流体特性
流体的定义和特性
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.
通俗定义：能➢流运动的动物质称和为流变体。形联系在一起。
液体和气体的不同点：
气体易于压缩；而液体难于压缩； 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。
液体有一定的体积，存在一个自由液面； 通俗定义：能流动的物质称为流体。
液体有一定的体积，存在一个自由液面； 液体有一定的体积，存在一个自由液面；
1.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
常用的流体工质有：水、空气、油。
➢ 流体区别于固体的主要特征：流动性 ➢ 流动性：流体在静止时不能承受剪切力的性质
静止时不能承受切向力； ➢ 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
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。
气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不 流体无固定形状，由约束它的边界决定；
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
存在自由液面。 通俗定义：能流动的物质称为流体。
流动性：流体在静止时不能承受剪切力的性质 液体和气体的共同点： 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 液体有一定的体积，存在一个自由液面； 流体无固定形状，由约束它的边界决定； 常用的流体工质有：水、空气、油。 流体区别于固体的主要特征：流动性 运动和变形联系在一起。 流体无固定形状，由约束它的边界决定； 流体区别于固体的主要特征：流动性 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 流体区别于固体的主要特征：流动性
流体的主要物理力学性质
流体在运动过程中所受的力与加速度之间的 关系，是流体动力学的基本方程。
连续性方程
描述流体的质量守恒原理，即流体的质量流 量在流场中保持不变。
动量方程
描述流体的动量守恒原理，即流体的动量流 量在流场中保持不变。
能量方程
描述流体的能量守恒原理，即流体的能量在 流场中保持不变。
流体动力学的应用
06
流体动力学简介
基本概念
流体
流体是具有流动性的连续介质， 由大量分子组成，能够在外力作
用下发生流动。
流体动力学
流体动力学是研究流体运动规律 和行为的一门科学，主要研究流 体的速度、压力、密度等物理量
之间的关系。
流场
流场是指流体运动所占据的空间 区域，流场中的每一点都有一定
的速度和压力。
流体动力学方程
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流动状态的判定
雷诺数
用于判定流体流动状态的无量纲数， 由流体的流速、管径和流体动力粘度 决定。当雷诺数小于临界值时，流体 呈层流流动；当雷诺数大于临界值时， 流体呈湍流流动。
流动状态判定准则
根据实验和理论分析，得出判定流动 状态的准则，如普朗特数、尼古拉斯 数等。这些准则可以帮助我们判断不 同条件下流体的流动状态。
毛细管法
利用毛细管中的流体流动， 通过测量流体在毛细管中 的流动时间和压力差来计 算流体的粘度。
影响粘度的因素
分子间相互作用
流体的分子间相互作用会影响流体的粘度，分子 间相互作用越强，粘度越大。
温度
温度对流体的粘度有显著影响，一般来说，温度 升高会使流体的粘度降低。
压力
压力对流体的粘度影响较小，但在高压下，压力 对粘度的影响会更加明显。
流体的基本特性
第一章 流体的基本特性
表面力是指作用在流体表面上的力，其大小与作用面表面积成正 比。例如，固体边界对流体的摩擦力、边界对流体的反作用力、 相邻两部分流体在接触面上所产生的压力等。表面力还可按其对
第一பைடு நூலகம் 流体的基本特性
第一节 流体的主要物理性质 流体是处于相对静止状态还是处于运动状态，除了与外力作用有 关外，更重要的还取决于流体本身的内在物理性质。流体的主要
物理性质包括其密度、重度、压缩性、膨胀性、粘滞性、表面张 力、含气量及空气分离压等。 一、流体的密度和重度 1.流体的密度和比体积
第一章 流体的基本特性
被作用面的方向不同，分为法向表面力（如压力）和切向表面力 （如摩擦力或内摩擦力），如图1⁃7所示。
图1-7
作用在流体上的表面力
第一章 流体的基本特性
二、质量力 质量力是指作用在流体体积内所有流体质点上的力，其大小与流 体的质量成正比。就匀质流体来说，质量与体积成正比，所以质
量力又称为体积力。常见的质量力有重力和惯性力两种。重力是 地球对流体每一个质点的吸引力。惯性力是流体质点受外力作用 后作变速运动时，由于惯性而在流体质点上体现的一种力；其大 小等于该质点质量与其加速度的乘积，方向和加速度的方向相反。
假定两块平行平板，其间充满液体，下板A静止不动，上板B以匀 速度0向右移动，如图1
图1-1 平行平板流体层流速度分布图
第一章 流体的基本特性
2.牛顿内摩擦力定律
3.流体的粘度 粘度是反映流体粘滞性大小的参数，根据用途和测量方法的不同， 常用的粘度有以下几种。 (1)动力粘度μ 即粘性动力系数，其物理意义是在相同的速度梯度 dwg/dy下，表征流体粘滞性的大小。 (2)运动粘度ν 即粘性运动系数，它是流体动力粘度μ与流体密度ρ 的比值。
流体力学中的流体的黏滞特性分析
流体力学中的流体的黏滞特性分析流体力学是研究流体运动规律和性质的学科，而流体的黏滞特性是其中重要的研究内容之一。
黏滞是液体或气体流动中的一种现象，指的是流体沿相对运动方向的内部分层的抵抗。
了解流体的黏滞特性对于许多工程和科学应用都具有重要意义，本文将从黏度、牛顿流体和非牛顿流体等方面进行分析。
一、黏度黏度是流体黏滞特性的量化指标，定义为单位面积上单位时间内流体层平行于单位法向施加的力与单位流体层之间的速度差的比值。
黏度的单位通常用帕斯卡·秒（Pa·s）或者毫帕·秒（mPa·s）来表示。
黏度可以分为动力黏度（或绝对黏度）和运动黏度（或相对黏度）两种。
动力黏度是指黏度与流体密度的比值，通常用于液体的黏度表达。
运动黏度是相对于某一体积的黏度，通常用于气体的黏度表达。
二、牛顿流体牛顿流体是一种具有线性流变关系的流体，其黏度在不同剪切速率下保持不变。
这意味着无论流体受到何种剪切力，其应变速率与应力之间的关系都是线性的。
牛顿流体的黏滞特性可以由牛顿黏度来描述，其满足牛顿流体模型的流体包括大部分液体，如水、矿物油等。
牛顿流体的黏度并不依赖于剪切速率，即使应变速率很大，流体的黏度也保持不变。
这种流体的流动方式称为层流，层流时流体的流速分布是均匀的。
三、非牛顿流体非牛顿流体是指在剪切应力作用下，其应变速率和应力之间呈非线性关系的流体。
其黏度随剪切速率的改变而改变，表现出不同的流变特性。
根据流变特性的不同，非牛顿流体可以分为剪切稀释型流体和剪切增稠型流体。
剪切稀释型流体的黏度随剪切速率的增加而逐渐降低，如颗粒悬浮液等。
而剪切增稠型流体的黏度随剪切速率的增加而逐渐增加，如墨汁、凝胶等。
非牛顿流体的黏滞特性的研究对于很多领域的应用具有重要意义，如生物学、食品工程、医药领域等。
四、应用和实验对流体黏滞特性的研究在许多工程和科学领域都具有重要意义。
比如在流体力学中，了解流体的黏滞特性有助于对管道流动、水力传动以及输送过程中的能量损失进行分析和计算。
流体的黏性特性及其影响
流体的黏性特性及其影响引言黏性是流体力学中一个重要的性质，它决定了流体在运动时的阻力以及流体的流动行为。
黏性与流体的内部粘滞程度有关，不同的流体具有不同的黏性特性。
本文将对流体的黏性特性进行详细介绍，并探讨其对流体流动的影响。
流体的黏性黏性是流体的一种性质，它是指流体在受到外力作用时，流体内部分子之间相互作用的强度与速度梯度之间的关系。
简单来说，黏性是指流体内部分子之间相互摩擦的程度。
黏性与流体内部分子之间的吸引力、排斥力以及分子间的相互作用有关。
黏性可以分为两种类型：动黏性和静黏性。
动黏性是指流体在流动过程中所表现出的黏性特性，静黏性是指在流体停止流动时所表现出的黏性特性。
通常情况下，动黏性比静黏性要大。
影响黏性的因素流体的黏性受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：温度温度是影响流体黏性的重要因素之一。
一般来说，温度升高会使流体的黏性降低，温度降低会使流体的黏性增加。
这是因为温度升高会增加分子的热运动能量，导致分子间的相互约束减弱，从而降低黏性。
相反，温度降低会使分子间的相互吸引力增强，分子的运动能量减小，从而增加黏性。
压力压力也是影响流体黏性的重要因素之一。
一般来说，压力的增加会使流体的黏性增加，压力的减小会使流体的黏性降低。
这是因为压力增加会使分子间的相互距离减小，吸引力增强，从而增加黏性。
相反，压力减小会使分子间的相互距离增大，吸引力减小，从而降低黏性。
流动速度流动速度是影响流体黏性的另一个重要因素。
一般来说，流动速度的增加会使流体的黏性降低，流动速度的减小会使流体的黏性增加。
这是因为流动速度的增加会增加流体分子间的相互摩擦减小，流动速度的减小会减小流体分子间的相互摩擦增大，从而影响黏性。
流体的化学成分流体的化学成分也会对其黏性产生影响。
不同物质的分子间相互作用力不同，因此其黏性也会有所差异。
一般来说，分子间作用力较强的流体具有较高的黏性，分子间作用力较弱的流体具有较低的黏性。
此外，分子的形状和大小也会影响黏性。
理想流体和真实流体的比较研究
理想流体和真实流体的比较研究流体力学是研究流体运动和相互作用的学科，其中涉及到理想流体和真实流体的比较研究。
理想流体是一种理论假设，它假设流体是无黏性的、可压缩性小的，而真实流体则会存在黏性和可压缩性。
本文将对理想流体和真实流体进行比较研究，以及它们在流体力学中的应用。
一、理想流体的特性理想流体是一种理想化的流体模型，它具有以下特性：1. 无黏性：理想流体假设没有内部摩擦力，即没有黏性，流体分子之间相互之间没有相互作用力。
2. 不可压缩性：理想流体假设密度恒定不变，不随外部力的作用而发生变化。
3. 无摩擦：理想流体中不存在摩擦力，流体在运动时的能量损失完全归因于形成流体流动的外力。
二、真实流体的特性真实流体是指真实世界中存在的流体，它与理想流体相比具有以下特性：1. 黏性：真实流体内部具有一定的摩擦力，即黏性，黏性的存在会导致能量损失和流动阻力。
2. 可压缩性：真实流体在受到外力作用时，会发生密度和体积的变化，即可压缩性。
3. 摩擦：真实流体中存在摩擦力，摩擦会使流体在受力作用下产生能量损失。
三、理想流体和真实流体的比较1. 黏性差异：理想流体假设没有黏性，而真实流体存在黏性。
黏性的存在会引起能量损失和阻力，限制了真实流体的流动性能。
2. 可压缩性差异：理想流体假设是不可压缩的，而真实流体是可压缩的。
真实流体在受到外部作用时，会发生密度和体积的变化。
3. 摩擦差异：理想流体中不存在摩擦，而真实流体具有内部和外部摩擦力。
摩擦会使流体流动的能量损失更大。
四、理想流体和真实流体在流体力学中的应用1. 理想流体的应用：理想流体常用于建立理论模型，方便分析和计算。
例如，在空气动力学中，常使用理想气体模型进行空气流动的研究和计算，以获得飞行器受力和阻力的特性。
2. 真实流体的应用：真实流体在实际应用中更为常见。
例如，在工程中，通过研究真实流体的黏性和摩擦特性，可以优化管道和流体系统的设计，并减少能量损失。
此外，真实流体的可压缩性也是航空航天领域中重要的研究方向，以确保航天器在高速飞行中的稳定性和安全性。
流体的基本概念和物理性质
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 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
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。
• 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。
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；
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
流体力学总结
流体力学总结第一章流体及其物理性质1. 流体：流体是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质，只要这种力继续作用，流体就将继续变形，直到外力停顿作用为止。
流体一般不能承受拉力，在静止状态下也不能承受切向力，在任何微小切向力的作用下，流体就会变形，产生流动 2. 流体特性：易流动(易变形)性、可压缩性、粘性 3. 流体质点：宏观无穷小、微观无穷大的微量流体。
4. 流体连续性假设：流体可视为由无数连续分布的流体质点组成的连续介质。
稀薄空气和激波情况下不适合。
5. 密度0limV m m V V δδρδ→==重度0lim V G Gg V Vδδγρδ→===比体积1v ρ=6. 相对密度：是指*流体的密度与标准大气压下4︒C 时纯水的密度〔1000〕之比w wS ρρρ=为4︒C 时纯水的密度13.6Hg S = 7. 混合气体密度1ni ii ρρα==∑8. 体积压缩系数：温度不变，单位压强增量引起的流体体积变化率。
体积压缩系数的倒数为体积模量1P PK β=9. 温度膨胀系数：压强不变，单位温升引起的流体体积变化率。
10. 不可压缩流体：流体受压体积不减少，受热体积不膨胀，密度保持为常数，液体视为不可压缩流体。
气体流速不高，压强变化小视为不可压缩流体 11. 牛顿内摩擦定律：du dyτμ=黏度du dyτμ=流体静止粘性无法表示出来，压强对黏度影响较小，温度升高，液体黏度降低，气体黏度增加μυρ=。
满足牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体。
12. 理想流体：黏度为0，即0μ=。
完全气体：热力学中的理想气体第二章流体静力学1. 外表力：流体压强p 为法向外表应力，内摩擦τ是切向外表应力〔静止时为0〕。
2. 质量力〔体积力〕：*种力场对流体的作用力，不需要接触。
重力、电磁力、电场力、虚加的惯性力 3. 单位质量力：x y z Ff f i f j f k m==++，单位与加速度一样2m s 4. 流体静压强：1〕流体静压强的方向总是和作用面相垂直且指向该作用面，即沿着作用面的内法线方向2〕在静止流体内部任意点处的流体静压强在各个方向都是相等的。
流体力学基本知识
第二节 流体静力学的基本概念
▪ 2、压强的计量单位
▪ (1)定义式：
▪ 国际单位制(SI)制：1N/m2=1Pa；
1bar=105 Pa
▪ 工程制： 1kgf/cm2=1kg×9.8065[m/s2]/10–4[m2]
▪
=9.8065×104 Pa
第二节 流体静力学的基本概念
▪ (2)用大气压表示： ▪ 1atm(标准大气压)=1.033 kgf/cm2 ▪ =1.033×9.8065×104 Pa=1.0133×105 Pa ▪ =1.0133 bar
第二节 流体静力学的基本概念
(3)用液柱的高度表示： p=F/A=ρVg/A=ρ(AZ)g/A=ρZg
力增大，动力消耗增大，操作费用增大； 当V一定时，u减小，则d增大，管材费用增加，流动
阻力减小，动力消耗减小，操作费用减小；在允许 范围内，从长远利益考虑，一般选择管径较大者。
第三节 管内流体流动的基本方程式
二、流体运动的类型 1、有压流： 流体在压差作用下流动，流体各个过流断面的
整个周界都与固体壁相接触，没有自由表面，这种流体流 动为有压流。 2、无压流： 流体在重力作用下流动，流体各个过流断面的 部分周界与固体壁相接触，具有自由表面，这种流体流动 为无压流。 3、稳定流动：流体在管道中流动时，若任一点的流速、压 力等有关物理参数都不随时间改变，仅随位置改变，即 u=f(x，y，z)，ut=ut+△t，则这样的流动为稳定流动。 4、不稳定流动：流体在管道中流动时，若任一点的流速、 压力等有关物理参数不仅随位置改变，而且随时间发生部 分或全部改变，即u=f(x，y，z，t)，ut≠ut+△t，这样的流 动为不稳定流动
第一章流体特性
表面张力系数α与液体的性质和温度有关，液体的α值还与液体的纯净度有关。
数学含义：垂直于流动方向的流速梯度。
u+du 对液体，压强不是很高时，压强对粘度影响很小；
流体的压缩性：在一定的温度下，流体体积随压强升高而缩小的性质。 式中， —流体的密度，kg/m3；
引进连续介质模型的必要性
（2）与两层流体的接触面积成正比；
2、流体与固体的微观的差异导致宏观表象：
（2）流体在宏观平衡状态下不能承受剪应力，任何微小的剪应力都会导致流体连续变形、平衡破坏、产生流动。
值大，表示流体的可压缩性大； 2、同心环形缝隙中的回转运动
(u+du)dt
其差别是由液体分子与固体分子之间的相互作用而形成的。
注：气体在整个流动过程中，压强和温度变化不大，其密度变 化很小，流速小于声速，可作为不可压缩流体处理。
粘性：在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形速率的能力的 量度。
牛顿内摩擦定律：
相邻两层流体作相对运动时产生的摩擦力 （1）与两层流体的速度梯度成正比； （2）与两层流体的接触面积成正比； （3）与流体物性有关；
密 度 动力黏度 气体常数
气体
105
R
气体
105
R
（kg/m3） （Pa·s） [J/(kg·K)]
（kg/m3） （Pa·s） [J/(kg·K)]
空 气 1.205 1.80
287
氮
1.16
1.76
297
二氧化碳 1.84
1.48
188
氧
1.33
2.00
2
297 甲 烷 0.668 1.34