流体的基本概念和物理性质

流体包括液体和气体。
常用的流体工质有：水、空气、油等。
二、流体的特性
流体区别于固体的主要特性：流动性
流动性：流体在静止时不能承受剪切力的性质
表现：
流体静止时不能承受切向力； 流体无固定形状，由约束它的边界决定；
固体
液体
流体的运动和变形联系在一起。
气体和液体的异同
液体
• 液体和气体的不同点：
气体密度的修正
气体的压缩性和膨胀性都很大，工程上，不 同压强和温度下气体的密度可按下式计算： 273 p 0 273 t 101325
ρ0——标准状态（0℃，101325Pa）下 某种气体的密度。 ρ—— 温度为 t 、压强为 p 时某种气体的 密度。
可压缩流体和不可压缩流体 不可压缩流体：密度不随温度和压强变化 的流体。ρ=C 均质流体：密度在空间上为常数的流体。 可压缩流体：密度随温度和压强变化的流 体。 哪些流体可视为不可压缩流体？
从宏观角度看
看不到分子之间的空隙，感觉组成流体的分子是连 续分布的。因为工程上所采用的一切特征尺度都比 分子距离大得多。
工程流体力学研究的是由大量分子组成的宏 观流体在外力作用下的宏观运动。
三、流体连续介质假设 • 流体连续介质假设：流体可看成是由无限 多连续分布的流体微团组成的连续介质。 • 流体微团：体积为无穷小的微量流体，可 看作流体质点。一般取其作为研究对象。
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；
水在50℃以上， αv 随压强增大而减小。
（二）流体的压缩性
流体的压缩性:在一定的温度下，流体的体积 随压强升高而缩小的性质。 其大小用体积压缩率和弹性模量Ev表示： 流体的体积压缩率， 单位为㎡/N 流体体积的缩小量， 单位为m3
流体压强的增加量， 单位为pa
1 dV dp V
流体原有体积，单 位为m3
V 0
V
相对密度：是指某种流体的密度与4℃时水 的密度的比值，用符号d来表示。
d f w
流体的密度
4℃时水的密度：1000kg/m3
二、流体的压缩性和膨胀性 （一）流体的膨胀性 定义：在一定的压强下，流体的体积随温 度的升高而增大的性质。 其大小可用体胀系数αv 表示：
流体的体胀系数， 单位为1/℃（1/K） 流体体积的增加量，
dxdy dz
r

dz dx dy
dv=dxdydz
dv= r2sinφdrdφdθ
dv= dxdydz/6
流体连续介质假设的意义：
（1）从结构上看，流体由连续分布的流
体质点组成； （2）描述流体宏观特性的物理量都可看 作是空间坐标和时间的连续函数，而且 可微，可用连续函数的理论研究流体。
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。
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
流体连续介质假设的合理性： 工ห้องสมุดไป่ตู้上所采用的一切特征尺度都 比分子距离大得多，分子间距可 忽略。 流体连续介质假设的局限性：
当所研究问题的尺寸小于或相当于 分子间距离时，假设不适用。 如：火箭在高空非常稀薄的气体中 飞行；高真空技术中。
第二节 流体的压缩性和膨胀性
流体的膨胀性举例 膨胀水箱
锅 炉
小型家用供暖系统
流体的压缩性举例
充气筒能给
车胎充气，注射
器进行注射等。
气缸—活塞系统
流体都具有压缩性和膨胀性的主要 表现是密度的变化。
流体的压缩性举例 水击（水锤）现象 1. 概念：在液体有压管路中，某种原因突 然使液流速度发生变化，同时引起压强 大幅度波动的现象。
2. 产生原因
能量守恒观点：能量转化的过程 动量定理观点：动量转化为冲量的过程 内在原因：液体有惯性和压缩性 外在原因：液体流速突然发生变化
• 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。
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 7—过热器
热对流
一、流体的密度： 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
水的膨胀 性虽小，产生的 膨胀力却很大， 能引起管道、设 备的连接件松动， 散 甚至使管道、设 热 备等破裂，所以 器 水暖系统中要设 膨胀水箱以保证 安全。
流体的膨胀性举例
自行车胎在烈日下暴晒 会爆裂； 温度计内的液柱高度随 温度的升高而增长； 烟囱能抽烟等
p pB pA (ρ1 ρ2 )gH
•体积弹性模量Ev
流体的压缩性在工程上往往用体积弹 性模量来表示，单位为N/ m2。
Ev=1/
V dp EV dV
•关于和Ev ：
• • • •
液体的体积压缩率很小；
气体的压缩性要比液体的压缩性大得多；
大的流体，其压缩性大；
Ev大的流体，其压缩性小；
• 水的Ev很大，工程计算中估取 Ev=2.0GPa。