工程流体力学课件：流体的物理特性-

1.1流体力学的研究内容和方法1.2流体力学发展简史1.3流体的连续介质模型1.4量纲和单位工程实例流体的物理特性流体的物理特性教学提示：理解流体的基本特性是应用流体力学基本原理解决实际问题所必需的。本章的重点是流体的粘性。教学要求：掌握流体黏度、理想流体、不可压缩流体等基本概念。2.1流体的重度在物理学中，我们已经熟悉了物质的密度的概念，即单位体积物质的质量。密度

的倒数定义为比容，或称为比体积(specificvolume)，用符号

表示。即2.2流体的压缩性和膨胀性2.2.1流体的压缩性一个关于流体特性的重要问题是，在一定的温度下，流体的体积如何随着压强的变化而变化？定量描述流体压缩性的物理量为流体的体积压缩系数(coefficientofvolumecompressibility)。体积压缩系数定义为在一定的温度下，单位压强增量所引起的流体体积变化率，即2.2.2流体的膨胀性2.2.3可压缩流体和不可压缩流体实际上，自然界中的所有流体都是可压缩的，不管是气体还是液体，但是有些情况下如果我们忽略了流体的压缩性会对问题的解决提供便利，或者不影响问题求解的精度。因此，人们引入了不可压缩流体这样一个理想化的概念。所谓不可压缩流体(incompressiblefluids)就是受压体积不缩小，受热体积不膨胀，即密度为常数的流体。反之，密度不为常数的流体成为可压缩流体(Compressiblefluids)。液体的压缩性很小，当压强和温度变化时，液体的密度只发生微小的变化，因此通常认为液体是不可压缩流体。气体的压缩性很大。根据热力学的知识我们知道，当温度不变时，完全气体(与后面的理想气体概念不同)的体积与压强成反比，即压强增加一倍，体积缩小一半；2.3流体的粘性2.3.1牛顿内摩擦定律首先来分析一个实验，原理图如图2-1所示。两个面积很大的平行平板间充满某种流体，使下面的平板不动，上面的平板以恒速U向右运动。观察平板间流体的运动发现，紧贴上平板的流体以同样的速度U向右运动，紧贴下平板的流体则静止不动，两板之间的流体沿着垂直速度U的方向自下向上逐渐增加。2.3.2粘度2.3.3牛顿流体和非牛顿流体并非所有的流体都满足。实验表明，水、许多润滑油类以及低碳氢化合物和大多数气体都能很好地遵循牛顿内摩擦定律。我们把遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体(Newtonianfluids)，不遵循牛顿内摩擦定律的流体称为非牛顿流体(non-Newtonianfluids)。对于牛顿流体，当温度保持不变时，流体的粘度不变，即流体的内摩擦力与速度梯度成线性关系，在

图上是一条过原点，斜率为粘度

的直线，如图2-2所示。对于非牛顿流体内摩擦力与速度梯度成线性关系并不是简单的直线关系，例如，像凝胶、牙膏之类的塑性流体，它们有一个保持不产生剪切变形的初始剪切应力

，克服

之后内摩擦力与速度梯度才成线性关系，如图2-2所示。2.3.4粘性流体和理想流体自然界中的流体都是有粘性的，因此实际流体都是粘性流体(viscousorrealfluids)。但是正由于粘性的存在，给流体运动的数学描述和求解带来很大的困难。因此，在有些情况下，我们可以先忽略流体的粘性，对流动运动进行数学描述和求解，使问题得到简化，得到定性的规律性的结果，然后再考虑粘性的影响，利用实验等手段通过引入系数等形式对结果加以修正。另外，在一些速度梯度很小的场合，不考虑粘性对结果的精度影响很小，比如飞机飞行过程中，离机翼较远一些空气中，空气的粘性对飞行的影响很小，因此可以只在紧贴机翼的一薄层内考虑粘性，在其