流體力學緒論2

第三節(jié)流體的主要物理性質一、慣性（牛一律）1定義：物體保持原有運動狀態(tài)的性質2度量：密度（Density）——單位體積流體的質量，kg/m3

。3均質流體內部各點處的密度均相等：密度常用值：水

=1000kg/m3（常溫常壓）

水銀

=13600kg/m3

空氣

=1.2kg/m3容重（SpecificWeight）、比容(SpecificVolume)、比重（SpecificGravity）二、粘滯性（粘性）1、粘滯性（粘性）定義

當流體處于運動的狀態(tài)下，若流體質點間存在相對運動，則質點間要產生內摩擦力（粘滯力），抵抗其相對運動，這種性質稱為流體的粘滯性。

即流體所產生的抵抗剪切變形的性質。2、粘度（1）流體粘度的定義粘性大小由粘度來量度由流動流體的內聚力和分子的動量交換所引起的（2）分類動力粘滯系數(shù)：又稱絕對粘度、動力粘度、粘度，是反映流體粘滯性大小的系數(shù)，單位：1N?s/m2=1Pa.·s。

運動粘滯系數(shù)：又稱相對粘度，運動粘性系數(shù),單位：m2/s（3）粘度的影響因素(P5表1-3、4）流體粘度的數(shù)值隨流體種類而不同，并隨壓強、溫度而變化。流體種類：相同條件下液體的粘度一般大于氣體的粘度。壓強：常見的流體水、氣體等，值隨壓強的變化不大，一般可忽略不計。溫度：是影響粘度的主要因素。當溫度升高時，液體的粘度減小，氣體的粘度增加。

a.液體：內聚力是產生粘度的主要因素，當溫度升高，分子間距離增大，吸引力減小，因而使剪切變形速度所產生的切應力減小，所以值減小。

b.氣體：氣體分子間距離大，內聚力很小，所以粘度主要是由氣體分子運動動量交換的結果所引起的。溫度升高，分子運動加快，動量交換頻繁，所以值增加。3、牛頓內摩擦定律（1）牛頓平板實驗實驗裝置受力分析實驗結果剪切變形（2）牛頓內摩擦定律

液體運動時，相鄰液層間所產生的切應力與剪切變形的速率成正比。即

——粘性切應力，是單位面積上的內摩擦力。說明：1）流體的切應力與速度梯度、剪切變形速率(角變形率)成正比(區(qū)別于固體的重要特性)。固體的切應力與角變形的大小成正比。2）流體的切應力與動力粘性系數(shù)成正比。3）對于平衡流體du/dy=0或理想流體=0，所以不產生切應力，=0。4）牛頓1686年提出，后人驗證.4、理想流體（無粘性流體）

根據(jù)流體是否具有粘性，可分為：實際流體：指具有粘度的流體，在運動時具有抵抗剪切變形能力，即存在摩擦力，粘性系數(shù)0。理想流體：是指無粘性（=0）的一種假想流體，在運動時也能抵抗剪切變形。說明：

人為定義的一種力學模型，實際不存在，實際流體有粘性。不考慮粘性可使流動分析大為簡化，從而得出理論分析結果。三、壓縮性Compressibility和熱脹性壓縮性：流體因壓強分子間距離體積密度的性質

熱脹性：流體因溫度

分子間距離體積密度的性質1、液體的壓縮性和熱脹性壓縮系數(shù)(體積壓縮系數(shù)CoefficientofVolumeCompressibility)：

流體體積的相對縮小值與壓強增值之比，即當壓強增大一個單位值時，流體體積的相對減小值單位（m2/N

，Pa-1）壓縮系數(shù)：體積模量：壓縮系數(shù)的倒數(shù),單位Pa

(體積彈性模量BulkModulusofElasticity)熱脹系數(shù)αv：單位1/℃或1/K液體K、κ隨溫度和壓強變化甚微，αv變化也不大?？山朴孟率奖硎荆赫f明：a.K越大，越不易被壓縮，當K時，表示該流體絕對不可壓縮。b.流體的種類不同，其κ、K值不同。c.同一種流體的κ、K值隨溫度、壓強的變化而變化。d.在一定溫度和中等壓強下，水的體積彈性模量變化不大。一般工程設計中，水的K=2×109Pa，說明p=1個大氣壓時，∴p不大的條件下，水的壓縮性可忽略，相應的水的密度可視為常數(shù)。3不可壓縮流體可壓縮流體（CompressibleFlow）：(const)

流體密度隨壓強變化不能忽略的流體。不可壓縮流體（IncompressibleFlow）：(=const)流體密度隨壓強變化很小，流體的密度可視為常數(shù)的流體嚴格地說，不存在完全不可壓縮的流體。一般情況下的液體都可視為不可壓縮流體

（發(fā)生水擊、熱水采暖、液壓系統(tǒng)時除外）。對于氣體，當所受壓強變化相對較小時，可視為不可壓縮流體。管路中壓降較大時，應作為可壓縮流體（燃氣輸配）。四、表面張力特性（毛細現(xiàn)象、量測誤差）1表面張力（SurfaceTension）：

液體表面在分子作用半徑的薄層內由于分子引力大于斥力在表層沿表面方向所產生的拉力。2表面張力系數(shù)：

指液體表面上單位長度所受到的表面張力，單位為N/m。毛細現(xiàn)象（CapillarityPhenomena）：是指含有細微縫隙的物體與液體接觸時，在浸潤情況下液體沿縫隙上升或滲入、在不浸潤情況下液體沿縫隙下降的現(xiàn)象。rh水rh水銀注：很小特例測壓管1汽化Evaporation：液體分子逸出液面向空間擴散的過程，即液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。

凝結Condensation：汽化的逆過程，蒸汽凝結為液體2汽化壓強（飽和蒸汽壓EvaporationPressure）：是指在液體中，汽化和凝結同時存在，當這兩個過程達到動態(tài)平衡時，即氣體分子返回到液體表面的速率與液面上的液體分子散逸到空間的速率相等時，宏觀的汽化現(xiàn)象停止，此時的液體壓強稱為汽化壓強。五、汽化壓強3空化（Cavitation）：是指液體內局部壓力降低到低于汽化壓強時，該處液體就會沸騰，液體內部或液固交界面上蒸汽或氣體（空泡）的形成、發(fā)展和潰滅的過程。4氣蝕：空化時氣泡進入高壓處，在高壓作用下迅速破滅，伴隨氣泡潰滅，將對壁面產生極大的沖擊力，有可能使壁面被剝蝕破壞的現(xiàn)象。

空化發(fā)生在水流的低壓區(qū)，是產生空蝕的前提，空蝕則是隨后在壓強稍高的區(qū)域內氣泡潰滅、破壞外界材料的結果。本章小結1、工程流體力學任務是研究流體的宏觀機械運動，提出了流體的易流動性概念，即流體在靜止時，不能抵抗剪切變形，在任何微小切應力作用下都會發(fā)生變形或流動。引入了連續(xù)介質模型假設，把流體看成沒有空隙的連續(xù)介質，則流體中的一切物理量看作時空的連續(xù)函數(shù)，可采用函數(shù)理論作為分析工具。2、作用在流體上的力根據(jù)作用方式不同分為質量力和表面力：3、流體的壓縮性一般可用壓縮系數(shù)κ和體積模量K來描述，通常情況下，壓強變化不大時，都可視為不可壓縮流體；熱脹性用熱脹系數(shù)αv描述：4、粘滯性是流體的主要物理性質，是抵抗剪切變形的一種性質，不同的流體粘滯性大小用動力粘滯系數(shù)或運動粘滯系數(shù)來反映。理想流體是一種假想流體。其中溫度是粘度的影響因素：隨溫度升高，氣體粘度上升、液體粘度下降。

牛頓內摩擦定律它表明流體的切應力大小與速度梯度或角變形率或剪切變形速率成正比，這是流體區(qū)別于固體（