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流体力学总复习 第1章、流体的定义与物理性质 一、主要内容 1.1、流体的定义： 流体是一种受任何微小的剪切力作用时，都会产生连续变形的物质。能够流动的物体称为流体，包括气体和液体。 1.2、流体力学的研究对象： 流体力学是以流体为研究对象，研究流体处于平衡和运动状态时的力学规律(如：压力与速度分布等)，以及流体与固体的相互作用及流动过程中的能量损失。 本章的主要内容可以总结为三个三：这就是三个基本特征；三个基本特性；三个力学模型。 1.3、流体的三个基本特征： 1.3.1、易流性： 流动性是流体的主要特征。 组成流体的各个微团之间的内聚力很小，任何微小的剪切力都会使它产生变形，(发生连续的剪切变形)——流动。 1.3.2、形状不定性： 流体没有固定的形状，取决于盛装它的容器的形状，只能被限定为其所在容器的形状。 1.3.3、绵续性： 流体能承受压力，但不能承受拉力，对切应力的抵抗较弱，只有在流体微团发生相对运动时，才显示其剪切力。因此，流体没有静摩擦力。 1.4、三个基本特性 1.4.1、流体的惯性： 物质维持原有运动状态的特性称为惯性，它是物质本身固有的属性，运动状态的任何变化都必须克服惯性的作用。 衡量惯性大小的物理量是质量，也可以用单位体积的质量即密度表示。 (1)、流体的密度： 流体的密度是指单位体积的流体的质量。 (2)、流体的比容： 流体的比容是指单位质量流体的体积。 (3)、流体的重度： 流体的重度是指单位体积的流体所具有的重量(所受的重力)。 (4)、流体的比重： 流体的比重是指流体的重量与温度为时同体积蒸馏水的重量之比，无量纲。 (5)、混合气体的密度： 混合气体的密度可按各组份气体所占体积百分数计算。 1.4.2、流体的压缩性与膨胀性： (1)、流体的压缩性： 流体的体积随压力变化的特性称为流体的压缩性。压缩性的大小用压缩系数来度量。即： 或： 压缩系数的倒数称为体积模量(或弹性系数)，即： 体积模量物理意义是压缩单位体积的流体所需要做的功，它表示了流体反抗压缩的能力。值越大，说明流体越难压缩。 (2)、流体的膨胀性： 流体的体积随温度变化的特性称为膨胀性。膨胀性的大小用体膨胀系数来度量，即： 1.4.3、流体的粘性： (1)、流体的粘性： 粘性是流体阻止其发生剪切变形的一种特性，是由流体分子的结构及分子间的相互作用力所引起的。流体的粘性是流体的固有属性。 (2)、牛顿内摩擦定律： A）流体的内摩擦切应力： 当相邻两层流体发生相对运动时，各层流体之间将因其粘性而产生摩擦力(剪切力)，摩擦应力的大小为： 切应力是粘性的客观表现。速度梯度和流体的变形密切相关，速度梯度愈大，变形愈快，粘性力愈大。 B）牛顿通过实验证明： 内磨擦力的大小与两层之间的速度差及流层接触面积的大小成正比，而与流层之间的距离成反比，即： (3)、粘度： 流体粘性的大小用粘度来表示，粘度是流体粘性的度量，它是流体温度和压力的函数。 A)动力粘度： 是指速度梯度为时的流层单位面积上的内磨擦力。 动力粘度表征了流体抵抗变形的能力，即流体粘性的大小。它是与流体的种类、温度和压强有关的比例系数，在一定温度和压强下，它是个常数。它的单位为； B)运动粘度： 工程中还常用动力粘度和流体密度的比值来表示粘度，称为动力粘度，单位是。 (4)温度对粘性的影响： 温度对液体和气体粘性的影响截然不同。温度升高时，液体的粘性降低。温度升高时，气体的粘性增加。 1.5、三个力学模型 1.5.1、连续介质模型： 流体由大量的分子组成。当从宏观角度来研究流体的机械运动，而不涉及微观的物质结构时，就可以认为流体是由无穷多个连续分布的流体微团组成的连续介质。这种流体微团虽小，但却包含着为数甚多的分子，并具有一定的体积和质量，一般将这种微团称为质点。 连续介质中，质点间没有空隙，质点本身的几何尺寸，相对于流体空间或流体中的固体而言，可忽略不计，并设质点均质地分布在连续介质之中。 流体的这种“连续介质模型”的建立，是对流体物质结构的简化，为研究流体力学提供了很大的方便。 根据流体的连续介质模型，任意时刻流动空间的任一点都为相应的流体质点占据，表征流体性质和运动特性的物理量一般为时间和空间的连续函数，就可以应用数学分析中连续函数这一有力工具来分析和解决流体力学问题。 1.5.2、不可压缩流体模型： 通常把液体视为不可压缩流体，即忽略在一般工程中没有多大影响的微小的体积变化，而把液体的密度视为常量。 通常把气体作为可压缩流体来处理，特别是在流速较高、压强变化较大的场合，它们的体积的变化是不容忽视的，必须把它们的密度视为变量。 1.5.3、理想流体模型： 理想流体就是完全没有粘性的流体。 实际流体都具有粘性，称为粘性流体。当分析比较复杂的流动时；若考虑粘