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流体力学教案

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教学单元一流体基本概念

1流体的定义和连续介质假设

第一节

一、流体的定义和特性

1.定义：

通俗定义：能流动的物质为流体。液体和气体看作为流体。

力学定义：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质。

流体与固体的基本区别是具有流动性。

2.特性

流动性：流体在静止时不能承受剪切力的性质。

表现：

(1)静止时不能承受切向力：

(2)流体无固定形状，由约束它的边界决定；

(3)运动和变形联系在一起。

3.液体和气体的异同

(1)液体和气体的不同点

①气体比液体易压缩；

②气体一定充满容纳它的容器，没有自由表面；

③气体比液体易变形。

(2)液体和气体的共同点：两者均具有易流动性

——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.

二、流体的连续介质假设

1.连续介质假设：把流体看成是由无限多连续分布的流体

微团(或质点)组成的无空隙的连续介质。

流体微团：体积为无穷小的含有众多分子的微量流体，

可看作一个质点。

微观角度

流体力学

提问：连续介质假设有什么实际意

义呢?

局限性：

对某些特殊问题不适用，如火箭在高空非常稀薄的气体中飞行及高真空技术，此时分子距与设备尺寸相比就不

可忽略了。

臣创从表“在

标淮大0K

-

压下常用液体的物

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2.意义：当流体被看作连续介质后，表征流体性质的密度、

速度、压强、温度等物理量在流体中也应该是连续分布的。

可将流体的各物理量看作是空间坐标和时间的连续函数，可

以用连续函数的解析分析法等数学工具来研究流体的平衡和

运动规律，而不必研究微观分子的运动。

2流体的压缩性和膨胀性

导言：流体的运动由流体本身的内在物理性质和流体所在

的外界条件决定。我们首先来了解影响流体运动的内因：表

征流体宏观机械运动的主要物理性质。

一、密度：

单位体积流体所具有的质量。用符号p表示。单位kg/m3

均质流体定义式：

非均质流体定义式为：(某点)

二、相对密度：

是指某种流体的密度与4℃时水的密度的比值，用符号d来

表示。

定义式：d=pc/p

式中pr——流体的密度，kg/m3;

px——4℃时水的密度，kg/m3

三、流体的压缩性和膨胀性

1.流体的膨胀性

膨胀性：在一定的压强下，流体的体积随温度的升高而增

大的性质称为流体的膨胀性。

体胀系数：表征流体膨胀性的大小，表示当压强不变时，

理性质”中可以查到流体有关的物理性质

例子：

膨胀性：气体被加热后会爆

炸

压缩性：自行车打

气筒

又称体积膨胀系

数

在其他书中也有用

符号βy

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升高单位温度所引起流体体积的相对增加量。用符号αy表

示，单位：1/℃,1/K。

表示的。

又称压

缩系数。

在其他书中也有用符号βp

表示的。

从表“水的体胀系数”中可以看到水的体胀系数

定义式：

关于av

1/℃,1/K,

(1)液体的体胀系数很小；

(2)大多数液体体胀系数ay随压强的增加稍为减小；

水在低于50℃时，av随压强的增加而增大。

水的膨胀性的应用举例

水的膨胀性虽小，产生的膨胀力却很大，能引起管道、设备的连接件松动，甚至使管道、设备等破裂，所以水暖系统中要设膨胀水箱以保证安全。

2.液体的压缩性

压缩性：在一定的温度下，流体的体积随压强的升高而缩

小的性质。

(1)压缩率：表征流体压缩性的大小，表示当温度保持

不变时，单位压强增量所引起流体体积的相对缩小量。用符

号k表示，

单位：m2/N。

定义式：

m2/N

流体压缩性的大小也可以用弹性模量表示。

(2)弹性模量：为压缩率的倒数，工程上常用体积弹性模量

Ey来衡量体积膨胀性：

关于x

N/m3

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(1)液体的压缩率很小；

(2)气体的压缩性要比液体的压缩性大的多；

工程上，不同压强和温度下气体的密度可按下式计算：

式中：po为标准状态(0℃,760mmHg)下某种气体的密

度。

例1有一采暖系统如图所示。水箱内温度40℃,压强

10.13×104Pa,水泵从水箱吸水流量48m3/h,水泵出口水压

49.33×104Pa,采暖锅炉出口水温90℃。查得40℃水的

Ev=20200×105Pa;p1107,40℃≤t0≤90℃,av

L

L

qv?,P?,t?

锦

Pa,to

qvt,Pi,t?

q

用户

=5.4×10-41/℃。

求泵出口水管体积流量和锅炉出水管体积流量。

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