流体力学第一章 绪论(更新中)

流体力学第一章 绪论(更新中)1.流体的连续介质假定1.1流体质点流体质点应是微观上充分大,即要比分子自由程大得多,包含有足够多的分子,不至于因个别分子的行为而影响流体质点的总体统计平均特性;但在宏观上要充分小,体积小到它的尺度与流动问题的特征尺度相比可以近似地看做一个几何点。1.2连续介质假定宏观上可以把流体看成是由无数个流体质点组成的稠密无隙的连续介质。2.流体的主要物理力学性质2.1易流动性当流体受到很小的剪切力作用时,就会发生变形,只要这种剪切力持续施加,流体就会发生连续的变形,流体的这种性质称.

1.流体的连续介质假定

1.1流体质点

流体质点应是微观上充分大,即要比分子自由程大得多,包含有足够多的分子,不至于因个别分子的行为而影响流体质点的总体统计平均特性;但在宏观上要充分小,体积小到它的尺度与流动问题的特征尺度相比可以近似地看做一个几何点。

1.2连续介质假定

宏观上可以把流体看成是由无数个流体质点组成的稠密无隙的连续介质。

2.流体的主要物理力学性质

2.1易流动性 

当流体受到很小的剪切力作用时,就会发生变形,只要这种剪切力持续施加,流体就会发生连续的变形,流体的这种性质称为易流动性

2.2流体的密度、相对密度和重度

空间某点的密度可以定义为:

\rho=\rho(x,y,z,t)=\lim_{\Delta V \to \Delta V'}\frac{\Delta m}{\Delta V}=\frac{dm}{dV}

(1-1)

其中,\Delta V'为流体质点的特征尺度。显然,密度是空间位置和时间的连续函数,单位为kg/m^3,表1-1和表1-2分别给出了水和空气在不同温度下的若干物理力学参数。水在4^{\circ}C时的密度为\rho=1000kg/m^3

单位体积流体的重量称为重度,用\gamma表示,单位为N/m^3,与密度的关系为:

\gamma=\rho g

(1-2)

式中,g为重力加速度。

流体力学第一章 绪论(更新中)

 流体力学第一章 绪论(更新中)

 流体的相对密度是该流体质量与同体积水在4^\circ C时的质量之比,或该流体密度与4^\circ C水的密度之比。相对密度用\delta表示,即:

\delta=\frac{\rho}{\rho_{4^\circ C}}

(1-3)

比容积是密度的倒数,即单位质量流体所占有的体积,以v表示:

v=\frac{1}{\rho}

(1-4)

单位为m^3/kg

3.流体的压缩性与膨胀性

3.1液体的压缩性与膨胀性

液体的压缩性:温度不变,液体的体积随压强的增加而缩小。

一般以压缩系数\beta和体积弹性模量E来度量。设液体的体积为V,压强增加dp后,体积缩小dV,则压缩系数\beta定义为:

\beta=-\frac{\frac{dV}{V}}{dp}=-\frac{dV}{Vdp}

(1-5)

压缩系数的倒数为液体的体积弹性模量:

E=\frac{1}{\beta}

(1-6)

通常把液体看作是不可压缩流体,即其密度可视为常数。个别情况比如当流速较大的水管的闸门突然关闭时,会产生水击现象,此时必须考虑液体的压缩性。

液体的膨胀性:压强不变,液体的体积随温度的升高而增大。

通常以热胀系数\alpha表示,单位为1/K。在一定压强下,温度升高1K时液体体积变化率为dV/V,则热胀系数\alpha定义为:

\alpha=\frac{\frac{dV}{V}}{dT}=\frac{dV}{VdT}

(1-7)

3.2气体的压缩性与膨胀性

气体具有较为明显的压缩性和膨胀性。在温度不过低(大于-20^{\circ}C)、压强不过高(小于20MPa时,气体压强、温度和密度之间的关系服从理想气体状态方程,即:

\frac{p}{\rho}=RT

(1-8)

式中,p为气体的绝对压强,Pa\rho为气体的密度,kg/m^3T为气体的热力学温度,KR为气体常数。

对于速度远低于声速的低速气流(小于68m/s,若压强和温度的变化较小,例如通风工程中的气流,其气体密度变化非常小,可按不可压缩流体来处理。

4.流体的黏性

流体的黏性:当流体运动时,如其内部出现了相对运动,则各质点之间或流体层之间会产生切向的内摩擦力以抵抗其相对运动。产生的内摩擦力也称为黏滞力

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