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- Q* }4 y5 ~/ c4 _$ M' i N 一、流体的物理性质
* T9 ~0 e0 F3 K( i" g. E 1．连续介质假定 8 o7 Z% {' p+ ?8 ^
（1）将流体视为由无数微团或质点组成的密集而无间隙的连续介质； ( {* A6 f% s; }, @7 m# z
（2）连续性假设并不是在任何情况下都适用，如高真空下的气体就不能视为连续介质。 / E% _7 g$ K o( b& w
2．流体的密度和比容
, R) w3 R4 n' c* O （1）密度的定义与性质 ; _) _- P* J6 p& K+ H
流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。 ) ^5 W; Y; o2 D
4 |1 d! V; x. F9 Z" ~0 d 比体积是指密度的倒数，以符号υ表示，它是指单位质量流体所占有的体积，即 7 ?! o9 N" x" D& j" q
- C6 @# W) T9 R4 i8 _2 F
液体的密度随着压力和温度的变化很小，一般可忽略不计，因此ρ＝常数。气体的密度随温度、压力改变较大。低压气体的密度可近似按理想气体状态方程计算 3 U( D) g& @8 G5 H2 m
5 \' {5 X6 E2 J: n* [ 高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。
0 H8 \7 P. Y* b& d3 d9 @# G （2）流体混合物的密度
, S6 l% Q( m- d" n" m9 D3 Z2 m ①液体混合物的组成常用质量分数表示。以1kg液体混合物为基准，设各个组分在混合前后体积不变（理想溶液），则1kg混合物的体积等于各组分单独存在时体积之和，即
- j H( @, h( ?8 e & o# V+ ^& n- k8 P. A1 K
ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3；
8 x! X# x+ w& j, O/ K ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。 3 c1 J' a8 F7 h# T, T
②气体混合物的组成常用体积分数φ表示。以1m3气体混合物为基准，各组分的质量分别为φAρA，φBρB，φnρn，则1m3气体混合物的质量等于各组分质量之和，即
% l! R- G" G( c ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn
/ H# E( M$ s4 J/ R φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。 w' N [! d6 W
3．流体的膨胀性和压缩性
2 ^2 V: \8 H. {: N' m$ p （1）膨胀性
6 ?% @. |# P3 F1 j. f 流体的膨胀性是指流体温度升高时其体积会增大的性质。膨胀性的大小用体积膨胀系数α表示。
5 s0 x M; S' C: v, E* P
" m" w$ o7 c! h" j2 Q0 m2 I dT——流体温度的增量，K；
$ e0 `2 P$ r9 @ j0 M dv/v——流体体积的相对变化量。
" h# _2 _# c# T 液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。
6 a2 I3 b1 x" d （2）可压缩性
) w( Z+ ^% y+ E. Y, q3 J% T 可压缩性是指流体受压力作用其体积会减小的性质。流体可压缩性的大小用体积压缩系数β来表征。 1 O9 i! d1 _+ ^
! O1 Q$ g- W/ t3 a' O
负号表示dv与dp的变化方向相反。
; W8 B! S# y$ l- {4 Y1 V 由于ρv＝1，故上式又可以写成
! K8 X* y$ }. A
$ K; W" v3 {+ C, K. x 由β的表达式知，β值越大，流体越容易被压缩；反之，不易被压缩。
) X; g4 l. U9 d3 | 4．流体的黏性 " X9 q/ ]5 ?) g2 \0 e
（1）牛顿黏性定律
% }7 l; R+ Z. O/ u 流体在运动时，任意相邻流体层之间存在着抵抗流体变形的作用力，称为剪切力（内摩擦力）。流体的黏性是指流体所具有的在其内部产生阻碍自身运动的特性。
- C n2 n! ^, f9 m: b8 y ①黏性的产生原因
% m" N2 O' G9 G1 \: C a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力； ' X+ {7 t" W9 J" e% O
b．流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。
& ?: V7 C+ W# r- b: t3 m ②牛顿黏性定律 ! M2 o6 }( @+ z' g4 I( ~- I
3 Z6 [2 G; h8 e. z
τ——剪应力或内摩擦力，N/m2； ' w6 G7 K9 f" y) b3 K1 m0 t( E
μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s；
$ O* ]0 {- q1 w7 {# } y dux/dy——速度梯度，1/s。 & |/ k8 d1 t; N+ Q, R
负号表示τ与速度梯度的方向相反。
( ?- }" U u+ j9 D （2）流体的黏度
% B) u3 B. d8 S9 S3 j μ表示单位速度梯度下流体的内摩擦力，它直接反映了流体内摩擦力的大小。在SI制中，μ的单位为N·s/m2或Pa·s。以前单位有泊（P）或厘泊（cP），换算关系为：1Pa·s＝10P＝1000cP。 0 K o% m4 A, z. n- |4 c
运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值，以ν表示 % C6 J- F1 D) m" S. I: Y( I2 h2 s
: e7 P* q9 ?: G. c$ [
在SI制中，ν的单位为m2/s，其非法定单位为cm2/s（St），它们的关系为
H: K" f( A2 C: L7 q# E* h 1St＝100cSt＝10－4m2/s 7 [ P: [: O5 G, U. c
当温度升高或压力降低时，液体黏度降低；温度降低、压力升高时，液体黏度增大。当温度升高时，气体黏性增大；当压力提高时，气体黏度减小。 5 _) p# E2 h+ G# w+ k, L
（3）理想流体与黏性流体
/ `" G2 B' I6 J3 ^: k+ F 黏性流体或实际流体是指具有黏性的流体。理想流体是指假想的、完全无黏性（μ＝0）的流体。 2 y# W: t3 V7 W) D3 Q* ?
二、流体静力学
( b& [ _( ~4 f! M 1．静止流体的压力特性 " C1 K5 \/ y2 \4 M
（1）静压力的定义 1 d3 ?, [: }$ x B/ g" J% _
静止流体内部没有剪应力，只有法向应力。静压力是指法向应力，以p表示。 / M6 y* t9 t$ I9 C6 m0 U
（2）静压力的特性
+ m2 R Z" Y, o8 N( P/ M ①流体静压力垂直于其作用面，其方向为该作用面的内法线方向；
5 D7 h1 l# E3 P8 b ②静止流体中任意一点处的静压力的大小与作用面的方位无关，即同一点上各方向作用的静压力值相等。
2 J8 D; ~) i0 a- _1 h5 V4 _ （3）静压力的单位
! @; I4 Q7 w. D( _8 }- j- W 在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。
X7 b# ? T; ]- b: a 一些常用压力单位之间的换算关系如下： 7 d, G2 o3 p4 G
+ W8 T/ K3 ]4 L: F+ q0 D- G3 E. A. a, k- t0 f1 ?3 O
" G5 q `# s& ]# v k
6 P2 y3 r, F$ \ _0 G. P8 e2 i( g: }) z, s/ t) f
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