注电考试最新版教材-第119讲流体力学

1、第六章流体力学第一节流体的主要物理性质一、流体和连续介质模型流体包括液体和气体。液体的体积有一定的大小并可以形成自由表面；气体则没有固定的体积，能充满整个容器。两者都几乎不能承受拉力.在静止状态下不能承受任何微小的剪切力， 在剪切力 作用下将产生连续的变形（即流体的易流动性）。承受压力时，液体不容易被压缩气体则容易被 压缩。液体和气体都是由分子组成的。这些分子不断地作无规则的热运动，分子之间又存在着空隙。 因此，从微观的角度看，对流体的物理量的描述在时间上的分布是不连续的，在空间上的分布也是不连续的。但是，标准情况下，在每立方厘米的气体中约有 2.7 X 10 1个分子，在每立方厘米的 液体中

2、约有3.3 X 1022个分子。也就是说，工程问题中，任何一个宏观体积所包含的分子数目都 是非常多的，而我们所感兴趣的流体的宏观特性就变成了所包含的大量分子的统计平均特性。因此,我们所讨论的流体并不以分子作为对象而是以一个引进的连续介质模型进行研究：认为流体是由连续分布的流体质点所组成的。或者说流体质点完全充满所占空间， 没有空隙存在。描述流体运动的 宏观物理量如密度、速度、压强、温度等等都可以表示为空间和时间的连续函数，这样，就可以 充分利用连续函数来对流体进行研究，不必考虑其微观的分子运动，只研究流体的宏观的机械运动。二、惯性、质量和密度惯性就是物体所具有的反抗改变原有运动状态的物理性质。

3、表示惯性大小的物理量是质量。质 量愈大，惯性愈大，运动状态愈难改变.单位体积内所具有的质量称为密度，以 p表示。对于均质流体式中M为质量，以千克（kg）计.V为体积，以立方米（mi）计。所以p的单位为kg/m3密度与温度和压强有关，表 6- 1-1列出了在标准大气压下几种常见流体的密度值。几种常见流体的密度轟611谦体温度Ct）41000水银0is10201030空201.20Hit157007500Ci” 8045790R00二氧化廣01.9764 C的水的密度之有的书上还会提到相对密度和容重的概念。相对密度是指物质的密度与 比，以S表示。显然相对密度S是无量纲数。容重指单位体积内所具有的重

4、量，以丫表示，丫 =p g （式中g为重力加速度）.三、黏性流体在静止时不能抵抗剪切变形。但当两层流体之间有相对运动时，在它们的接触面上就会产 生内摩擦力：运动快的流层对运动慢的流层产生拖动作用. 运动慢的流层对运动快的流层产生阻力。 这种内摩擦力起阻止流体内部相对运动的作用。 流体具有内摩擦力的特性就是流体的黏性。 或者说 黏性就是流体具有抵抗剪切变形的能力。 由于流体的黏性，流体在运动过程中必须为克服内摩擦力 而做功，由此导致能量损失，从而使流体的运动变得更为复杂。根据牛顿内摩擦定律流层间的内摩擦力T的大小与流体的性质有关，并与流速梯度光和接T pA触面积A成正比，与接触面上的压力无关。即

5、以应力表示为式中卩一一黏性系数或黏度，或称动力黏性系数（动力黏度）单位；du两流层间的速度差（见图 6-1-1 ）;，以帕秒（N s / m 2）为dy两流层间的距离.石为速度在垂直于速度的方向上的变化率也称为速度梯度。可以证明，流速梯度代表了角变形速度。因此牛顿内摩擦定律说明了流体的切应力与 角变形速度成正比。固体的切应力是和角变形的大小成正比的，而流体的切应力则 和角变形速度成正比，即只要有一定大小的切应力存在，角变形将以一定的速度进 行，只有切应力等于零，角变形才会停止。Jd圈 6-1-1黏性系数卩反映了流体黏性的大小，不同种类的流体 卩值不同，同种流体的卩值也随温度而变 化：液体的卩值

6、随温度升高而减小；气体的卩值随温度升高而增大。在实用范围内卩值可以认为与 压强的变化无关。在流体力学中还常常出现 卩/ p的形式，我们将它称为运动黏性系数(运动黏度)， 用u表示：v =巴(6-1-4)Pu的单位为m2/ s或cm2/ s 表6-1-2 和表6-1-3中列出了水和空气的动力黏性系数 卩 和运动黏性系数u随温度变化的情况水的謝性系數瑚遍度的变化舉6-i-i點性系數-制度05101520304&50SO708090JOOtN * 5/rns)L 793L519L 3饰1.005a sol0.656Q. 549Cl 4S9o. 4oe0, 3570, 3170. 264以皿1, 79

7、21.5H1,30ftHlLOOT0. SU40.曲】0-5560M7?0.415013670.0. 9&空气的黏性系数丽温度的变化秦6 13黏性系数02040600IDO140ISO220EJGO300Xl?N *17. 0918.0819. C419.972a AS2L 35214425h 052氐S328. 05跚46携】卩(irf/s)13w 2015*0016. 9018.铀20, 9Q23. (W27.40S2. 337. 104Z.4048.10并不是所有流体都符合牛顿内摩擦定律的。有些流体不满足切应力与角变形速度成正比的关系，或者说它们的卩值并非与T无关；这些流体如泥浆、油漆、接近凝固