流体及其主要物理性质

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1、第一章流体及其主要物理性质§1-1流体的概念§1-2流体的主要物理性质§1-3作用在流体上的力1、定义：指具有流动性且自身不能保持一定形状的物体，如气体和液体。一、流体的定义和特征流动即流体受切应力时产生的变形§1-1流体的概念2、特征流体只能承受压力，不能承受拉力，在即使是很小剪切力的作用下也将流动（变形）不止，直到剪切力消失为止。没有固定的形状，液体的形状取决于盛装它的容器；气体完全充满容器。流体具有可压缩性；液体可压缩性小，水受压从1个大气压增加至100个大气压时，体积仅减小0.5%；气体可压缩性大。流

2、体具有明显的流动性；气体的流动性大于液体。3、物质的三态在地球上，物质存在的主要形式有：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。液体和气体的区别：（1）气体易于压缩；而液体难于压缩；（2）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。有无固定的体积？能否形成自由表面？是否容易被压缩？流体气体无否易液体有能不易呈现

3、流动性？流体固体液体、气体与固体的区别微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的随机性使得流体的各物理量在时间和空间上的分布都是不连续的。宏观上：当所讨论问题的特征尺寸远大于流体的分子平均自由程时，可将流体视为在时间和空间连续分布的函数。问题的提出二、 流体质点与流体的连续介质模型（连续介质假设）宏观（流体力学处理问题的尺度）上看，流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。微观（分子自由程的尺度）上看，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，以致于对这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作

4、为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。流体质点概念微观：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，但在标准状况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。1cm3气体中含有2.7×1019个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.2×10-7cm。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分子碰撞时间大得多。（1）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

5、一定质量的流体微元。（2）流体连续介质模型：连续介质：质点连续地充满所占空间的流体或固体。连续介质模型：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量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)。问题的提出流体质点的运动过程是连续的；表征流体的一切特性可看成是时间和空间连续分布的函数流体介质是由连续的流体质点所组成，流体质点占满空间而没有间隙。连续介质假设连续介质假设是近似的、宏观的假设，它为数学工具的应用提供了依据，在其它力学学科也有广泛应用，使用该

6、假设的力学统称为“连续介质力学”。除了个别情形外，在水力学中使用连续介质假设是合理的。特例航天器在高空稀薄的空气中的运行血液在毛细血管中的流动连续介质假设模型是对物质分子结构的宏观数学抽象，就象几何学是自然图形的抽象一样。除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用连续介质模型作理论分析。只研究连续介质的力学规律。问题：按连续介质的概念，流体质点是指:A、流体的分子；B、流体内的固体颗粒；C、几何的点；D、几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。优点：排除了分子运动的复杂性。物理量作为时空连

7、续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。由瑞士学者欧拉（Euler）1753年首先建立，这一假定在流体力学发展上起到了巨大作用。如果液体视为连续介质，则液体中一切物理量（如速度、压强和密度等）可视为空间（液体所占据空间）坐标和时间的连续函数。研究液体运动时，可利用连续函数分析方法。三、流体的分类（1）根据流体受压体积缩小的性质，流体可分为：可压缩流体（compressibleflow）：流体密度随压强变化不能忽略的流体。不可压缩流体（incompressibleflow）：流体密度随压强变化很小，流

8、体的密度可视为常数的流体。(a)严格地说，不存在完全不可压缩的流体。(b)一般情况下的液体都可视为不可压缩流体（发生水击时除外）。(c)对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为不可压缩流体。(d)管路中压降较大时，应作为可压缩流体。可压缩流体和不可压缩流体压缩性是流体的基本属性。任何流体都是可以压缩的，只不过可压缩的程度不同而已。液体的压缩性都很小，随着压强和温度的变化，液体的密度仅有微小的变化，