流体的输运性质
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
定义：流体由非平衡状态转向平衡状态的物 理量的传递性质称为流体的输运性质。
流体的输运性质主要指动量输运、能量输运 和质量输运。从宏观上看，他们分别表现为流体 的粘性、导热性和扩散性。
1.3.1 流体的粘性粘性也是流体固有的属性 之一。在流动的流体中，如果各流体层的流速不 相等，那么在相邻的两流体层之间的接触面上， 就会形成一对等值而反向的内摩擦力（或粘性阻
式（1.6）称为牛顿内摩擦定律。遵守牛顿 内摩擦定律的流体称为牛顿流体，不符合该定律 的称为非牛顿流体。本书仅讨论牛顿流体。如水、 空气和气体等本质上都是牛顿流体。
在流体力学中，粘度系数经常与流体密度结 合在一起，以的形式出现。所以我们将这个比值 定义为运动粘度系数，并用表示之
（1.7）
如在温度为时，空气的，水的。
粘度系数的大小与流体的性质和温度有关。 气体的粘度系数随温度的增高而增大。液体的粘 度系数一般随温度升高而迅速减小。这是因为气
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
体的粘性主要是由各层气体之间分子动量交换 的结果，而液体的粘性主要是来自于分子间的引 力。
流体的粘度系数随着压强的增加而增加。但 是当压强不太高时，压强对粘度的影响很小，所 以一般不考虑压强对粘度的影响。如果使用运动 粘度系数，由于它与密度有关，所以考虑压缩性 影响时，与压强密切相关。因此在气体动力学中， 使用更多的是动力粘度系数
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
热量。热对流是由于不同部分的分子相对位移， 把热量从一处带到另一处传递的热量，因此热对 流仅仅存在于运动的流体中。热辐射是流体放射 出辐射粒子时，转化本身的内能而辐射出能量的 现象。可见热传导现象即是热能的输运。
单位时间内通过单位面积由热传导传递的 热量按傅里叶导热定律确定
1.3.2 流体的导热性当流体中沿着某个方向 存在着温度梯度时，热量就会由温度高的地方传 向温度低的地方，这种热量传递的性质称为流体 的导热性。
热量传递的方式有三种，即热传导、热对流 和热辐射。热传导的物理本质与粘性类似，主要 是由于不同温度的物体和流体之间、流体不同温 度的各部分之间的分子动能相互传递的热量，分 子无规则的热运动以及自由电子运动而传递的
B 中的扩散，则组分 A 的定常扩散率与他的密度 梯度和截面积成正比，即单位时间每单位面积的 质量流量与密度梯度成正比
（1.9）
式中，为质量流量；为扩散系数，它的量纲 为，它的大小取决于压强、温度和混合物的成分。 一般液体的扩散系数较气体的小几个数量级。式 （1.9）即是著名的一维定常菲克第一扩散定理。
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
中，由于自身的密度差所引起的扩散称为自扩 散。对于两种组分的混合介质，由于各组分的各 自密度差另一组分中所引起的扩散交互扩散。工 程问题中，互扩散较自扩散更为重要。
当流体分子进行动量、能量（热能）交换且 伴随有质量的交换时，质量输运的机理与动量、 热能输运的机理完全相同。对于由双组分 A、B 所组成的混合物系统，各组分均由其各自的高密 度区向低密度区扩散。假设仅考虑组分 A 在组分
（1.8）
式中是表面的法线方向，是沿方向的温度梯 度，是导热系数，负号表示热量的传递方向与温 度梯度方向相反。
绝热流动是指流动过程中没有热量的输入 和生成，或者说流体内部的导热系数近似为零的 流动。
1.3.3 流体的扩散性当流体的密度分布不均 匀时，流体的质量就会从高密度区迁移到低密度 区，流体的这种现象称为扩散性。在单组分流体
图 1.2 表示一块平板安装在风洞的试验段
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
中，气流沿平板板面流动。测出沿板面法线方向 的气流速度分布。
图 1.2 绕平板的粘性流动 流体wk.baidu.com内摩擦力可根据牛顿内摩擦定律确 定，该定律是由实验得出来的，它的数学表达式 为
（1.5）
式中：——作相对运动的两层流体之间的接
触面上的内摩擦力； ——接触面面积； ——沿接触面的外法线方向的速度梯度； ——动力粘度系数（） 对于单位面积上的内摩擦力 （1.6） 式中——单位面积上的内摩擦力，称为切应
力。
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
式（1.6）适合于流体作层状流动的情况； 式（1.5）和（1.6）中的系数称为动力粘度系数， 或简称粘度系数。
1c03f1cd1 易博亚洲http://www.ebet100.com/
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
力）来阻碍两气体层作相对运动。即流体质点具 有抵抗其质点作相对运动的性质，就称为流体的 粘性。流体的粘性只有在运动流体层之间发生相 对运动时才表现出来。粘性阻力产生的物理原因 是由于存在分子不规则运动的动量交换和分子 间的吸引力引起的。流体的粘性现象即是动量输 运的结果。我们以下面的例子来说明流体粘性产 生的物理原因。
流体的输运性质主要指动量输运、能量输运 和质量输运。从宏观上看，他们分别表现为流体 的粘性、导热性和扩散性。
1.3.1 流体的粘性粘性也是流体固有的属性 之一。在流动的流体中，如果各流体层的流速不 相等，那么在相邻的两流体层之间的接触面上， 就会形成一对等值而反向的内摩擦力（或粘性阻
式（1.6）称为牛顿内摩擦定律。遵守牛顿 内摩擦定律的流体称为牛顿流体，不符合该定律 的称为非牛顿流体。本书仅讨论牛顿流体。如水、 空气和气体等本质上都是牛顿流体。
在流体力学中，粘度系数经常与流体密度结 合在一起，以的形式出现。所以我们将这个比值 定义为运动粘度系数，并用表示之
（1.7）
如在温度为时，空气的，水的。
粘度系数的大小与流体的性质和温度有关。 气体的粘度系数随温度的增高而增大。液体的粘 度系数一般随温度升高而迅速减小。这是因为气
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
体的粘性主要是由各层气体之间分子动量交换 的结果，而液体的粘性主要是来自于分子间的引 力。
流体的粘度系数随着压强的增加而增加。但 是当压强不太高时，压强对粘度的影响很小，所 以一般不考虑压强对粘度的影响。如果使用运动 粘度系数，由于它与密度有关，所以考虑压缩性 影响时，与压强密切相关。因此在气体动力学中， 使用更多的是动力粘度系数
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
热量。热对流是由于不同部分的分子相对位移， 把热量从一处带到另一处传递的热量，因此热对 流仅仅存在于运动的流体中。热辐射是流体放射 出辐射粒子时，转化本身的内能而辐射出能量的 现象。可见热传导现象即是热能的输运。
单位时间内通过单位面积由热传导传递的 热量按傅里叶导热定律确定
1.3.2 流体的导热性当流体中沿着某个方向 存在着温度梯度时，热量就会由温度高的地方传 向温度低的地方，这种热量传递的性质称为流体 的导热性。
热量传递的方式有三种，即热传导、热对流 和热辐射。热传导的物理本质与粘性类似，主要 是由于不同温度的物体和流体之间、流体不同温 度的各部分之间的分子动能相互传递的热量，分 子无规则的热运动以及自由电子运动而传递的
B 中的扩散，则组分 A 的定常扩散率与他的密度 梯度和截面积成正比，即单位时间每单位面积的 质量流量与密度梯度成正比
（1.9）
式中，为质量流量；为扩散系数，它的量纲 为，它的大小取决于压强、温度和混合物的成分。 一般液体的扩散系数较气体的小几个数量级。式 （1.9）即是著名的一维定常菲克第一扩散定理。
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
中，由于自身的密度差所引起的扩散称为自扩 散。对于两种组分的混合介质，由于各组分的各 自密度差另一组分中所引起的扩散交互扩散。工 程问题中，互扩散较自扩散更为重要。
当流体分子进行动量、能量（热能）交换且 伴随有质量的交换时，质量输运的机理与动量、 热能输运的机理完全相同。对于由双组分 A、B 所组成的混合物系统，各组分均由其各自的高密 度区向低密度区扩散。假设仅考虑组分 A 在组分
（1.8）
式中是表面的法线方向，是沿方向的温度梯 度，是导热系数，负号表示热量的传递方向与温 度梯度方向相反。
绝热流动是指流动过程中没有热量的输入 和生成，或者说流体内部的导热系数近似为零的 流动。
1.3.3 流体的扩散性当流体的密度分布不均 匀时，流体的质量就会从高密度区迁移到低密度 区，流体的这种现象称为扩散性。在单组分流体
图 1.2 表示一块平板安装在风洞的试验段
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
中，气流沿平板板面流动。测出沿板面法线方向 的气流速度分布。
图 1.2 绕平板的粘性流动 流体wk.baidu.com内摩擦力可根据牛顿内摩擦定律确 定，该定律是由实验得出来的，它的数学表达式 为
（1.5）
式中：——作相对运动的两层流体之间的接
触面上的内摩擦力； ——接触面面积； ——沿接触面的外法线方向的速度梯度； ——动力粘度系数（） 对于单位面积上的内摩擦力 （1.6） 式中——单位面积上的内摩擦力，称为切应
力。
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
式（1.6）适合于流体作层状流动的情况； 式（1.5）和（1.6）中的系数称为动力粘度系数， 或简称粘度系数。
1c03f1cd1 易博亚洲http://www.ebet100.com/
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
力）来阻碍两气体层作相对运动。即流体质点具 有抵抗其质点作相对运动的性质，就称为流体的 粘性。流体的粘性只有在运动流体层之间发生相 对运动时才表现出来。粘性阻力产生的物理原因 是由于存在分子不规则运动的动量交换和分子 间的吸引力引起的。流体的粘性现象即是动量输 运的结果。我们以下面的例子来说明流体粘性产 生的物理原因。