流体及其物理性质汇总
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② 宏观上，其结构和运动的均匀性、连续性和确定性。
▪ 人们通过仪器测量或肉眼观察到该特点, 而大多数工程 应用问题,也只需了解许多分子的大体或平均影响。
➢ 研究流体宏观运动的两种途径
① 统计物理法
从分子和原子运动出发，采用统计平均方法建立宏观物 理量所满足的方程，并确定流体的性质。
▪ 采用该方法可导出热力学三大定律，在气体分子运动论方 面，对分子碰撞作某些简化后可导出正确的宏观方程。但 某些分子输运系数还不能准确导出。至于液体输运方程的 理论迄今为止还不完善。由此可见，此法直接，但不能为 流体力学提供充分的理论依据。
流体连续介质——物理量连续
u u(x, y, z,t)
❖合理性：
流体分子的间隙极其微小——可看做连续介质
1mm3液体3.3×1019 1mm3气体2.7×1016
❖优点:
➢ 避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观 运动。
➢ 可以利用数学工具来研究流体的平衡与运动规律。
❖适用范围：
L / l >100 适用
固体
流体
流动性 无固定形
状
液体与气体的区别
➢ 液体难于压缩；而气体易于压缩。
液体的分子距和分子的有效直径差不多是相等的 气体分子距比分子平均直径约大十倍。 ➢ 液体有一定的体积，存在一个自由液面； 气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存 在自由液面。
液体有力求自身表面积收缩到最小的特性 气体分子间的吸引力微小，分子热运动起决定性作用
在微小剪切力的持续作用下能够连续变形的物质
流体的特征
流动性
无固定形状
流体与固体的区别 固体的变形与受力的大小成正比 任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形
固体
流体
流体与固体的区别
原因： 由于分子间的作用力不同造成的
➢ 流体所含的分子数少 ➢ 分子间隙大 ➢ 流体分子间作用力小 ➢ 分子运动剧烈
问题的引出：
微观：分子间存有空隙，在空间是不连续的。
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，但在标准状况下：
1mm3液体中含有3.3×1019个左右的分子，相邻分子 间的距离约为3.1×10-8cm。
1mm3气体中含有2.7×1016个左右的分子，相邻分子 间的距离约为3.2×10-7cm。
水——1000 kg/m3 空气——1.23 kg/m3 水银——13600 kg/m3
❖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
f — 流体的密度，kg/m3； W — 4℃时水的密度，kg/m3。
表1-1 在标准大气压下常用液体的物理性质
液体种类
纯水 海水 20%盐水 乙醇（酒精） 苯 四氯化碳 氟利昂-12 甘油 汽油 煤油 原油 润滑油 氢 氧 水银
二、流体的连续介质假设
❖ 定义： ❖ 连续介质假设
认为流体所占有的空间可近似地看作是由“流体 质点”连续无间隙地充满着。 ❖ 流体质点 微观上充分大(包括足够多的分子数目等),宏观 上充分小(与所研究对象比较而言)的分子团。
❖必要性：
连续介质假设后——物理量在流体中连续分布— —可将流体的各物理量看作是空间坐标和时间的 连续函数——解析方法等数学工具来研究流体的 平衡和运动规律
不适用
1.2 流体的密度和重度
一、流体的密度 二、流体的重度
流体重要属性，表征流体在空间某点
一、流体的密度(Density) 质量的密集程度
❖定义：单位体积流体所具有的质量
用符号ρ来表示。
➢ 均质流体： ➢ 非均质流体：
m
V
单位：kg/m3
lim m dm
V 0 V dV
➢ 常见流体的密度：
Fluid Mechanics
流体力学
河北工程大学机电学院
1 流体及其物理性质(Fluid Properties)
本章要求与重点
理解
▪ 理论模型：
• 连续介质假设 • 牛顿流体与非牛顿流体 • 理想流体(无黏流体)与实际流体(黏性流体) • 不可压缩流体与可压缩流体等
掌握
▪ 流体的(易)流动性、惯性、黏性、压缩性与热胀性、表 面张力特性等定义、有关公式及常用的物理数值，以 及理想气体状态方程。
难点与重点
▪ 理解并掌握牛顿内摩擦定律，动力黏度和运动黏度， 并注意单位。
wenku.baidu.com
主要内容
1.1 流体的概念 1.2 流体的密度和重度 1.3 流体的压缩性与膨胀性 1.4 流体的粘性
1.5 流体的表面张力
1.1 流体的概念
一、流体的定义和特征 二、流体的连续介质假设
一、流体的定义和特征
自然界物质存在的主要形态： 固态、液态和气态 液体和气体是流体 流体定义
② 解析法
以连续介质假设为基础，认为流体质点连续地充满着流 体所在的空间。
▪ 流体质点所具有的宏观物理量（如压力、速度、温度等） 满足一切应遵循的物理定律及物理性质，如牛顿定律， 质量守恒定律、能量转换与守恒定律，热力学定律等， 以及扩散、黏性、热传导等输运性质。但流体的某些物 理常数和关系还必须通过实验确定。
温度 t （℃）
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 -257 -195 20
密度
（ kg/ m3） 998
1026 1149
789 895 1588 1335 1258 678 808 850-958 918
72 1206 13555
相对密度 d
1.00 1.03 1.15 0.79 0.90 1.59 1.34 1.26 0.68 0.81 0.85-0.93 0.92 0.072 1.21 13.58
宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子 距离大得多。
从两个侧面上看：
① 微观上（在时间或空间上），其结构与运动的不均匀性、 离散性和随机性。
▪ 流体是由大量分子组成。其分子间真空距离远大于分 子本身的尺寸。每个分子均在无休止地做着不规则运 动(布朗运动)，相互之间经常发生碰撞，交换着动量和 能量。
研L 究—导—物弹体和特卫征星尺在寸高空飞行的稀薄气体力学(Rarefied Gas Mechanics)中，分子间距离远远大于物体的特征尺 寸l ，——分流子体团质就点不特能征看尺作寸是“质点”了;
➢ 火箭在高空稀薄气体中飞行 ➢ 激波，激波尺寸与分子自由程同阶 ➢ MEMS（微尺度流体机械系统）
▪ 人们通过仪器测量或肉眼观察到该特点, 而大多数工程 应用问题,也只需了解许多分子的大体或平均影响。
➢ 研究流体宏观运动的两种途径
① 统计物理法
从分子和原子运动出发，采用统计平均方法建立宏观物 理量所满足的方程，并确定流体的性质。
▪ 采用该方法可导出热力学三大定律，在气体分子运动论方 面，对分子碰撞作某些简化后可导出正确的宏观方程。但 某些分子输运系数还不能准确导出。至于液体输运方程的 理论迄今为止还不完善。由此可见，此法直接，但不能为 流体力学提供充分的理论依据。
流体连续介质——物理量连续
u u(x, y, z,t)
❖合理性：
流体分子的间隙极其微小——可看做连续介质
1mm3液体3.3×1019 1mm3气体2.7×1016
❖优点:
➢ 避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观 运动。
➢ 可以利用数学工具来研究流体的平衡与运动规律。
❖适用范围：
L / l >100 适用
固体
流体
流动性 无固定形
状
液体与气体的区别
➢ 液体难于压缩；而气体易于压缩。
液体的分子距和分子的有效直径差不多是相等的 气体分子距比分子平均直径约大十倍。 ➢ 液体有一定的体积，存在一个自由液面； 气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存 在自由液面。
液体有力求自身表面积收缩到最小的特性 气体分子间的吸引力微小，分子热运动起决定性作用
在微小剪切力的持续作用下能够连续变形的物质
流体的特征
流动性
无固定形状
流体与固体的区别 固体的变形与受力的大小成正比 任何一个微小的剪切力都能使流体发生连续的变形
固体
流体
流体与固体的区别
原因： 由于分子间的作用力不同造成的
➢ 流体所含的分子数少 ➢ 分子间隙大 ➢ 流体分子间作用力小 ➢ 分子运动剧烈
问题的引出：
微观：分子间存有空隙，在空间是不连续的。
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，但在标准状况下：
1mm3液体中含有3.3×1019个左右的分子，相邻分子 间的距离约为3.1×10-8cm。
1mm3气体中含有2.7×1016个左右的分子，相邻分子 间的距离约为3.2×10-7cm。
水——1000 kg/m3 空气——1.23 kg/m3 水银——13600 kg/m3
❖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
f — 流体的密度，kg/m3； W — 4℃时水的密度，kg/m3。
表1-1 在标准大气压下常用液体的物理性质
液体种类
纯水 海水 20%盐水 乙醇（酒精） 苯 四氯化碳 氟利昂-12 甘油 汽油 煤油 原油 润滑油 氢 氧 水银
二、流体的连续介质假设
❖ 定义： ❖ 连续介质假设
认为流体所占有的空间可近似地看作是由“流体 质点”连续无间隙地充满着。 ❖ 流体质点 微观上充分大(包括足够多的分子数目等),宏观 上充分小(与所研究对象比较而言)的分子团。
❖必要性：
连续介质假设后——物理量在流体中连续分布— —可将流体的各物理量看作是空间坐标和时间的 连续函数——解析方法等数学工具来研究流体的 平衡和运动规律
不适用
1.2 流体的密度和重度
一、流体的密度 二、流体的重度
流体重要属性，表征流体在空间某点
一、流体的密度(Density) 质量的密集程度
❖定义：单位体积流体所具有的质量
用符号ρ来表示。
➢ 均质流体： ➢ 非均质流体：
m
V
单位：kg/m3
lim m dm
V 0 V dV
➢ 常见流体的密度：
Fluid Mechanics
流体力学
河北工程大学机电学院
1 流体及其物理性质(Fluid Properties)
本章要求与重点
理解
▪ 理论模型：
• 连续介质假设 • 牛顿流体与非牛顿流体 • 理想流体(无黏流体)与实际流体(黏性流体) • 不可压缩流体与可压缩流体等
掌握
▪ 流体的(易)流动性、惯性、黏性、压缩性与热胀性、表 面张力特性等定义、有关公式及常用的物理数值，以 及理想气体状态方程。
难点与重点
▪ 理解并掌握牛顿内摩擦定律，动力黏度和运动黏度， 并注意单位。
wenku.baidu.com
主要内容
1.1 流体的概念 1.2 流体的密度和重度 1.3 流体的压缩性与膨胀性 1.4 流体的粘性
1.5 流体的表面张力
1.1 流体的概念
一、流体的定义和特征 二、流体的连续介质假设
一、流体的定义和特征
自然界物质存在的主要形态： 固态、液态和气态 液体和气体是流体 流体定义
② 解析法
以连续介质假设为基础，认为流体质点连续地充满着流 体所在的空间。
▪ 流体质点所具有的宏观物理量（如压力、速度、温度等） 满足一切应遵循的物理定律及物理性质，如牛顿定律， 质量守恒定律、能量转换与守恒定律，热力学定律等， 以及扩散、黏性、热传导等输运性质。但流体的某些物 理常数和关系还必须通过实验确定。
温度 t （℃）
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 -257 -195 20
密度
（ kg/ m3） 998
1026 1149
789 895 1588 1335 1258 678 808 850-958 918
72 1206 13555
相对密度 d
1.00 1.03 1.15 0.79 0.90 1.59 1.34 1.26 0.68 0.81 0.85-0.93 0.92 0.072 1.21 13.58
宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子 距离大得多。
从两个侧面上看：
① 微观上（在时间或空间上），其结构与运动的不均匀性、 离散性和随机性。
▪ 流体是由大量分子组成。其分子间真空距离远大于分 子本身的尺寸。每个分子均在无休止地做着不规则运 动(布朗运动)，相互之间经常发生碰撞，交换着动量和 能量。
研L 究—导—物弹体和特卫征星尺在寸高空飞行的稀薄气体力学(Rarefied Gas Mechanics)中，分子间距离远远大于物体的特征尺 寸l ，——分流子体团质就点不特能征看尺作寸是“质点”了;
➢ 火箭在高空稀薄气体中飞行 ➢ 激波，激波尺寸与分子自由程同阶 ➢ MEMS（微尺度流体机械系统）