1、第1章 流体的物理性质（ Physical Properties of Fluid ）目的：目的： 流体的流体的物理性质是决定流体运动规律的内物理性质是决定流体运动规律的内 因因。内容：内容： 连续介质假设连续介质假设 流体的流动性、粘性、可压缩性等物理性质流体的流动性、粘性、可压缩性等物理性质 作用在流体上的力。作用在流体上的力。流体质点流体质点：含有大量分子而体积：含有大量分子而体积 足够小的足够小的流体团流体团。是能给出流体稳定平均值的最小体积单位。是能给出流体稳定平均值的最小体积单位。1.2 1.2 流体的连续介质假设流体的连续介质假设 连续介质假设的涵义连续介质假设的涵义：空间任意点
2、上的物理量就是指位于该：空间任意点上的物理量就是指位于该点的流体质点的物理量，而且点的流体质点的物理量，而且是是连续可微函数连续可微函数。连续介质假设连续介质假设：流体是由连续分布的流体质点：流体是由连续分布的流体质点 所组成。所组成。流体密度：流体密度：物理上小体积物理上小体积 数学上：几何点数学上：几何点 密度密度(density)(density)：()intheSIsystem比容(specificvolume)：重度（重度（specificweightspecificweight）：）：（）比重（specificgravity）：1.31.3流体的物理性质流体的物理性质 1.3.11
3、.3.1流动性流动性 (fluidity)(fluidity) 流动性、粘性、可压缩性、扩散性和热传导性。流动性、粘性、可压缩性、扩散性和热传导性。 流体在任意小的剪切力作用下，将发生流体在任意小的剪切力作用下，将发生连续不断连续不断地地变形，剪切力消失，变形停止。变形，剪切力消失，变形停止。1.1.牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律NewtonsNewtons实验：实验： 发现粘俯现象（内摩擦力）；发现粘俯现象（内摩擦力）； 发现内摩擦（剪应）力和变形速率呈线性发现内摩擦（剪应）力和变形速率呈线性1.3.2 1.3.2 粘性粘性(viscosity)(viscosity)运动粘性系数（运动粘性系数
4、（mm22/s /s）。（常温常压下）（常温常压下）ybFAU内摩擦力。内摩擦力。产生原因产生原因：分子引力；分子动量交换。分子引力；分子动量交换。动力粘性系数动力粘性系数（Pa.sPa.s）。）。 值越大，流体越粘，抵抗值越大，流体越粘，抵抗变形运动的能力越强。变形运动的能力越强。1.3.2 1.3.2 粘性粘性(viscosity)(viscosity)3 3. . 牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体 牛顿流体牛顿流体: : 的流体。剪应力的流体。剪应力和变形速率满足线性关系。和变形速率满足线性关系。 非牛顿流体非牛顿流体： 的流体。剪的流体。剪切应力和变形速率不满足线性关系。切应力
5、和变形速率不满足线性关系。 m1牛顿流体和非牛顿流体O2 2. . 理想流体与粘性流体理想流体与粘性流体 理想流体理想流体： 的流体（无粘性流体）的流体（无粘性流体） 粘性流体粘性流体： 的流体（真实流体）的流体（真实流体）不可压缩流体：不可压缩流体： 液体和低速流动的气体（液体和低速流动的气体（70m70ms s）可作为不可压缩可作为不可压缩流体处理。但水中爆炸、击水或研究水声的传播等问题流体处理。但水中爆炸、击水或研究水声的传播等问题中，必须考虑液体的压缩性。中，必须考虑液体的压缩性。压缩性：压缩性：流体的密度或容积随压力或温度变化的性质。流体都流体的密度或容积随压力或温度变化的性质。流体
6、都是可压缩的。是可压缩的。1.3.31.3.3压缩性（压缩性（compressibilitycompressibility）(bulkmodulus)(bulkmodulus)其中其中，。声速（声速（speedofsoundspeedofsound）: :(isentropic)(isentropic)完全气体完全气体(PerfectorIdealGas):(PerfectorIdealGas): (theequationofstate)(theequationofstate)正压流体正压流体: : （isothermalprocess)(isentropicprocess)isotherma
7、lprocess)(isentropicprocess)1.3.31.3.3压缩性（压缩性（compressibilitycompressibility）1.4 1.4 流体的界面现象和性质流体的界面现象和性质1.1.互不掺混流体界面上存在表面张力互不掺混流体界面上存在表面张力 （surfacetensionsurfacetension）2.2.流体与固壁界面表面张力流体与固壁界面表面张力毛细现象：毛细现象：气、液、固三种界面之间的浸润作用。气、液、固三种界面之间的浸润作用。3.3.流流- -固界面上速度的连续性固界面上速度的连续性粘性流体：粘性流体：界面上流体速度和固体运动速度相等。界面上流
8、体速度和固体运动速度相等。（无滑移条件）（无滑移条件）理想流体：理想流体：界面上允许流体切向滑移，但不能穿透，即界面上允许流体切向滑移，但不能穿透，即界面上流界面上流- -固速度的法向投影相等固速度的法向投影相等（不可穿透条件）（不可穿透条件） 1.5 1.5 作用在流体上的力作用在流体上的力 重力场中：单位质量质量力：单位质量质量力：质量力的合力：质量力的合力：1. 1. 质量力（体积力）：质量力（体积力）：透过物质传递的力。透过物质传递的力。分离体内任取一微元体积分离体内任取一微元体积 ，其质量，其质量SV2. 2. 表面力：表面力：外界通过接触传递的力，用应力来表示。外界通过接触传递的力
9、，用应力来表示。表面力的合力表面力的合力: :3. 3. 理想（静止）流体中一点处的应力理想（静止）流体中一点处的应力 Pascals lawPascals law 理想（静止）流体中没有切应力理想（静止）流体中没有切应力 ，只承受压力，只承受压力 ，不能承受拉力不能承受拉力 表面力只有法向压应力表面力只有法向压应力p pSV 压力是唯一的表面力，指向作用面的内法线方向；压力是唯一的表面力，指向作用面的内法线方向； 压力只是位置和时间的函数，与作用面的方位无关。压力只是位置和时间的函数，与作用面的方位无关。 Thepressureatapointinafluidatrest,orinmotion,isindependentofThepressureatapointinafluidatrest,orinmotion,isindependentofdirectionaslongastherearenoshearingstressespresent.Thisdirectionaslongastherearenoshearingstressespresent.ThisimportantresultisknownasimportantresultisknownasPascals lawPascals law. .图1.5.2 理想流体中一点的应力D可以证明：可以证明：
