流体的基本特性
流体力学 第1章(下) 流体的主要物理性质
连续介质假设
连续介质假设是将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空 间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。
为什么要做这样的假设呢？
对流体物质结构的简化，使我们在分析问题时得到两大方便： 第一，它使我们不考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外 力作用下的宏观机械运动； 第二，能运用数学分析的连续函数工具。因此，本课程分 析时均采用“连续介质”这个模型。
和流层问距离dy成反比；
2．与流层的接触面积A的大小成正比；
3．与流体的种类有关；
4．与流体的压力大小无关。
动力粘滞系数μ
表征单位速度梯度作用下的切应力，
Байду номын сангаас
所以它反映了粘滞性的动力性质，因此 也称为动力粘滞系数。
单位是N/m2·s或Pa·s。
运动粘滞系数ν
理解为单位速度梯度作用下的切应力对单位体
2、流体质点和连续介质模型
流体质点的概念 流体质点也称流体微团，是指尺度大小同一 切流动空间相比微不足道又含有大量分子，具有 一定质量的流体微元。 如何理解呢？
宏观上看（流体力学处理问题的集合尺度）：流体质 点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。
微观上看（分子集合体的尺度）：流体质点是一个足 够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以至于对 这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作为表征流 体物理特性的运动要素的物理量定义在流体质点上。
实例应用：以密度为例来说明物理量如何在流体质点上定义的。 假设流体微团的质量为Δm ，体积为ΔV ，则流体质点的密度 m 为Δm/ΔV lim
v 0
V
其中，ΔV的含义可以理解为流体微团趋于流体质点。
连续介质假设为建立流场的概念奠定了基础：设 在t时刻，有某个流体质点占据了空间点（x,y,z)， 将此流体质点所具有的某种物理量定义在该时刻和空 间点上，根据连续介质假设，就可形成定义在连续时 间和空间域上的数量或矢量场。
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。
流体力学中的黏性流体
流体力学中的黏性流体黏性流体是流体力学中的重要概念之一，它在实际生活和工程应用中有着广泛的应用。
本文将探讨黏性流体的基本特性、黏性流体的模型以及黏性流体在工程中的应用案例。
1. 黏性流体的基本特性黏性流体是一种具有内部黏性阻力的流体。
与无黏性流体（如理想气体）不同，黏性流体具有以下基本特性：1.1 流体的黏度黏度是黏性流体最重要的特性之一。
它描述了黏性流体内部分子之间相互作用的强度。
黏度越大，流体的黏性就越高，即流动阻力越大。
1.2 流体的粘性黏性流体具有粘性，即常常会产生阻力和内摩擦力。
当流体流动时，流体分子之间会发生相互作用，导致流动速度的差异。
这种相互作用会导致黏性流体内部的能量耗散。
1.3 流体的剪切应力黏性流体在流动过程中会受到剪切应力的作用。
剪切应力描述了流体内部不同层次之间的相对运动情况。
当黏性流体受到剪切应力时，会发生流体的变形和能量的耗散。
2. 黏性流体的模型为了研究黏性流体的性质和行为，研究者们提出了多种黏性流体模型。
下面介绍两种常用的模型：2.1 牛顿流体模型牛顿流体模型是最简单且最常用的黏性流体模型。
根据该模型，流体内部的黏性阻力与剪切速率成正比。
这意味着牛顿流体的黏度在不同的剪切速率下保持不变。
2.2 非牛顿流体模型非牛顿流体模型适用于一些特殊流体，如液晶、聚合物溶液等。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的黏度会随着剪切速率的变化而发生改变。
这种流体模型在实际应用中更加复杂，但也更加接近真实的流体行为。
3. 黏性流体在工程中的应用案例黏性流体在工程领域中有着广泛的应用。
以下是几个黏性流体在工程中的应用案例：3.1 润滑油润滑油是黏性流体的典型应用之一。
黏性流体的黏度可以调整，使其在机械设备中形成一层薄膜，减小设备零件之间的摩擦和磨损。
3.2 高分子聚合物高分子聚合物是一种非牛顿流体，常用于涂料、胶水等领域。
通过调整聚合物的黏度和流变性能，可以实现不同的涂覆和粘附效果。
3.3 食品加工在食品加工过程中，黏性流体的应用非常广泛。
流体力学基础知识
流体力学基础知识一、流体的物理性质1、流动性流体的流动性是流体的基本特征，它是在流体自身重力或外力作用下产生的。
这也是流体容易通过管道输送的原因2、可压缩性流体的体积大小会随它所受压力的变化而变化，作用在流体上的压力增加，流体的体积将缩小，这称为流体的可压缩性。
3、膨胀性流体的体积还会随温度的变化而变化，温度升高，则体积膨胀，这称为流体的膨胀性。
4、粘滞性粘滞性标志着流体流动时内摩擦阻力的大小，它用粘度来表示。
粘度越大，阻力越大，流动性越差。
气体的粘度随温度的升高而升高，液体的粘度随温度的升高而降低。
二、液体静力学知识1、液体静压力及其基本特性液体静压力是指作用在液体内部距液面某一深度的点的压力。
液体静压力有两个基本特性：①液体静压力的方向和其作用面相垂直，并指向作用面。
②液体内任一点的各个方向的静压力均相等。
2、液体静力学基本方程Ｐ＝Ｐa＋ρgｈ式中Pa----大气压力ρ-----液体密度上式说明：液体静压力的大小是随深度按线性变化的。
3、绝对压力、表压力和真空①绝对压力：是以绝对真空为零算起的。
用Pj表示。
②表压力（或称相对压力）：以大气压力Pa为零算起的。
用Pb表示。
③真空：绝对压力小于大气压力，即表压Pb为负值。
绝对压力、表压力、真空之间的关系为：Pj=Pa+Pb三、液体动力学知识1、基本概念①液体的运动要素：液体流动时，液体中每一点的压力和流速，反映了流体各点的运动情况。
因此，压力和流速是流体运动的基本要素。
②流量和平均流速：假定流体在流过断面时，其各点都具有相同的流速，在这个流速下所流过的流量与同一断面各点以实际流速流动时所流过的流量相当，这个流速称为平均流速，记作V。
单位时间内，通过与管内液流方向相垂直的断面的液体数量，称为流量。
流量可分为体积流量Qv和质量流量Qm。
Qv=V AQm=ρV A③稳定流和非稳定流：稳定流是指流体流速和压力不随时间的变化而变化的流动，反之则为非稳定流。
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
全国自考流体力学知识点汇总
3347 流体力学全国自考第一章绪论1、液体和气体统称流体，流体的基本特性是具有流动性。
流动性是区别固体和流体的力学特性。
2、连续介质假设：把流体当作是由密集质点构成的、内部无空隙的连续踢来研究。
3、流体力学的研究方法：理论、数值和实验。
4、表面力：通过直接接触，作用在所取流体表面上的力。
5、质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，因力的大小与流体的质量成比例，故称质量力。
重力是最常见的质量力。
6与流体运动有关的主要物理性质：惯性、粘性和压缩性。
7、惯性：物体保持原有运动状态的性质；改变物体的运功状态，都必须客服惯性的作用。
8、粘性：流体在运动过程中出现阻力，产生机械能损失的根源。
粘性是流体的内摩擦特性。
粘性又可定义为阻抗剪切变形速度的特性。
9、动力粘度：是流体粘性大小的度量，其值越大，流体越粘，流动性越差。
10、液体的粘度随温度的升高而减小，气体的粘度随温度的升高而增大。
11、压缩性：流体受压，分子间距离减小，体积缩小的性质。
12、膨胀性：流体受热，分子间距离增大，体积膨胀的性质。
13、不可压缩流体：流体的每个质点在运动过程中，密度不变化的流体。
14、气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。
第二章流体静力学1、精致流体中的应力具有一下两个特性：应力的方向沿作用面的内法线方向。
静压强的大小与作用面方位无关。
2、等压面：流体中压强相等的空间点构成的面；等压面与质量力正交。
3、绝对压强是以没有气体分子存在的完全真空为基准起算的压强、4、相对压强是以当地大气压强为基准起算的压强。
5、真空度：若绝对压强小于当地大气压，相对压强便是负值，有才呢个•又称负压，这种状态用真空度来度量。
6工业用的各种压力表，因测量元件处于大气压作用之下，测得的压强是改点的绝对压强超过当地大气压的值，乃是相对压强。
因此，先跪压强又称为表压强或计示压强。
7、z+p/ p g=C:z为某点在基准面以上的高度，可以直接测量，称为位置高度或位置水头.。
流体力学基本知识
第四节 流体在管道内的流动阻力
一、流体的流动类型与雷诺数 1、流体的雷诺实验 实验表明：流体在管道的流动状态分两种类型： (1)层流：流体在管内流动时，若其质点沿着与管轴平行 的方向作直线流动，整个管内流体就如一层一层的同 心圆筒在平行流动，这种流动状态称为层流或滞流； (2)湍流：流体在管内流动时，若其质点除沿着管道向前 流动外，还作无规则的杂流运动，质点间彼此碰撞互 相混合，各质点的运动速度在大小和方向上都随时发 生变化，这种流动状态称为湍流或紊流。
第二节 流体静力学的基本概念
一、流体的压力：流体垂直作用于单位面 积上的力称为流体的静压强，又称为流体 的压力； 表达式为： p=F/A p—流体的静压强 (N/m2或Pa) F—垂直作用于流体表面上的力(N) A—作用面的面积(m2)
第二节 流体静力学的基本概念
二、流体静力学基本方程式： 1、推导： 垂直方向上作用于液柱的力有： (1)作用于上底面的压力F1：F1=p1·A↓ (2)作用于下底面的压力：F2=p2·A↑ (3)液体柱重力：W=mg=ρVg=ρ(Z1 – Z2)Ag↓
第三节 管内流体流动的基本方程式
(2)质量流速ω：单位时间内流体流经管道任一截面单 位面积的质量，单位kg/m2· s；它与质量流量的关 系为ω=G/A。 假若生产流量一定，因为V=πud2/4，所以 d=[V/(0.785u)]1/2 流体流速范围参阅有关标准及根据经济权衡决定： 当V一定时，u增大，则d减小，管材费用少，流动阻 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。
建筑设备工程
—— 第一章 流体力学基本知识
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。
二. 毛细现象 １）润湿现象 当液体和固体接触时，液固界面之间会出 现两种现象：润湿和不润湿现象。
同一种液体，对不同的固体来说，它可以是润湿的，也可 以是不润湿的。润湿和不润湿现象就是液体和固体接触处 的表面现象。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。可以用其分子间相互作用力的大小来解释。
（2） 流体的可压缩性也可用压缩系数的倒数即体积弹性模量K 来描述。
K的值大，表示流体的可压缩性小；反之可压缩性大。
流体膨胀性
流体的膨胀性：在一定的压强下，流体的体积随温度的升高 而增大的性质。
1 dV 1 d 1 d 1 d ( mRgT ) 1 V dT dT dT V dT p T
形状；（3）气体既无一定的体积也无一定的形状。 3、流体在力学性能上表现处如下两个特点： （1）流体不能承受拉力，因而流体内部永远不存在抵抗拉伸变形的拉应力； （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。
二、流体质点与连续介质的概念
流体质点：流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大 的任意一个物理实体。 1、流体质点的宏观尺寸非常小； 2、流体质点的微观尺寸足够大； 3、流体质点是具有物理量。 4、流体质点的形状可以任意划定。
重
要 物
流体的粘性
理
属
性
流体的导热性
流体的压缩性
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。 （1）流体压缩性通常用体积压缩系数来表示。
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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。
第一章 流体的基本特性
将毛细管插入液体内，管内、外的液面产生高度差的现象称为毛 细现象。如果液体能润湿壁面，则管内液面升高；如果液体不能 润湿壁面，则管内液面下降。图1⁃6所示为毛细玻璃管插入水和水
银中的毛细现象。液面高度差主要取决于流体的性质和毛细管的 直径。
图1-5
液体与固体壁面的接触情况
第一章 流体的基本特性
五、液体的含气量和空气分离压 1.含气量 液体中所含空气的体积百分数称为含气量。油液中的空气有混入
和溶入两种。混入的气体呈气泡状悬浮于油液中，它对油液的体 积模量和粘滞性均产生影响，尤其对体积模量的影响极大；而溶 入气体对油液的体积模量和粘滞性影响极小。 2.空气分离压
第一章 流体的基本特性
在某一温度和压力p0下,设油液中空气溶解量为a0，当压力降为p1时， 相应的空气溶解量为a1，则a0-a1为油液中空气的过饱和量。当压 力继续下降到某一压力pe时，过饱和空气将从油液中析出而产生气
第一章 流体的基本特性
(3)相对粘度 直接测定动力粘度μ与运动粘度ν都很困难的，只能 间接测量。
第一章 流体的基本特性
图1-2 恩氏粘度计 1、2—黄铜容器 3—管嘴 4—针杆 5—温度计
第一章 流体的基本特性
(4)流体的粘温性 流体粘度随温度的变化而变化的特性称为粘温 性。
第一章 流体的基本特性
2.重度
第一章 流体的基本特性
第一章 流体的基本特性
表1-1 1atm下不同温度时水的密度和重度值
表1-2
几种常见流体的密度
二、流体的压缩性和膨胀性 当温度保持不变，流体所受的压力增大时，流体体积缩小的特性 称为流体的压缩性。当压力保持不变，流体的温度升高时，流体 体积增大的特性称为流体的膨胀性。压缩性和膨胀性是所有流体 的共同属性。 1.压缩性
【案例分析与知识拓展】 案例1：毛细现象
第一章 流体的基本特性
在自然界和日常生活中有许多毛细现象的例子。植物茎内的导管 就是植物体内的极细的毛细管，它能把土壤里的水分吸上来。砖 块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水都是常见的毛细现象，在这些物
体中有许多细小的孔道，起着毛细管的作用。在构筑冷库等地面 或地下建筑物时，在夯实的地基中毛细管又多又细，它们会把土 壤中的水分引上来，使得室内潮湿。因此，构筑冷库建筑物时， 常在地基上面敷设油毡作为防湿层，就是为了防止毛细现象造成 的潮湿。水沿毛细管上升的现象，对农业生产的影响也很大。土 壤里有很多毛细管，地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面 上来；若要保存地下的水分，就应当锄松地面的土壤，破坏土壤 表层的毛细管，以减少水分的蒸发。 案例2：滑动轴承的动压润滑原理
第一章 流体的基本特性
第一章 流体的基本特性
图1-4
例1-2图
解：轴表面的圆周速度为
第一章 流体的基本特性
第一章 流体的基本特性
第一章 流体的基本特性
四、液体的表面张力 1.表面张力 在液体的自由液面上，由于液体分子两侧分子吸引力的不平衡， 使自由表面上液体分子受有极其微小的拉力，这种仅存在于液体 自由表面上的拉力称为表面张力。 2.毛细现象
泡，这个压力pe称为该温度下的空气分离压。空气分离压与油液的 种类、温度、空气溶解量和混入量有关。通常是油温高、空气溶 解量或混入量越大，则空气分离压越高。 第二节 作用在流体上的力
第一章 流体的基本特性
流体总是在一定的固定边界内运动的，流体与固体边界之间的相 互作用，就是力的体现。要研究这些力，首先应以流体为讨论对 象，研究流体所受的力，其中包括边界对流体的作用力；然后再
第一章 流体的基本特性
2.膨胀性
三、流体的粘滞性 凡是流体都具有流动性，流动的实质是流体内部发生了切向变形。 用一根棍棒搅动盆中的水，水在盆中沿一个方向作旋转流动，将
棍棒取出，水的旋转速度将变慢直至停止。这说明在水的运动过 程中，在水内部及水与盆壁间有阻滞水运动的因素。 1.流体粘滞性实验
第一章 流体的基本特性
表1-3 正常压力下水的运动粘度与温度的关系
(5)理想流体 自然界中存在的流体都具有粘滞性，统称为粘性流 体或实际流体。
第一章 流体的基本特性
图1-3
例1-1图
解：以管子中心轴为横坐标表示流速wg，
第一章 流体的基本特性
以垂直中心轴沿管径方向的轴为纵坐标表示长度y，绘制流速分布 图，得“wg-y”曲线，如图1-3所示。