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一、流体的物理性质
/ h, D% S: c6 Q8 T8 r. } 1．连续介质假定 ; T2 p I5 ?& A* e5 C
（1）将流体视为由无数微团或质点组成的密集而无间隙的连续介质； 9 T( ~' B' n5 | T4 X: x
（2）连续性假设并不是在任何情况下都适用，如高真空下的气体就不能视为连续介质。 & [/ X6 ~9 c: r% c: d3 _" G
2．流体的密度和比容 ( @/ ~% E$ X# J) p5 l9 E
（1）密度的定义与性质 1 S) F5 E; n A6 _ _: ~! [) Q
流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。
. s1 L6 c. c$ H/ ]& _2 X z / ]0 [7 l# r2 }, j5 {2 E* {
比体积是指密度的倒数，以符号υ表示，它是指单位质量流体所占有的体积，即
" G' q2 D0 {8 S+ q ? 2 H0 P- Z0 v& J1 h" b! \
液体的密度随着压力和温度的变化很小，一般可忽略不计，因此ρ＝常数。气体的密度随温度、压力改变较大。低压气体的密度可近似按理想气体状态方程计算 ( l I& Z2 _& g2 Z' K1 n
3 d' Z! c* O6 x 高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。 * j1 j. @% u0 \7 A
（2）流体混合物的密度 - s1 v$ k# N. q! d0 n# W, ^# z# ^
①液体混合物的组成常用质量分数表示。以1kg液体混合物为基准，设各个组分在混合前后体积不变（理想溶液），则1kg混合物的体积等于各组分单独存在时体积之和，即
_, M2 R- Q2 j' X a& X% j7 _" x 5 C* U- i3 d- F/ H! x3 W
ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3； ) e0 c# A6 O4 G/ W$ n& W
ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。
3 s. p3 F! K' }+ C6 ` ②气体混合物的组成常用体积分数φ表示。以1m3气体混合物为基准，各组分的质量分别为φAρA，φBρB，φnρn，则1m3气体混合物的质量等于各组分质量之和，即 8 ]+ F- h1 G: C; ^
ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn
" c4 L9 b9 H6 B9 t φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。
. p; F9 r3 J) a 3．流体的膨胀性和压缩性 ) u, l* M1 Q3 v/ U5 O
（1）膨胀性
! J! l. n$ I* V, V# J 流体的膨胀性是指流体温度升高时其体积会增大的性质。膨胀性的大小用体积膨胀系数α表示。 3 ]0 m- H; f- W2 ~5 t) l# ]
9 K" b- T4 P. t1 a
dT——流体温度的增量，K； $ p6 M/ E! _9 T h
dv/v——流体体积的相对变化量。 $ ?' L# Z, b7 f: M0 M
液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。
: C" s+ J! A. l! d, }- \! R （2）可压缩性
, _9 R; _) _% F2 |- s5 e 可压缩性是指流体受压力作用其体积会减小的性质。流体可压缩性的大小用体积压缩系数β来表征。
% v! _# H$ D5 Y$ {
. n8 N# F1 _, e+ G |4 r, b 负号表示dv与dp的变化方向相反。
- c2 d! `1 Q' l 由于ρv＝1，故上式又可以写成 $ e# x( a* C( t2 }. F
1 e7 O y* A3 e! u9 Y% |
由β的表达式知，β值越大，流体越容易被压缩；反之，不易被压缩。
) H& w+ q. f) y0 U 4．流体的黏性 * T. B P# Z( ] J4 a) i4 E6 J
（1）牛顿黏性定律 + _) e U+ M' \3 {
流体在运动时，任意相邻流体层之间存在着抵抗流体变形的作用力，称为剪切力（内摩擦力）。流体的黏性是指流体所具有的在其内部产生阻碍自身运动的特性。 3 d: s* W3 I9 S% P7 l# Q' K2 L
①黏性的产生原因 $ h4 F: P/ |9 B
a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力； % t- z% U# Q2 z
b．流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。
7 y0 `' v4 Z) p7 {& b9 G ②牛顿黏性定律
8 s, w6 x' _, ]; m: ] & o0 D8 K p* Y- F, Z
τ——剪应力或内摩擦力，N/m2； 4 y# E; c- F* T! }
μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s； / H! V2 s) Z$ D0 ?
dux/dy——速度梯度，1/s。 5 t8 Z; ~% f' h% T$ |# v
负号表示τ与速度梯度的方向相反。
' l4 D" @) q9 }% y, B$ |- j （2）流体的黏度
! K5 `3 o! Y4 F. L* f) s! D μ表示单位速度梯度下流体的内摩擦力，它直接反映了流体内摩擦力的大小。在SI制中，μ的单位为N·s/m2或Pa·s。以前单位有泊（P）或厘泊（cP），换算关系为：1Pa·s＝10P＝1000cP。 + Q) \3 H! K5 ~, c; X# z
运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值，以ν表示 : J, [8 L5 \% ^
- |0 S9 I( g2 X$ x) q/ W
在SI制中，ν的单位为m2/s，其非法定单位为cm2/s（St），它们的关系为 8 L7 R) F# R# d, g5 u7 L
1St＝100cSt＝10－4m2/s 5 p2 z- d- X+ }$ _( t- c8 f3 o
当温度升高或压力降低时，液体黏度降低；温度降低、压力升高时，液体黏度增大。当温度升高时，气体黏性增大；当压力提高时，气体黏度减小。 # o0 D8 `; d5 r9 Z
（3）理想流体与黏性流体 * x- F5 z' D* C/ ^- M8 x
黏性流体或实际流体是指具有黏性的流体。理想流体是指假想的、完全无黏性（μ＝0）的流体。 : m" M$ ^5 S V2 e/ R
二、流体静力学
! M: A6 \0 m) W8 G. _3 w/ L 1．静止流体的压力特性 1 F% e m4 R2 z; R
（1）静压力的定义 ) r" l; x5 S- V0 M4 |& u
静止流体内部没有剪应力，只有法向应力。静压力是指法向应力，以p表示。 7 m0 E: z$ e* B! E; _
（2）静压力的特性 % B3 Y) j! [- y1 w) X
①流体静压力垂直于其作用面，其方向为该作用面的内法线方向；
& [; i0 a$ s, s. w; _ ②静止流体中任意一点处的静压力的大小与作用面的方位无关，即同一点上各方向作用的静压力值相等。 ; ` D! n' g) D" ]1 s2 }; D
（3）静压力的单位 5 E0 V, C& J2 v( R, d4 b
在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。 8 ~# I0 i. i% F7 ]6 ^$ {; ^1 q" `
一些常用压力单位之间的换算关系如下：
1 Z) { x" R, I8 B6 G6 Q # d$ V5 G- |5 x7 u4 @% t" f9 \
! T- a. r. r2 X G$ S6 D1 z
. E% V( R6 C5 O# d5 S8 o+ T" R8 B- I
/ U% r7 q# N: Z# B4 m8 d* u
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