第二章 流体的主要物理性质

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1、欢迎使用《工程流体力学》多媒体授课系统燕山大学《工程流体力学》课程组2.1流体的概念及连续介质假设2.2流体的密度、重度、比体积与相对密度2.3流体的热膨胀性和可压缩性2.4流体的粘性第二章流体的主要物理性质2.1流体的概念及连续介质假设一、流体的概念凡是没有固定的形状，易于流动的物质就叫流体。二、物质的物理属性比较在常温常压下，物质可以分为固体、液体和气体三种聚集状态。它们都具有下列物质的三个基本属性：（1）由大量分子组成，（2）分子不断地作随机热运动，（3）分子与分子之间有相互作用力。I从宏

2、观上看同体积内所包含的分子数目：气体<液体<固体II同样分子间距上的分子相互作用力：气体<液体<固体气体分子的运动具有较大的自由程和随机性，液体次之，而固体分子只能绕自身的位置作微小的振动III固体、液体和气体宏观的表象差异固体有一定的体积也有一定的形状；液体有一定的体积而无一定的形状；气体既无一定的体积也无一定的形状。IV固体、液体和气体力学性能比较：固体可以承受拉力、压力和切应力；液体却只能承受压力，几乎不能承受拉力，在极小的切应力作用下就会出现连续的变形流动，它只呈现对变形运动的阻力，不能

3、自行消除变形。这一特性称为流体的易流动性。这是流体区别于固体的根本标志。气体与液体性能相近，主要差别是可压缩性的大小。气体在外力作用下表现出很大的可压缩性，而液体则不然。在通常的温度下水所承受的压强由0.1MPa增加到10MPa时，其体积仅减少原来的0.5%，而气体的体积与压强按波义尔马略特定律成反比关系。可见气体的可压缩性比液体的大很多。三、连续介质假设流体质点：包含有大量流体分子，并能保持其宏观力学性能的微小单元体。连续介质的概念：在流体力学中，把流体质点作为最小的研究对象，从而把流体看成

4、是由无数连续分布、彼此无间隙地占有整个流体空间的流体质点所组成的介质连续介质模型的意义：（1）、流体质点在微观上是充分大的，而在宏观上又是充分小的。流体质点在它所在的空间就是一个空间点。当我们所研究的对象是比粒子结构尺度大得多的流动现象时，就可以利用连续介质模型。（2）、流体宏观物理量是空间点及时间的函数，这样就可以顺利地运用连续函数和场论等数学工具研究流体平衡和运动的问题，这就是连续介质假设的重要意义。2.2流体的密度、重度、比体积与相对密度流体具有质量和重量，流体的密度、重度、比体积与相对密

5、度是流体最基本的物理量。单位体积的流体所具有的质量称为密度，以ρ表示。对于均质流体，各点密度相同，即ρ=m/V(2-1)式中m——流体的质量(kg)V——质量为m的流体所占有的体积(m3)单位体积的流体所受的重力称为重度，以γ表示。对于均质流体，各点所受到的重力相同，即有γ=G/V(2-2)式中G——流体的所受的重力（N）V——重力为G的流体所占有的体积(m3)流体的密度和重度有以下的关系：γ=ρg或ρ=γ/g(2-3)式中g——重力加速度，通常取g=9.81m/s2。密度的倒数称为比体积，以υ

6、表示υ=1/ρ=V/m(2-4)它表示单位质量流体所占有的体积。对于非均质流体，因质量非均匀分布，各点密度不同。取包围空间某点A在内的微元体积ΔV,设其所包含的流体质量为Δm,重量为ΔG,则当ΔV→0时,A点的密度、重度和比体积分别为(2-5)(2-6)(2-7)流体的相对密度是指流体的重度与标准大气压下4℃纯水的重度的比值，用d表示。d=γ流/γ水=ρ流/ρ水(2-8)很明显，比重是一个无量纲的纯数。几种常见物质在标准大气压下的物理性质见表2-1。液体种类温度t0C密度/(kg/m3)相对密

7、度d粘度104/(Pas)饱和蒸气压pv/(kPa)体积弹性系数K10-6/(Pa)水蒸气四氯化碳原油汽油甘油空气二氧化碳一氧化碳水银水熔化生铁20202020202020202020200.747158885667812581.2051.841.16135509987000—1.590.860.681.26———13.560.9987.010.1019.7722.9149000.180.1480.18215.610.1——12.1—550.000014———0.000172.34——1

8、100——4350———262002070—2.3流体的热膨胀性和可压缩性一、热膨胀性在一定压强下，流体体积随温度升高而增大的性质称为流体的热膨胀性。热膨胀性的大小用体积膨胀系数α表示，它的物理意义是单位温度变化所引起的体积的相对变化率，即(2-9)式中α——体积膨胀系数（1/K）V——流体的体积（m3）ΔV——流体体积的增加量（m3）ΔT——温度的增加量（K）液体的热膨胀性很小，一般可忽略不计。气体的热膨胀性相对很大，一般不可忽略，当气体压强不变时，温度每升高1K，体积便增大到273K时体积的