度： S max Z H f ( NPSH) c g g
三、流体流动形态
流动形态的判据：
雷诺准数
Re
duρ
Ⅰ、当Re≤2000，层流； Ⅱ、当Re＞4000，湍流。 区分层流和湍流的本质区别。
e
讨论题1：管径d1相同，d2等于 ，A、B两点距离一样。阀门阻力系数相等， 2d1 管内流量相同。试问： ⑴ 压差计读数R1、R2、R3的大小如何？ ⑵ 若流动方向改变，R1、R2、R3的读数有何变化？
② 对于同种不压缩流体： A1u1 A2 u2 C 0
2 u1 d 2 圆形管路： 2 u2 d 1
2、能量衡算----伯努利方程
以单位质量流体为研究对象：
u12 u2 2 p2 gz1 he gz 2 h f J/kg 2 2 p1
流体知识点应用总结
流体知识点应用总结一、流体的基本性质及其应用1. 流体的密度和浮力密度是流体的一个重要物理性质，它对于流体的浮沉和压缩性质有着重要的影响。
在工程中，我们常常要考虑流体的密度对于船舶、飞机等运载工具的浮力问题。
例如在设计船舶时，要考虑船体的浮力和吃水量，以及海水的密度和浮力对船体的影响。
另外，在水利工程中，需要考虑河流的水位变化与水的密度对于水坝和水库的作用。
2. 流体的粘度和摩擦力流体的粘度决定了流体运动的黏滞性，它对于流体的摩擦力和动量传递有着重要的影响。
在飞机设计中，要考虑空气对飞机表面的摩擦力和阻力对于飞机速度和稳定性的影响。
在汽车制造中，要考虑机油对于发动机摩擦力的影响。
另外，在水利工程中，需要考虑河流的流速和水位对于水轮机和水泵的摩擦力和损失情况。
3. 流体的温度和热传导流体的温度对于其密度和粘度有重要的影响，它还决定了流体对热量的传导能力。
在飞机设计中，要考虑空气对飞机表面的冷却和散热能力，以及空气的温度对飞机发动机和电子设备的影响。
在汽车制造中，要考虑发动机水箱对于发动机的冷却能力。
在水利工程中，需要考虑河流的水温对鱼类生长和生态环境的影响。
二、流体的运动规律及其应用1. 流体的运动方程和流速分布流体的运动方程描述了流体的运动规律，它能够帮助工程师对流体运动进行预测和分析。
在飞机设计中，要考虑空气的流速分布对飞机机翼和起落架的影响。
在汽车制造中，要考虑空气对汽车外表面的流动情况。
在水利工程中，需要考虑水流对于水工设施的冲刷和磨损情况。
2. 流体的动能和压力能流体的动能和压力能是其两种重要的能量形式，它们对于流体的动态性能有着重要的影响。
在飞机设计中，要考虑空气的动能对飞机升降和滑翔的影响。
在汽车制造中，要考虑汽车的空气动力性能和空气动力系数。
在水利工程中，需要考虑水流的压力能和水位的变化对于水厂和水库的影响。
3. 流体的不可压缩性和流速变化流体的不可压缩性描述了流体在运动时的密度保持不变的性质，它对于流体的流速变化有着重要的影响。
化学工程过程中的流体力学研究
化学工程过程中的流体力学研究第一章：引言化学工程是一门涉及到物质转化及其相关过程的学科。
在化学工程的研究与设计中，流体力学是一个重要的研究领域。
流体力学研究通过对流体运动和力学性质的研究，能够为制定高效的工艺流程、优化设备设计以及改善产品质量提供重要的理论指导。
第二章：流体的基本性质流体力学研究首先需要了解流体的基本性质。
流体可以被划分为液体和气体两种形态。
液体分子之间存在较强的相互作用力，具有较高的密度和粘性；而气体的分子之间相互作用力较小，密度较低且可压缩性强。
此外，流体的运动主要受到分子间的相互作用力、重力和惯性力的影响。
第三章：流体流动的描述方法流体流动是化学工程中广泛存在的现象。
在流体流动的描述中，研究人员通常使用质点法或是连续介质法两种方法。
质点法将流体看作由无限小的质点组成，通过追踪这些质点来描述整个流动过程；而连续介质法将流体视为连续的介质，通过描述流体的各个性质参数随空间和时间的变化来描绘流动过程。
第四章：流体力学方程研究流体流动的数学方法主要依赖于流体力学方程。
通过对质量守恒、动量守恒和能量守恒的描述，可以建立起一系列的流体力学方程，用以解析流动现象。
其中最广为应用的方程为Navier-Stokes方程，该方程能够描述流体的运动和动力学性质。
第五章：流体流动的流型在流体力学研究中，流体流动的流型是一个重要的概念。
流型通常可以被划分为层流和湍流两种类型。
层流指的是流体分子之间的相对运动保持规则和有序的状态；而湍流则是指流体分子之间的相对运动不规则和混乱的状态。
理解不同流型的特性有助于优化流体过程的设计和控制。
第六章：流体流动的模拟与预测为了更好地理解和控制流体流动，研究人员常常使用数值模拟方法进行预测和分析。
数值模拟能够通过建立数学模型、选择合适的数值算法和求解方法，对流体流动进行模拟和预测。
利用数值模拟可以预测管道内的流动阻力、传质传热效果，优化反应器和混合设备的设计等。
第七章：流体力学在化学工程中的应用流体力学在化学工程领域中有着广泛的应用。
流体力学资料复习整理
9.水力光滑管与水力粗糙管
10.流体流过固体壁面时，沿壁面法线方向速度逐渐增大的区域称为附面层。流体在壁面附近反向流回而形成回流的现象称为附面层的分离。
第六章能量损失及管路计算
1.尼古拉茨实验:实验装置：人工粗糙管－－把经过筛选的大小均匀一致的固体颗粒粘贴在管壁上，这样的管路称为人工粗糙管。实验原理：能量方程;实验目的：λ～Re、Δ/d
3.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：
膨胀系数：
5.流体的粘性：运动流体内存在内摩擦力的特性（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，而内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。
第二过渡区：这时层流底层已经不能遮盖壁面的粗糙峰，壁面的粗糙峰对中部的紊流产生了影响。Re
Δ/d和Re对阻力系数λ均有影响。
水力粗糙区：对同一管道而言，层流底层已经变得非常薄，以至于管壁上所有的粗糙峰都凸入了紊流区，及时雷诺数再大，也不再有新的凸峰对流动产生影响，这表现为λ不随Re变化
2.局部阻力损失与局部阻力系数：流经局部装置时，流体一般都处于高紊流状态。这表现为局部阻力系数ξ只与局部装置的结构有关而与雷诺数无关。
伯努里方程可理解为：微元流的任意两个过水断面的单位总机械能相等。由于是定常流，通过微元流各过水断面的质量流量相同，所以在单位时间里通过各过水断面的总机械能（即能量流量）也相等。
2.沿流线法线方向压力和速度的变化：当流线的曲率半径很大或流体之间的夹角很小时，流线近似为平行直线，这样的流动称为缓变流，否则称为急变流。
第二章 流体的性质
二、牛顿粘性定律
(2-12)
(2-13)
流体是一系 列平行于平 板的薄层, 每个薄层具 有相应的动 量, 同时导
三、粘度
(2-14) (2-15)
温度对流体的粘度影响很大。当温度升高时, 液体 的粘度降低；但是, 气体则与其相反, 当温度升高时粘体和所有单 相非聚合态流体（如水 及甘油等）均质流体都 属于牛顿流体。
( 一 ) 宾海姆塑流型流体
(2-16)
( 二 ) 伪塑流型流体 ( 三 ) 屈服—伪塑流型流体
第二章 流体的性质
第一节 流体的概念及连续介质模型
一、流体的概念
二、连续介质模型
将流体看成是由无限多个流体质点所组成的密集而 无间隙的连续介质, 也叫做流体连续性的基本假设。就 是说, 流体质点是组成流体的最小单位, 质点与质点之间 不存在空隙。
第二节 流体的主要物理性质
一、液体的压缩性和膨胀性
一、流体粘性的概念
在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对 等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动， 流体的这种性质叫做流体的粘性. 由粘性产生的作用 力 叫做粘性阻力或内摩擦力。
粘性阻力阻生的物理原因:
1) 由于分子作不规则运动时, 各流体层之间互有分 子迁移掺混, 快层分子进入慢层时给慢层以向前的碰撞 交换能量, 使慢层加速, 慢层分子迁移到快层时, 给快层 以向后碰撞, 形成阻力而使快层减速。这就是分子不规 则运动的动量交换形成的粘性阻力。 2) 当相邻流体层有相对运动时, 快层分子的引力拖 动慢层, 而慢层分子的引力阻滞快层, 这就是两层流体之 间吸引力所形成的阻力。
(2-1) (2-2)
二、气体的压缩性和膨胀性
(2-3) (2-4) (2-5)
流体的基本性质
Shanghai Jiao Tong University第一章流体的基本性质Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University流体的易流动性(fluidity)流体的易变形形(deformability)流体的粘性(viscosity)流体的可压缩性(compressibility)Shanghai Jiao Tong University流体的易流动性：流体间的分子作用力较小，很难象固体那样保持一定的固定形状，只要有外界的作用力或能量(势能)不平衡，就会发生流动。
固体：分子间作用力大，分子只能在平衡位置作微小振动，有固定形状，能承受压力，拉力，剪切力。
气体：分子间作用力很小，分子接近自由运动，没有固体形状和体积，不能承受拉力，剪切力。
液体：分子间作用力介于固体和气体之间，没有固体形状，但有一定的体积，不能承受拉力，剪切力。
Shanghai Jiao Tong University流体的易变形性：在受到剪切力持续作用时，固体的变形一般是微小的(如金属)或有限的(如塑料)，但流体却能产生很大的甚至无限大(只作用时间无限长)的变形。
当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分恢复，流体则不作任何恢复。
在弹性范围内，固体变形与作用力成正比，遵守Hooke定律，固体内的切应力由剪切变形量(位移)决定；而流体内的切应力与变形量无关，由变形速度(切变率)决定，遵守Newton内摩擦定律。
Shanghai Jiao Tong University流体的粘性：当相邻两层流体之间发生相对运动时，在两层流体的接触面会产生对于变形的抗力，与固体不同的是，这种抗力不是与流体的变形大小有关，而是与流体的变形速度成比例，流体这种抵抗变形的特性就称为粘性。
固体：固体表面之间的摩擦是滑动摩擦，即摩擦力，摩擦力与固体表面状况有关。
Shanghai Jiao Tong University液体：当两层液体作相对运动时，两层液体分子的平均距离加大，吸引力随之增大，这就是分子内聚力。
流体设计知识点总结
流体设计知识点总结流体设计是一门关于流体力学和流体流动的学科，其应用广泛，涉及到机械工程、土木工程、航空航天等众多领域。
本文将就流体设计中的一些重要知识点进行总结，包括流体的基本性质、流体力学方程、流体力学定律、流体流动特性等。
一、流体基本性质1. 流体的定义：流体是指物质在受到作用力时能够流动的物质，包括液体和气体。
2. 流体的连续性原理：流体在一点的流速与该点流体的流量成正比，即质量连续守恒和能量连续守恒。
3. 流体的密度和比重：密度是流体单位体积的质量，比重是流体的密度与标准参照物的密度之比。
4. 流体的黏性：黏性是流体内部分子间相互作用力的表现，通常用粘度来表示流体的黏性。
二、流体力学方程1. 伯努利方程：描述了流体在沿流线流动过程中的总能量守恒。
伯努利方程包括流体的压力能、动能和位能。
2. 马修尔方程：描述了流体流动中的流速分布。
马修尔方程是基于质量守恒原理和牛顿第二定律得出的。
三、流体力学定律1. 法向应力平衡条件：描述了流体在静力平衡时各个方向的受力平衡。
根据这个定律可以得出流体的压力分布。
2. 流体的黏滞性：流体黏滞性是流体内部分子间相互作用力的表现，黏滞力与黏滞性质、流体速度、流体粘度等相关。
3. 流体的流动特性：包括层流和湍流两种基本流动形式。
层流是指流体以分层的方式平行流动；湍流是指流体以旋涡和湍旋形式流动。
四、流体流动特性1. 雷诺数：描述流体流动的稳定性与湍流的程度。
雷诺数越大，流体流动越不稳定，越容易产生湍流。
2. 流动阻力与压降：流体在流动过程中会产生阻力，压降是指流体在经过一个长度为L的管道时压力差的大小。
3. 流体的操纵性：流体特性对于流体设计和工程应用的影响。
通过改变流体的压力、流速、温度等条件，可以控制流体的流动。
总结：流体设计是一门涉及到流体性质、流体力学方程、流体力学定律和流体流动特性等多个方面的学科。
了解流体设计的基本知识，对于进行流体工程设计和应用具有重要意义。
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cm
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SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：
1Pa s 1000CP 10P
4）运动粘度
v
单位： SI制：m2/s；
物理单位制：cm2/s，用St表示。
1St 100cSt 104 m 2 / s
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三、流量与流速
1、流量
单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。
若流量用体积来计量，称为体积流量qV；单位为：m3/s。 若流量用质量来计量，称为质量流量qm ；单位：kg/s。
体积流量和质量流量的关系是： qm
qV
2、流速
单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速u。 单位为：m/s。数学表达式为：u
qV / A
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流量与流速的关系为： VS
uA WS uA
质量流速：单位时间内流体流过管道单位面积的质量流量 用G表示，单位为kg/(m2.s)。
Ws VS 数学表达式为： G A
对于圆形管道，
A
4
A
u
VS d2 4
d2 u
4VS d u
——管道直径的计算式
m 11 22 ...... nn
——气体混合物密度计算式
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当混合气体可视为理想气体时,
pM m m RT
5.相对密度（比重）
——理想气体混合物密度计算式
某物质的密度与4℃下的水的密度的比 值，用 d 表示。
d
4 C水
,
4C水 1000kg / m 3
生产实际中，管道直径应如何确定？
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四、流体的粘度
1、牛顿粘性定律
流体的内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间的作 用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。 ——流体阻力产生的依据
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u F S y
剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ表示。
F u S y
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b) 气体的粘度随温度升高而增大，随压强增加而增加 的很少。 3）粘度的单位 在 (m / s) m du / dy
在物理单位制中，
2
Pa· S
m
dyn / cm 2 dyn· s g P ( 泊） 2 du / dy cm s cm cm· s
表压强=绝对压强-大气压强
3）真空度： 真空表的读数
真空度=大气压强-绝对压强=-表压
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绝对压强、真空度、表压强的关系为 A 表 压 强
大气压强线
真空度 B
绝对压强
绝 对 压 强 绝对零压 线
当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。 如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表压）。
适用于u与y成直线关系
du dy
式中：
——牛顿粘性定律
du 速度梯度 ： dy
比例系数，它的值随流体的不同而不同，流 ：
体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简
称粘度。
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2、流体的粘度
1)物理意义
du dy
促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。
粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来 2)粘度与温度、压强的关系 a) 液体的粘度随温度升高而减小，压强变化时，液体 的粘度基本不变。
1 流体流动和输送 1.1 流体的 基本性质
一、流体的密度和比体积
二、流体的压强
三、流量与流速 四、流体的粘度
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一、流体的密度和比体积
1. 密度定义
单位体积的流体所具有的质量，ρ; SI单位kg/m3。
m V
2. 影响ρ的主要因素
液体： 气体：
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f T , p
——不可压缩性流体
f T
f T , p ——可压缩性流体
3.气体密度的计算
由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度
m nM pVM pM pV nRT RTV V V RT 4.混合物的密度
1）液体混合物的密度ρm 取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
6.比体积（比容）
单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单位为m3/kg。
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1
二、流体的压强
1、压强的定义
流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压强。用
p 表示，SI单位N/m2，即Pa。
P p A
其它常用单位有： atm（标准大气压）、工程大气压 kgf/cm2、bar；流体柱 高度（mH2O，mmHg等）。
w1、w2、 、wn ,
当m总 1 kg时， wi mi
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mi 其中wi m总
假设混合后总体积不变，
V总
1 2 n m wn 1 w1 w2 m 1 2 n
——液体混合物密度计算式
w1
w2
wn
m总
2)气体混合物的密度 取1m3 的气体为基准,令各组分的体积分率为: 1 , 2 ,, n 若混合前后气体的总质量不变，同理可得，
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换算关系为：
1atm 1.033kgf / cm 2 760mmHg 10.33mH 2O 1.0133bar 1.0133 105 Pa
2、压强的表示方法
1）绝对压强（绝压）：流体体系的真实压强称为绝对压强。 2）表压 强（表压）： 压力计上读取的压强值称为表压。