流体的基本性质
流体基本性质
流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的压强，又称为 流体的压力。作用于整个面上的力称为总压力。 在静止流体中，从各方向作用于某一点的压力大小均相等。 压力单位:
1 atm = 101325 Pa = 760 mmHg =10.33 mH2O = 1.033 kgf/cm2
顾丽莉
基准压强
表压＝绝对压力－大气压力
真空度＝大气压力－绝对压力
流体基本性质
5.剪切力和黏度 剪切力（剪力）：平行作用于任意流体微团的表面力。 剪应力：单位面积上所受的剪力。 剪力实质上是流体流动产生的内摩擦力，这种性质，称为 黏性。黏性越大，内摩擦力越大，流体流动性越差。 牛顿黏性定律 两流体层之间单位面积上的内 摩擦力（即剪应力）τ 与垂直 于流动方向的速度梯度成正比。
du dy
F
dy y
u＋du u
μ称为流体的黏度或动力黏度； du/dy表示速度沿法线方向上的变化率，即速度梯度
流体基本性质
动量传递的方向是由高速层向低速层传递，即与速度梯度 的方向相反。无论是气体或液体，剪应力的大小即代表此 项动量传递的速率。 两层流体相对静止时τ =0，不存在内摩擦力。 满足牛顿黏性定律的流体称为牛顿型流体。 牛顿型流体：空气、水等 非牛顿型流体：泥浆、血浆、悬浮液、油漆、油脂。
流体基本性质
1.连续介质的假定 连续性假定：流体是由无数质点组成的，彼此间没有间隙， 充满所占空间的连续介质。 注意：在真空、稀薄气体的情况下，此假定不再成立。
2.流体的压缩性 不可压缩流体：液体 可压缩流体：气体 关注密度随压力和温度的变化
顾丽莉Βιβλιοθήκη 流体基本性质3.作用在流体上的力 体积力 表面力 4.压力和静压力
流体基本性质
流体运动知识点总结
流体运动知识点总结流体运动是流体力学中的一个重要分支，研究流体在不同条件下的运动规律。
在日常生活和工程实践中，我们经常会遇到各种流体运动现象，比如水流、空气流动等。
深入了解流体运动的知识，对于理解自然界的规律，提高工程设计和应用水平都具有重要意义。
下面我们将对流体运动的相关知识点进行总结。
一、流体的基本性质1. 流体的定义：流体是指具有形状可变性的物质，包括液体和气体。
2. 流体的基本性质：流体具有密度、压力、黏性和流体的动力学粘性等基本性质。
3. 流体的状态方程：描述流体状态的方程，比如理想气体状态方程pV=nRT等。
二、流体的运动描述1. 流体的描述方法：欧拉描述和拉格朗日描述。
2. 流体的速度场：描述流体中各点的速度情况，通常用速度矢量场来表示。
三、流体的运动方程1. 流体的连续性方程：描述流体质点的数量守恒原理。
2. 流体的动量方程：描述流体中各点的运动规律。
3. 流体的能量方程：描述流体在运动过程中能量转换的规律。
四、粘性流体运动理论1. 纳维-斯托克斯方程：描述不可压缩粘性流体运动的基本方程。
2. 边界层理论：描述在流体运动中流体与固体边界的交互作用。
五、流体运动的数学描述1. 流体的势流：满足无旋无源条件的流体流动。
2. 流体流动的控制方程：包括连续性方程、动量方程和能量方程等。
六、常见的流体运动现象和应用1. 层流和湍流：描述流体运动中不同的流动特性。
2. 球体在流体中的运动：包括绕流、绕流和绕流现象的运动规律。
综上所述，流体运动是一个复杂的物理现象，涉及到流体的基本性质、运动描述、运动方程、数学描述等多个方面。
理解流体运动的知识，对于提高工程水平，改善生活环境都具有重要意义。
希望通过本文的介绍，读者能对流体运动有一个更深入的了解。
流体知识点总结
流体知识点总结一、流体的基本性质1. 流体的定义和分类流体是指物质的一种状态，不固定的形状和体积，能够流动。
根据流体的粘性和压缩性，流体可分为理想流体和真实流体两大类。
理想流体是一种没有黏性和压缩性的流体，其运动规律可以用欧拉方程描述，而真实流体具有一定的粘性和压缩性，其运动规律则需用纳维-斯托克斯方程描述。
2. 流体的密度和压强流体的密度是指单位体积内的质量，通常用ρ表示。
流体的压强是指单位面积上的力，通常用p表示。
密度和压强是描述流体基本性质的重要参数，它们与流体的运动和压力有着密切的关系。
3. 流体的黏性和运动流体的黏性是指其内部分子间存在的摩擦力，使得流体在运动时具有阻力。
黏性是影响流体流动的一个重要因素，它使得流体在流动时会出现一些特有的现象，如粘滞流动、湍流等。
流体的运动规律受到黏性的影响，需要用纳维-斯托克斯方程来描述。
二、流体静力学1. 流场及其描述流场是指流体中任意空间中各点速度和密度的分布状态，可以分为定常流场和非定常流场。
描述流场的方法通常有拉格朗日描述和欧拉描述两种。
2. 流体的静力学平衡流体的静力学平衡是指在无外力作用时，流体处于静止状态的平衡规律。
根据流体受力的性质，静力学平衡可以分为流体的静平衡、压强平衡和重力平衡。
3. 流场的描述方法欧拉描述和拉格朗日描述是流体静力学研究的两种基本方法。
欧拉描述是以空间任意一点作为参照系来描述流体状态和运动规律，而拉格朗日描述则是以流体质点为参照系来描述流体运动。
三、流体动力学1. 流体的运动规律根据流体的运动性质，流体运动可以分为层流和湍流两种。
层流是指流体在运动中，各层流体分层并按某种规律运动的现象，而湍流则指流体在运动中乱七八糟、无规律的运动现象。
2. 流体的动能和动量流体的动能是指流体由于运动而具有的能量，通常用K表示，而流体的动量则是指流体在运动中具有的动能量，通常用L表示。
动能和动量是描述流体动力学运动规律的关键参数，与流体的流速、流量、压力等有着密切的关系。
流体的基本性质
流体流动的机械能损失
流体在流动过程中， 由于摩擦、碰撞、涡 旋等因素，会产生机 械能损失。
减小机械能损失的方 法包括优化管道设计、 选择合适的流体输送 方式等。
机械能损失会导致流 体压力和速度的降低， 从而影响流体的输送 效率。
管道中的速度分布
速度分布规律
在管道中，流体的速度分布取决于流体类型、管道形状和流速等 因素。
层流与湍流
在管道中，流速较低时，流体呈层流状态；流速较高时，流体呈 湍流状态。
速度梯度
在管道中，流体的速度梯度与流速和管道半径有关，影响着流体 流动的特性。
管道中的流动阻力
流动阻力产生
流体在管道中流动时，会受到摩擦力、惯性力、重力等阻力作用。
03
流体动力学基础
流体静力学
静止流体
流体处于静止状态，没有相对运动， 压力、密度和温度等物理量分布均匀。
流体静压力
流体静平衡
流体在静止状态下，由于受到重力作 用，会产生压强差，但流体会自动调 整密度分布，使得压强差消失，达到 静平衡状态。
流体静压力是指流体在静止状态下对 垂直面的压力，其大小与流体的密度 和重力加速度有关。
阻力系数
描述流体流动阻力的参数，与流体类型、管道形状和流速等因素有 关。
减少阻力措施
可以通过优化管道设计、减小流速、选择合适的流体等方法来减少 流动阻力。
06
流体流动的能量转换与损 失
伯努利方程
伯努利方程描述了流体在流动过程中，由于高度、速度和压力变化而引起的能量转 换关系。
当流体在管道中流动时，随着流速的增加，流体的压能会相应减少，而动能则会增 加。
流体力学基础流体的性质与流体力学原理
流体力学基础流体的性质与流体力学原理流体力学基础——流体的性质与流体力学原理流体力学是研究流体运动和流体力学基本原理的学科，广泛应用于航空、航海、能源、化工等领域。
本文将介绍流体的性质以及流体力学的基本原理。
一、流体的性质流体指的是气体和液体，在力学中被视为连续介质。
流体具有以下几个主要的性质：1. 可流动性：与固体不同，流体具有较低的粘性和内聚力，因此可以流动。
流体的流动性使其在工程领域中应用广泛，并且流体力学正是研究流体流动的力学学科。
2. 不可压性：对于液体来说，密度变化相对较小，一般可视为不可压缩的。
而对于气体来说，变化较大的压力会引起密度变化，所以流体力学中对气体流动的研究需要考虑密度的变化。
3. 流体静力学压力：流体静力学压力是由于流体自身重力或外力作用下的压力差异引起的。
流体中的每一点都承受来自其周围流体的压力。
4. 流体动力学压力：流体动力学压力是由于流体的动力作用引起的压力差异。
当流体以较高速度通过管道或物体时，流体动力学压力扮演着重要的角色。
二、流体力学原理流体力学原理是研究流体运动的基本规律，它由庞加莱提出的运动方程、贝努利定律、连续方程等组成。
以下将分别介绍这几个基本原理：1. 流体运动方程：流体运动方程描述了流体在空间中运动的规律。
流体运动方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程指出质量在流体中不会凭空消失或产生；动量守恒方程描述了流体运动中受到的作用力和压力的关系；能量守恒方程则研究了流体在流动过程中的能量转化。
2. 贝努利定律：贝努利定律是流体力学中最为著名的定律之一。
它说明了在无粘度和定常状态下，流体在不同位置的速度、压力和高度之间存在着一种平衡关系。
贝努利定律在飞行器设计和管道流动等领域中有广泛的应用。
3. 材料导数：材料导数是流体力学中用来描述物质随时间变化的速率的重要概念。
对于流体来说，由于其非刚性的特性，物质随时间的变化需要通过材料导数来描述，它包括时间导数和空间导数。
1流体力学基础
第二节 流体静力学
一、流体静力学概念 研究流体静止或平衡时的力学规律及其工程应 用的科学。
由于静止流体无相对速度，不呈现粘滞性， 不存在切力，也不能承受拉力，故其所受的力 只能是压力。
二、压强 在静水中，取一微小面积Δw,其上作用静 水压力ΔP，则面积上的平均压强
三、静止流体压强的两个特性： (1)静止压强的方向 必然沿着作用面的内法线方向，即垂直指向 作用面。这是因为静止流体内的应力只能是压 应力； (2)流体中任一点静水压强的大小
雷 诺 实 验 与 雷 诺 数
在一端装有阀门的长玻璃 管中充满水，稍开启阀门 放水，并由小管注入有颜 色水流，则可见管内颜色 水成一稳定细流，这种流 型称为层流。当阀门开大， 水流速增加时，管中有色 线产生振荡波动．再开大 阀门到一定程度，流速增 大，水流中色线掺混紊乱， 此时称为紊流。
2、雷诺数 英国物理学家雷诺曾作过试验并得到判断 流型的计算式，称为雷诺公式：
与作用的方向无关。换言之，一点上各个方向 的压强均相等。这是因为静止流体中某一点 受四面八方的压应力而达到平衡。
四、流体静力学基本方程
其中，ｐ０——液面压强；ｐ——液体内 部某点的压强； ——容重；ｈ——深度。
它表示静止液体中，压强随深度按直线变化的规 律。任一点的压强由p0和ｈ两部分组成。压强 的大小与容器的形状无关。 .深度相同，压强相同。由于液面是水平面，所以 这些压强相同的点组成的面是水平面，即：水 平面是压强处处相同的面。所以，水平面是等 压面。两种不相混杂的液体的分界面也是水平 面，自由表面是水深为０的各点组成的等压面。 注意：该规律是同种液体处于静止、连续的条件 下推出，所以，只适用于静止、同种、连续的 液体。
3、沿程损失和局部损失
化工原理流体知识点总结
化工原理流体知识点总结一、流体的基本性质1. 流体的定义流体是指在受到作用力的情况下，能够流动的物质，包括液体和气体。
2. 流体的分类（1）牛顿流体：满足牛顿流体定律的流体，即剪切应力与剪切速率成正比。
（2）非牛顿流体：不满足牛顿流体定律的流体，如塑料、胶体等。
3. 流体的性质（1）密度：单位体积流体的质量，通常用ρ表示，单位kg/m³。
（2）粘度：流体流动时的内部摩擦阻力，通常用η表示，单位Pa·s或mPa·s。
（3）表观黏度：流体在管道中流动时表现出的粘度，通常用μ表示，单位Pa·s或mPa·s。
（4）流变性：流体在外力作用下的形变特性，包括剪切流变和延伸流变。
4. 流体的运动（1）层流：流体呈层状流动，流线平行且不交叉。
（2）湍流：流体呈旋涡形式混合流动，流线交叉且无规律。
二、流态力学1. 流体静压（1）静压力：流体在容器中受到的压力，通常用P表示，单位Pa。
（2）流体的压强：P = ρgh，其中ρ为流体密度，g为重力加速度，h为液面高度。
（3）帕斯卡定律：在静止流体中，内部任意一点的压力均相等。
2. 流体动压（1）动压力：流体在流动状态下受到的压力。
（2）动压公式：P = 0.5ρv²，其中ρ为流体密度，v为流体的流速。
3. 流体的质量守恒（1）连续方程：描述流体在流动中的质量守恒关系。
（2）连续方程公式：ρ1A1v1 = ρ2A2v2，其中ρ为流体密度，A为管道横截面积，v为流速。
4. 流体的动量守恒（1）牛顿第二定律：描述流体在流动中的动量守恒关系。
（2）牛顿第二定律公式：F = ρQ(v2 - v1)，其中F为管道上流体受到的合力，Q为流体流量，v为流速。
三、流体的运动1. 流体的流动类型（1）层流：小阻力、流速较慢。
（2）湍流：大阻力、流速较快。
2. 流体的流动参数（1）雷诺数：描述流体流动状态的无量纲参数，Re = ρvD/η，其中D为管道直径。
流体力学的基本理论和应用
流体力学的基本理论和应用流体力学是研究流体运动规律的一门学科，其范围涉及气体、液体和等离子体等。
流体力学的研究对象是流体运动中各种物理量的变化规律，如速度、密度、压力、温度等。
它的研究领域广泛，从天气预报到飞机设计、石油勘探，都离不开流体力学的理论和应用。
1. 流体力学的基本理论流体力学的基本理论包括流体的性质、流体方程、流体的运动学和动力学方程等。
1.1 流体的性质流体有四种基本性质，即密度、压力、温度和粘度。
密度是指单位体积内质量的大小，压力是单位面积受到的力的大小。
温度是流体内部分子热运动的平均程度，粘度是流体阻力大小的表征。
1.2 流体方程流体方程主要包括连续性方程和动量守恒方程。
连续性方程描述了质量守恒的规律，即在任何一个时间和空间点，通过一个截面进入的质量等于通过该截面流出的质量。
动量守恒方程描述了流体中动量守恒的规律。
1.3 流体的运动学流体的运动学研究的是流体在时间和空间上的运动规律。
就速度场而言，它可以用速度矢量场描述。
在三维空间中，一个流体速度场是指有三个分量的三维矢量场。
1.4 流体的动力学方程流体的动力学方程是研究流体运动的方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这些方程可以用于描述流体在空间中的各种运动方式。
2. 流体力学的应用流体力学的应用非常广泛，它不仅是科学研究领域中不可或缺的一部分，也是工程设计、生物医学和化学工程等领域必不可少的一门技术。
以下是几个流体力学应用领域：2.1 飞机设计飞机设计需要对空气流动进行深入研究。
流体动力学理论可以帮助设计人员优化飞机的翼型和发动机喷口设计，以减少空气阻力和提高飞机性能。
流体动力学还可以帮助研究飞行器的失速问题，并提出优质的控制方法。
2.2 汽车行驶汽车行驶的过程中，空气阻力会影响汽车的速度和燃油消耗。
通过流体力学研究，在设计汽车的外形和风阻系数时，可以优化方案以降低空气阻力。
2.3 气象预报气象预报是一项很重要的工作，流体力学理论可以用于研究气象现象，用以预测天气。
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1.2.3 流体的粘性
液体：当两层液体作相对运动时 ，两层液体分子的平均距离 加大，吸引力随之增大，这 就是分子内聚力。
气体：气体分子的随机运动范围 大，流层之间的分子交换频 繁。两层之间的分子动量交 换表现为力的作用，称为表 观切应力。
流体的粘性就是由内摩擦产生， 是两层流体间分子内聚力和 分子动量交换的宏观表现。 液体粘性主要取决于分子间 的引力，气体粘性主要取决 于分子的热运动。
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边界不可滑移条件
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1.2.3 流体的粘性
牛顿内摩擦定律
两板之间速度存在线性分布：
u( y) Uy / b
剪应力与流体变形率成正比：
F U /b
A
牛顿粘性(内摩擦)定律：粘性切应力
壁面不滑移假设
由于流体的易变形性，流体 与固壁可实现分子量级的粘附 作用。通过分子内聚力使粘附 在固壁上的流体质点与固壁一 起运动。即：流体与固体表面 可实现分子量级的接触，达到 表面不滑移。
• 库仑实验间接地验证了壁面不滑移假设； • 壁面不滑移假设已获得大量实验证实，被称为壁面不 滑移条件 (no-slip condition)。
1.2.3 流体的粘性
流体的粘性：当相邻两层流体之间发生相对运动时，在两层流
体的接触面会产生对于变形的抗力，与固体不同的是，这种 抗力不是与流体的变形大小有关，而是与流体的变形速度成 比例，流体这种抵抗变形的特性就称为粘性。
固体：固体表面之间的摩擦是滑动摩擦，即摩擦力，摩擦力与 固体表面状况有关。
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1.2.3 流体的粘性
• 常温常压下水的动力粘度是空气的55.4倍
水
1103 Pa s 0.01P
空气 1.8105 Pa s 0.00018P
• 常温常压下空气的运动粘度是水的15倍
水 1106 m2 / s 0.01cm2 / s
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第一章 流体的基本性质
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1.1 流体的定义
流体的定义：在任何微小的剪切力的作用下都能 够发生连续变形的物质称为流体。通俗的说法 就是，能够流动的物质叫流体。
A fluid is a substance which deforms continuously under the application of a shear stress.
与速度梯度成正比，比例系数称粘
性系数(coefficient of viscosity)，也称
为动力粘度。
du
dy
#与固体的虎克定律作对比： f = kx
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1.2.3 流体的粘性
粘度
μ的全称为动力粘度(dynamic viscosity),根据牛顿粘性定律可得:
形。
当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分恢复，流体则 不作任何恢复。
在弹性范围内，固体变形与作用力成正比，遵守Hooke定律， 固体内的切应力由剪切变形量(位移)决定；而流体内的切应力 与变形量无关，由变形速度(切变率)决定，遵守Newton内摩擦 定律。
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du dy
单位： 牛顿 秒 / 米2＝N s / m2 kg /(s m) 帕 秒＝Pa s
工程中常常用到运动粘度(kinematic viscosity)用下式表示:
＝ Biblioteka 单位： 米2 / 秒 m2 / s
这里， 是流体密度， 单位： 千克 / 米3 kg / m3
液体：分子间作用力介于固体和气体之间，没有固体形状， 但有一定的体积，不能承受拉力，剪切力。
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1.2.2 流体的易变形性
流体的易变形性：在受到剪切力持续作用时，固体的变
形一般是微小的(如金属)或有限的(如塑料)，但流体
却能产生很大的甚至无限大(只作用时间无限长)的变
1.2.1 流体的易流动性
流体的易流动性：流体间的分子作用力较小，很难象固体那样 保持一定的固定形状，只要有外界的作用力或能量(势能)不 平衡，就会发生流动。
固体：分子间作用力大，分子只能在平衡位置作微小振动， 有固定形状，能承受压力，拉力，剪切力。
气体：分子间作用力很小，分子接近自由运动，没有固体形 状和体积，不能承受拉力，剪切力。
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1.2.3 流体的粘性
流体的粘性：流体流动时产生内摩擦力的性质称为流体的粘性。 流体内摩擦的概念最早由牛顿(I. Newton, 1687)提出。由库仑 (C.A. Coulomb, 1784)用实验得到证实。
库仑把一块薄圆板用细金属丝 平吊在液体中，将圆板绕中心转 过一角度后放开，靠金属丝的扭 转作用，圆板开始往返摆动，由 于液体的粘性作用，圆板摆动幅 度逐渐衰减，直至静止。库仑分 别测量了普通板、涂腊板和细沙 板，三种圆板的衰减时间。
空气 15105 m2/s 0.15cm2/s
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1.2 流体的特性
流体的易流动性 (fluidity) 流体的易变形形 (deformability) 流体的粘性 (viscosity) 流体的可压缩性 (compressibility)
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1.2.3 流体的粘性
三种圆板的衰减时间均相等。
库仑得出结论: 衰减的原因，不是圆板与液体之间的相 互摩擦 ，而是液体内部的摩擦 。
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1.2.3 流体的粘性
壁面无滑移条件(no-slip condition)