第一章 流体及其主要物理性质

第一章 流体及其主要物理性质

主要内容：

? 预备知识：单位制及其换算关系 ? 流体的概念 ? 流体的主要物理性质 ? 作用在流体上的力

预备知识 1、单位制

单位制 质量 M 物理单位 (CGS) 工程单位 (MKFS) 国际单位 (MKS) 注： CGS=Centimeter-Gram-Second(units) 厘米-克-秒(单位制) MKFS=Meter-Kilogram-Force-Second(units) 米-千克力-秒(单位制) MKS =Meter-Kilogram-Second(units) 米-千克-秒(单位制)

2、 换算关系

力： 1公斤力＝9.8牛顿＝9.8×10达因 1克力＝980达因 1公斤力＝1000克力

质量：1公斤力·秒2/米 ＝9.8×103克

1千克＝0.102公斤力·秒/米

2

52长度 L 时间 T 力 F 克 厘米 秒 达因 公斤力﹒秒/米 米 秒 公斤力 千克 米 秒 牛顿 （kg·m/s2） 第一节 流体的概念

一、流体的概念

自然界的物质有三态：固体、 液体、气体

从外观上看，液体和气体很不相同，但是从某些性能方面来看，却很相似。流体与固体相比，分子排列松散，分子引力较小，运动较强烈，无一定形状，易流动，只能抗压，不能抗拉和切。

流体：是一种受任何微小剪切力都能连续变形的物质。它是气体和液体的通称。 二、流体的特点

微观 分子排列紧密 液体 分子排列松散 气体 易流动，只受压力，不受拉力和切力，没有固定形状，受到微小的剪切力就产流动性 生变形或流动 有固定的体积 压缩性 粘性 why？ 温度对粘性的影响：产生粘性的主要因素不同 （1）气体：T升高 ，μ变大 分子间动量交换为主 （2）液体：T升高 ，μ变小 内聚力为主

三、连续介质假设——连续性说明（稠密性假设） 1、假设的内容：1753年欧拉（数学家）

从微观上讲，流体由分子组成，分子间有间隙，是不连续的，但流体力学是研究流体的宏观机械运动，通常不考虑流体分子的存在，而是把真实流体看成由无数连续分布的流体微团（或流体质点）所组成的连续介质，流体质点紧密接触，彼此间无任何间隙。这就是连续介质假设。

流体微团（或流体质点）：基本单位

宏观上足够小（无穷小），以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；

微观上足够大（无穷大），它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统

不易压缩 粘性大，随温度增加粘性下降 →分子间的吸引力（内聚力） 没有固定的体积 易压缩 粘性小，随温度增加粘性上升 →分子间的碰撞、动量交换 计学性质。

2、引入意义：第一个根本性的假设

将真实流体看成为连续介质，意味着流体的一切宏观物理量，如密度、压力、速度等，都可作为时间和空间位置的连续函数，使我们有可能用数学分析来讨论和解决流体力学中的问题。

3、假设的局限性：

对稀薄气体，不能适用，必须考虑为不连续流体。

流体在各种不同水力现象中的表现，取决于： 内因：流体本身的物理性质——第二节 外因：作用在流体上的力——第三节

第二节 流体的主要物理性质

一、密度和重度

1、密度：单位体积流体的质量，ρ（density ）

均质：

??MV

非均质： ?(x,y,z)??(r?)

??dM?MdV??limV?0?V

M——流体质量（kg） V——流体体积（m3） 单位：千克/米3 （kg/m3） 水的密度：1000kg/m3＝1g/cm3

2、重度：单位体积流体的重量，γ（specific weight）

均质：

??GV

??dG?G非均质：

dV??limV?0?V

单位：牛顿/米3 （N/m3）

3、密度与重度的关系 牛顿第二定律：G?Mg→ GMgV?V →

???g 水的重度：9800N/m3

4 、相对密度（比重）:δ或d（specific gravity）

（1）液体的相对密度：液体的重量与同体积4oC蒸馏水重量之比。g＝9.8m/s2

????水＝??水

因为：蒸馏水在4oC密度最大，为1000kg/m3 例：??0.85???0.85?9800N/m

（2）气体的相对密度：气体的重度与同温同压下的空气重度之比。 （3）相对密度的单位：1（无量纲） 水银的相对密度：

?Hg?13.63

v?15、气体的比容(v)：单位重量气体的体积

二、压缩性和膨胀性

1、压缩性（Compressibility）：

? ，在热力学中，用的较多。

（1）定义：温度不变时，流体在压力作用下体积缩小的性质。 （2）体积压缩系数

?p：（coefficient of volume compressibility）温度不变时，压强增加一个

单位，体积的相对变化量。

?p??dVV1dp?p?? 或

?V1V0?p dV——体积改变量 V——原有体积 dp——压强改变量 负号说明：保证

?p永远为正，Δp与ΔV符号相反。

（3）单位：1/Pa 或1/大气压

（4）说明：表1-2表明液体压缩性很小

??MV?ConstΔV很小→

→液体??常数

2、膨胀性 （expansibility）：

（1）定义：压力不变时，温度升高，流体体积增大的性质。

（2）体积膨胀系数?t：（Coefficient of volumetric expansion）压力不变时，温度增加一个单位，体积的相对变化量。

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