工程流体力学第二章 流体及其物理性质new

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1、第二章流体及其物理性质本章内容本章内容一、流体的定义和特征二、流体连续介质模型三、流体的密度相对密度比容四、流体的压缩性和膨胀性五、流体的黏性六、作用在流体上的力第一节流体的定义和特征在地球上，物质存在的形式主要有：固体、液体和气体流体和固体的区别：从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力不同。固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。第一节流体的定义和特征液体和气体的区别：气体易于压缩；而液体难于压缩；液体有一定的体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状的容器，无一定

2、的体积，不存在自由液面。液体和气体的共同点：两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。第二节流体的连续介质模型微观：流体由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存在空隙，流体并不连续。标准状况下，1mm3液体中含有3.4×1019个分子，相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。1mm3气体中含有2.7×1016个分子，相邻分子间距离约为3.2×10-6mm。观看录像》blyd.rm宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用的一切特征尺度和特征时间都比分子距离和碰撞时间大得多。第二节流体的连续

3、介质模型连续介质（continuousmedium）质点连续地充满所占空间的流体或固体。连续介质模型（continuousmediummodel）把流体视为由流体质点没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，表征流体状态的宏观物理量（速度、温度、压强、密度等）都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u=u(t，x，y，z)这就是1755年欧拉提出的“连续介质模型”。点击这里练习一下第二节流体的连续介质模型问题：按连续介质的概念，流体质点是指：（D）A、流体的分子；B、流体内的固体颗粒；C、几何点D、几何尺寸同流动空间相比是极小量

4、，又含有大量分子的微元体什么是流体质点？包含有足够多流体分子的微团，在宏观上流体微团的尺度和流动所涉及的物体的特征长度相比充分的小，小到在数学上可以作为一个点来处理。而在微观上，微团的尺度和分子的平均自由行程相比又要足够大。第二节流体的连续介质模型连续介质模型的优点：排除了分析运动的复杂性物理量作为时间和空间上的连续函数，则可以方便地利用连续函数这一数学工具来研究问题。第三节第三节流体的密度流体的密度相对密度相对密度比容比容密度：单位体积内流体所具有的质量。密度表征流体在空间的密集程度。mlim3密度：kgmV0Vm对于

5、均质流体：＝V1比体积（比容）：密度的倒数。v相对密度：d＝式中，f－流体的密度（kg/m3）fw3w－4℃时水的密度（kg/m）第三节第三节流体的密度流体的密度相对密度相对密度比容比容混合气体的密度：page7第四节第四节流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性(compressibility)在一定的温度下，单位压强增量引起的体积变化率定义为流体的压缩性系数，其值越大，流体越容易压缩，反之，不容易压缩。定义式：dVVdVkdpVdp由于流体被压缩后质量m是不发生变化的，因此有dm=d(ρV)=ρ

6、dV+Vdρ=0dVd即：V第四节第四节流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性体积模量（bulkmodulusofelasticity）流体的压缩性在工程上往往用体积模量来表示，体积模量是体积压缩率的倒数：1VdpKkdVk和K随温度和压强而变化，但变化甚微。说明：a.K越大流体越不易压缩，K趋向无穷大时，表示该流体不可压缩；b.流体的种类不同，其k和K值不同；c.在一定温度和中等压强条件下，水的体积模量变化不大。V1一般工程设计中，水的K＝2×109Pa，说明∆p=1个大气压时，。∆p不V20000大的条件下，水的

7、压缩性可忽略，相应的水的密度可视为常数。第四节第四节流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性流体的膨胀性当压强一定时，流体温度变化体积改变的性质称为流体的膨胀性，膨胀性的大小用温度体胀系数来表示。体胀系数：dVVdVaVdTVdT式中dT或dt为温度增量；dVV为相应的体积变化率。由于温度升高体积膨胀，故二者同号。单位为1/K或1/℃。水在不同温度下的膨胀系数如表1－4所示。第四节第四节流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性可压缩流体和不可压缩流体根据流体受压体积缩小的性质，流体可以分为：a.可压缩流体(compressible

8、flow)流体密度随压强变化不能忽略的流体（ρ≠Const）。b.不可压缩流体（incompressibleflow）流体密度随压强变化很小，流体的密度可视为常数的流体（ρ＝Const）【注】