流体力学流体性质

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1、流体力学基本概念流体的定义研究流体的连续介质模型流体的基本物理性质流体定义流体是气体和液体的总称。大气和水是最常见的两种流体。流体力学中研究得最多的流体也是水和空气。流体的主要特性就是它的“流动性”。定义：流体就是在剪切外力的作用下会发生流动（持续变形）的物体。流体在静止时不能承受剪切力，不管多么小的切向应力，只要持续地施加，都能使流体流动发生任意大的变形。流动性流体在静止时只有法向应力,而没有切向应力。一般都是各向同性流体这与分子结构、分子间作用力性质相关。连续介质假设基本现象：流体由大量分子组成，分子间的真空区其尺度远大于分子本身。每个分子无休止地作不规则运动，相互间经常

2、碰撞。因此流体的微观结构和运动无论在时间和空间上都充满着不均匀性，离散性和随机性。而流体的宏观结构和运动却都明显地表现出一定的均匀性、连续性和确定性。连续介质假设基本思想：我们所研究的对象是物体的宏观运动，即大量分子的平均行为，不必考虑单个分子的运动细节。因此当研究物体的变形、流动等宏观运动特征时，就可以将物体作为一种连续体对待。（要解决的是：应当用怎样的方法去把一个由分子和原子组成的质点系统“等效地”代换为一个连续体，即应如何规定连续体的质量、能量、动量等物理量在空间的分布?）。连续介质假设连续介质假设认为：真实流体可近似地看作是由紧凑连续分布的‘流体质点’所构成的连续介质

3、。流体质点:是大量流体分子的集合，而且要求流体质点微观上是充分地大，以保证流体质点中包含足够多的分子，对它们进行统计平均能取得稳定的宏观量值，不会因少量分子出入流体质点而影响该宏观量值。在宏观上要充分地小,以致可以把流体质点近似地看成在几何上没有维度的点。准平衡假设经宏观上这样选取尺度后，流体质点所具有的宏观物理量，在流体域内是连续分布的，从而才构成了各种物理量场，注意：另一方面，对流体分子团（质点）进行统计平均的时间dt,也是微观上足够长，宏观上足够短。微观上，分子碰撞已经许多次，足够进行统计平均得到稳定的数值.而宏观上又足够的短，可以看作为一个‘瞬间’，一个‘时刻’。准平

4、衡假设假设流体质点内所经历的热力过程是局部准平衡过程，即假设流体质点在偏离某一热力平衡状态后会立刻恢复平衡并达到新的平衡状态，具有时时确定并且随时间连续变化的宏观物理特性参数值。流体问题定义为：连续地充满整个流动空间的‘流体质点’的运动问题。每个空间点和每个时刻都有确定的物理量（值），它们是空间坐标和时间的连续函数。可以用数学分析、场论等数学工具来研究流体质点流体质点具有时时确定并且随时间连续变化的宏观物理特性参数值。可以用数学分析、场论等数学工具来研究流体质点尺度事实合理性空间dx冰点温度和一个大气压下，10-9厘米3的体积中含有气体分子数为:2.71010个（分子）水:

5、31013个分子时间dt而在10-9厘米3体积内，10-6秒时间内，分子碰撞1014次，而驰豫时间为10-9秒左右。(驰豫时间为流体质点在失衡后达到新平衡的时间)连续介质假设对一般气体和液体，均成立。流体微团流体微团：尺度无穷小的流体质点系其中宏观物理特性值存在微分的差异。连续介质假设:说明另外，一个给定的体积能否看成流体质点，还依赖于所研究问题的空间尺度。对于研究对象的宏观尺度和物质结构的微观尺度量级相当的情况，连续介质假设不适用。如在分析空间飞行器和高层稀薄大气的相互作用时，飞行器尺度与空气分子平均程尺度相当。流体宏观物理性质易流动性(已讲过)惯性（质量、密度）可压缩性

6、粘性热传导扩散性表面张力特性等等流体的宏观性质是微观性质的统计平均。惯性惯性：物体保持原有运动状态的性质。质量是用来度量物体惯性大小的物理量。密度：单位体积内的质量。密度数学上，0(x,y,z)空间位置ρ=[ML-3]kg·m-3量纲：单位：密度均质比容(比体积)v：密度的倒数v=1/单位体积流体的重量：重度=g(N/m3)相对密度:d=/4度水流体的压缩性流体质点的密度随压力p或温度T而改变的性质热力学系统（流体质点）的平衡态，可用两个独立的状态参数来描述。其它状态参数由状态方程来确定压缩程度用密度或比容v的相对变化量d/或dv/v来确定流体的压缩

7、性状态(p,T)由变化至(p+dp,T+dT)时，微分(变化量)相对变化量或流体的压缩性定义等压膨胀系数和等温压缩系数（物性系数由实验测量确定）流体的压缩性等温压缩系数的倒数为体积弹性模量E表示体积相对变化所需的压强增量。E越大，越不易被压缩。对完全气体，状态方程pv=RT或p=RT=1/T,=1/p对均质液体而言，在正常条件下，它的状态方程为密度=常数0流体的压缩性由于液体的热容量很大（即加减很多热量，而温度T变化很小），其压缩过程常可视为等温过程。液体的等温压缩系数在压力不是很高