流體力學(xué)流體性質(zhì).

1、流體力學(xué)流體力學(xué)基本概念基本概念1. 流體的定義流體的定義2. 研究流體的連續(xù)介質(zhì)模型研究流體的連續(xù)介質(zhì)模型3. 流體的基本物理性質(zhì)流體的基本物理性質(zhì)流體定義流體定義流體流體是氣體和液體氣體和液體的總稱。 大氣和水大氣和水是最常見(jiàn)的兩種流體 。流體力學(xué)中研究得最多的流體也是水和空氣水和空氣。流體的主要特性就是它的“流動(dòng)性流動(dòng)性”。 定義定義：流體就是在剪切外力的作用下會(huì)發(fā)生流體就是在剪切外力的作用下會(huì)發(fā)生 流動(dòng)（持續(xù)變形）的物體流動(dòng)（持續(xù)變形）的物體。流體在靜止時(shí)不能承受剪切力流體在靜止時(shí)不能承受剪切力，不管多么小的切向應(yīng)力，只要持續(xù)地施加，都能使流體流動(dòng)發(fā)生任意大的變形。流動(dòng)性流動(dòng)性流體在靜

2、止時(shí)只有法向應(yīng)力流體在靜止時(shí)只有法向應(yīng)力, 而沒(méi)有切向應(yīng)力而沒(méi)有切向應(yīng)力。 一般都是各向同性流體各向同性流體 這與分子結(jié)構(gòu)、分子間作用力性質(zhì)相關(guān)。 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)基本現(xiàn)象基本現(xiàn)象：流體由大量分子大量分子組成，分子間的真空區(qū)其尺度遠(yuǎn)大于分子本身。每個(gè)分子無(wú)休止地作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互間經(jīng)常碰撞。因此流體的微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)無(wú)論在時(shí)間和空間上都充滿著不均勻性，離散性離散性和隨機(jī)性。 而流體的宏觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)宏觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)卻都明顯地表現(xiàn)出一定的均勻性、連續(xù)性和確定性均勻性、連續(xù)性和確定性。 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)基本思想基本思想：我們所研究的對(duì)象是物體的宏觀運(yùn)動(dòng)宏觀運(yùn)動(dòng)，即大量分子的平均行為分子的

3、平均行為，不必考慮單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)不必考慮單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)。因此當(dāng)研究物體的變形、流動(dòng)等宏觀運(yùn)動(dòng)特征時(shí)，就可以將物體作為一種連續(xù)體對(duì)待將物體作為一種連續(xù)體對(duì)待。（要解決的是：應(yīng)當(dāng)用怎樣怎樣的方法去把一個(gè)由分子和原子組成的質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)“等效地”代換為一個(gè)連續(xù)體，即應(yīng)如何規(guī)定連續(xù)體的質(zhì)量、能量、動(dòng)量等物理量在空間的分布?）。 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)認(rèn)為：真實(shí)流體可近似地看作是由緊湊連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn) 所構(gòu)成構(gòu)成的連續(xù)介質(zhì)的連續(xù)介質(zhì)。 流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn): 是大量流體分子的集合，而且要求流體質(zhì)點(diǎn)微觀上是充分地大，流體質(zhì)點(diǎn)微觀上是充分地大，以保證流體質(zhì)點(diǎn)中包含足夠多的分

4、子，對(duì)它們進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均能取得穩(wěn)定的宏觀量值穩(wěn)定的宏觀量值，不會(huì)因少量分子出入流體質(zhì)點(diǎn)而影響該宏觀量值。在宏觀上要充在宏觀上要充分地小分地小,以致可以把流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)近似地看成在幾何在幾何上沒(méi)有維度的點(diǎn)上沒(méi)有維度的點(diǎn)。 準(zhǔn)平衡假設(shè)準(zhǔn)平衡假設(shè)經(jīng)宏觀上這樣選取尺度后，流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)所具有具有的宏觀物理量的宏觀物理量，在流體域內(nèi)是連續(xù)分布的連續(xù)分布的，從而才構(gòu)成了各種物理量場(chǎng)物理量場(chǎng)， 注意：另一方面，對(duì)流體分子團(tuán)（質(zhì)點(diǎn)）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均的時(shí)間統(tǒng)計(jì)平均的時(shí)間dt, 也是微觀上足夠長(zhǎng)，宏觀上微觀上足夠長(zhǎng)，宏觀上足夠短足夠短。微觀上，分子碰撞已經(jīng)許多次，足夠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均得到穩(wěn)定的數(shù)值.而宏觀上又足夠的短，

5、可以看作為一個(gè)瞬間，一個(gè)時(shí)刻。 準(zhǔn)平衡假設(shè)準(zhǔn)平衡假設(shè)假設(shè)流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)內(nèi)所經(jīng)歷的熱力過(guò)程熱力過(guò)程是局部準(zhǔn)局部準(zhǔn)平衡過(guò)程平衡過(guò)程，即假設(shè)流體質(zhì)點(diǎn)在偏離某一熱力平衡狀態(tài)后會(huì)立刻恢復(fù)平衡并達(dá)到新的平衡狀態(tài)，具有時(shí)時(shí)確定并且隨時(shí)間連續(xù)變化的具有時(shí)時(shí)確定并且隨時(shí)間連續(xù)變化的宏觀物理特性參數(shù)值宏觀物理特性參數(shù)值。流體問(wèn)題流體問(wèn)題定義為：連續(xù)地充滿整個(gè)流動(dòng)空間的流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。每個(gè)空間點(diǎn)和每個(gè)空間點(diǎn)和 每每個(gè)時(shí)刻都有確定的物理量（值）個(gè)時(shí)刻都有確定的物理量（值），它們是空是空間坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)間坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。可以用數(shù)學(xué)分析、場(chǎng)論等數(shù)學(xué)工具來(lái)研究 流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)具有時(shí)時(shí)確定并且隨時(shí)

6、間連續(xù)變化的宏觀物理特性參數(shù)值。 ) t , z, y, x(pp ) t , r () t , z, y, x() t , z, y, x(TT ) t , z, y, x(vv可以用數(shù)學(xué)分析、場(chǎng)論等數(shù)學(xué)工具來(lái)研究 流體質(zhì)點(diǎn)尺度流體質(zhì)點(diǎn)尺度事實(shí)合理性事實(shí)合理性空間空間 dx冰點(diǎn)溫度和一個(gè)大氣壓下，10-9厘米3的體積中含有氣體分子數(shù)為:2.71010個(gè)（分子）水: 31013個(gè)分子 時(shí)間時(shí)間 dt而在10-9厘米3體積內(nèi)，10-6秒時(shí)間內(nèi)，分子碰撞1014次，而馳豫時(shí)間為10-9秒左右。(馳豫時(shí)間為流體質(zhì)點(diǎn)在失衡后達(dá)到新平衡的時(shí)間)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)對(duì)一般氣體和液體，均成立。 流體微團(tuán)流體微團(tuán)流體

7、微團(tuán)流體微團(tuán)：尺度無(wú)窮小的流體質(zhì)點(diǎn)系其中宏觀物理特性值存在微分的差異微分的差異。 dxxppp0dxx0連續(xù)介質(zhì)假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè):說(shuō)明說(shuō)明另外，一個(gè)給定的體積能否看成流體質(zhì)點(diǎn)，還依賴于所研究問(wèn)題的空間尺度空間尺度。對(duì)于研究對(duì)象的宏觀尺度和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀尺度量級(jí)相當(dāng)?shù)那闆r，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)不適用不適用。如在分析空間飛行器和高層稀薄大氣稀薄大氣的相互作用時(shí)，飛行器尺度與空氣分子平均程尺度相當(dāng)。 流體宏觀物理性質(zhì)流體宏觀物理性質(zhì) 1. 易流動(dòng)性易流動(dòng)性 (已講過(guò)已講過(guò))2. 慣性（質(zhì)量、密度）慣性（質(zhì)量、密度）3. 可壓縮性可壓縮性4. 粘性粘性5. 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)6. 擴(kuò)散性擴(kuò)散性7. 表面張力特性表面

8、張力特性 等等流體的宏觀性質(zhì)是微觀性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)平均流體的宏觀性質(zhì)是微觀性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)平均。 慣性慣性慣性慣性：物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)。質(zhì)量質(zhì)量是用來(lái)度量物體慣性慣性大小的物理量。密度密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的質(zhì)量。 密度密度 ddmmlim0數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)上，0 dM,ddm) t , r () t , z, y, x(x,y,z)空間位置空間位置 =ML-3kgm-3 量綱：量綱： 單位：?jiǎn)挝唬?密度密度均質(zhì)均質(zhì) VMddm,ddmd)z, y, x(M比容(比體積)v：密度的倒數(shù)v=1/單位體積流體的重量：重度 =g (N/m3) 相對(duì)密度: d=/4度水 流體的壓縮性流體的壓縮性流體質(zhì)點(diǎn)的密度流體質(zhì)點(diǎn)的

9、密度隨壓力隨壓力p或溫度或溫度T而改變的性質(zhì)而改變的性質(zhì) 熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)（流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)）的平衡態(tài)平衡態(tài)，可用兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述。其它狀態(tài)參數(shù)由狀態(tài)方程來(lái)確定 )T, p(壓縮程度壓縮程度用密度或比容v的相對(duì)變化量d/或dv/v來(lái)確定 流體的壓縮性流體的壓縮性狀態(tài)(p,T)由變化至(p+dp,T+dT)時(shí)，微分(變化量) dT)T(dp)p(dpT相對(duì)變化量相對(duì)變化量 dT)T(1dp)p(1dpT或或 dT)Tv(v1dp)pv(v1vdvpT流體的壓縮性流體的壓縮性定義等壓膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù) pp)Tv(v1)T(1TT)pv(v1)p(1（物性系數(shù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)量確定

10、物性系數(shù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)量確定） dTdpddTdpvdv流體的壓縮性流體的壓縮性等溫壓縮系數(shù)等溫壓縮系數(shù) 的倒數(shù)為體積彈性模量的倒數(shù)為體積彈性模量E表示體積相對(duì)變化所需的壓強(qiáng)增量表示體積相對(duì)變化所需的壓強(qiáng)增量。 TT)vp(v)p(1EE 越大，越大， 越不易被壓縮。越不易被壓縮。對(duì)完全氣體完全氣體，狀態(tài)方程 pv=RT或 p=RT =1/T, =1/p 對(duì)均質(zhì)液體均質(zhì)液體而言，在正常條件下，它的狀態(tài)方程為密度=常數(shù) 0流體的壓縮性流體的壓縮性由于液體液體的熱容量很大熱容量很大（即加減很多熱量，而溫度T變化很?。?，其壓縮過(guò)程?？梢暈榈葴剡^(guò)程。液體的等溫壓縮系數(shù)等溫壓縮系數(shù) 在壓力不是很高的定溫壓縮過(guò)

11、程中近似看作常數(shù) dpddpvdv實(shí)際流體都是具有可壓縮性的。實(shí)際流體都是具有可壓縮性的。氣體比液體更易壓縮氣體比液體更易壓縮。 液體液體的的 E 隨溫度和壓強(qiáng)而變，隨溫度變化不顯著。液體的隨溫度和壓強(qiáng)而變，隨溫度變化不顯著。液體的E 值很大，除非壓強(qiáng)變化很劇烈、很迅速，一般可不考慮壓縮值很大，除非壓強(qiáng)變化很劇烈、很迅速，一般可不考慮壓縮 性，作性，作不可壓縮不可壓縮流體假設(shè)，即認(rèn)為液體的流體假設(shè)，即認(rèn)為液體的E值為無(wú)窮大，密值為無(wú)窮大，密 度為常數(shù)。但若考慮水下爆炸、水擊問(wèn)題時(shí)，則必須考慮壓度為常數(shù)。但若考慮水下爆炸、水擊問(wèn)題時(shí)，則必須考慮壓 縮性?？s性。 常溫下，水的體積彈性系數(shù)常溫下，水

12、的體積彈性系數(shù)Pa10029 .E水 相對(duì)壓縮（或密度增加）相對(duì)壓縮（或密度增加）1%，需要增壓，需要增壓Pa100 . 27p 約為約為 200 個(gè)大氣壓，即個(gè)大氣壓，即 2000m 水下的壓強(qiáng)水下的壓強(qiáng)。v 一般情況下可以認(rèn)為水是不可壓縮的一般情況下可以認(rèn)為水是不可壓縮的。流體的壓縮性流體的壓縮性實(shí)際流動(dòng)問(wèn)題中，關(guān)心的不是流體的壓縮性能壓縮性能，而是流體在流動(dòng)過(guò)程中的實(shí)際壓縮程度實(shí)際壓縮程度。一般按具體流動(dòng)中壓縮程度的大小分類：可壓縮流可壓縮流 不可壓縮流體不可壓縮流體 0dtd一般地，當(dāng) / 5 時(shí)，按不可壓縮流不可壓縮流處理 一般情況下，水和其它液體液體認(rèn)為不可壓縮，可忽略其密度變化。

13、低速氣體流動(dòng)低速氣體流動(dòng)(速度小于100米/秒)，通常也按不可壓縮流處理 也與研究問(wèn)題有關(guān)，如空氣中聲波，要考慮壓縮性。 流體的粘性流體的粘性 粘滯性粘滯性：流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)具有抵抗兩層流體相對(duì)滑動(dòng)抵抗兩層流體相對(duì)滑動(dòng)的性質(zhì)。（粘性大小依賴于流體物質(zhì)的性質(zhì)）反映在剪切力作用下，剪切變形的快慢程度。（也稱為對(duì)剪切變形速度的一種抵抗對(duì)剪切變形速度的一種抵抗）它起源于分子間的相互作用分子間的相互作用和跨界面的動(dòng)量交換動(dòng)量交換 考慮一平行于x軸的水平流動(dòng)，當(dāng)各層流體的速度不同時(shí)，任意兩層流體之間將互相施加作用力以阻礙各層流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即為粘滯現(xiàn)象粘滯現(xiàn)象。 粘滯現(xiàn)象示意圖粘滯現(xiàn)象示意圖流體粘滯現(xiàn)象流

14、體粘滯現(xiàn)象A層流體具有較大的動(dòng)量B層流體分子具有較小的動(dòng)量（氣體）分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)及碰撞導(dǎo)致A、B兩層流體動(dòng)量發(fā)生變化，（液體分子為分子間吸引力作用），在相鄰流體層間產(chǎn)生內(nèi)摩擦，存在一個(gè)平行于流體層的剪切力。 動(dòng)量定理動(dòng)量定理 F)vm(dtdA層x方向動(dòng)量減少B層x方向動(dòng)量增加 流體的粘性定量表示流體的粘性定量表示 牛頓平板實(shí)驗(yàn) 1687年 Newton流體的粘性流體的粘性Newton 純剪切運(yùn)動(dòng)阻力測(cè)量實(shí)驗(yàn)。F=A A：板與流體接觸面積 ：板面處單位面積上的剪切力。 當(dāng)板間距h很小時(shí)，觀察觀察到：1 上板處最上一層流體u=u0，下板處最下一層 流體u=0。 即近壁處流體與壁面間不發(fā)生相 對(duì)運(yùn)

15、動(dòng)無(wú)滑移現(xiàn)象. 也稱為粘附條件粘附條件。2 流速分布u沿y為線性分布線性分布3 流體中所有各處的壓力壓力均相同。 huAF,AhuF00或yhuu04流體的粘性：流體的粘性：h較大時(shí)較大時(shí)流體的粘性流體的粘性當(dāng)速度分布為u(y)時(shí)，流體層y處的剪切應(yīng)力 dydu為一維粘性流體的牛頓粘性定律牛頓粘性定律 du/dy為速度梯度：是流體粘性的表征，或叫動(dòng)力粘度系數(shù)動(dòng)力粘度系數(shù)，其值與流體物性有關(guān)。(粘性系數(shù)粘性系數(shù))單位：Pa.s或 N.S/m2 剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力 正比于正比于 速度梯度速度梯度 流體的粘性流體的粘性dy)y(du)y(剪切應(yīng)力 正比于 速度梯度另：剪切應(yīng)力 正比于 剪切應(yīng)變率（速度

16、梯度） 如后圖: dy是個(gè)無(wú)窮小量。 dtddydu,dydudtd或這里d/dt為剪切應(yīng)變率(直角應(yīng)變率) dtd)y(直角應(yīng)變率直角應(yīng)變率粘度粘度(性性)系數(shù)系數(shù)粘性粘性認(rèn)為是流體的一種抵抗變形速度的能力。動(dòng)力學(xué)粘性系數(shù)動(dòng)力學(xué)粘性系數(shù) 運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度(性性)系數(shù)系數(shù) , = 單位 m2/s 一般液體的動(dòng)力粘度比氣體的大得多 影響粘性系數(shù)的因素：顯著地依賴于溫度， 而很少隨壓力變化。 粘度粘度(性性)系數(shù)系數(shù)液體： T氣體： T液體粘性液體粘性形成的主要原因是分子間存在的內(nèi)聚力內(nèi)聚力。氣體粘性氣體粘性形成的主要原因是分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的各部分流體間的動(dòng)量輸運(yùn)。水和空

17、氣等的動(dòng)力粘度隨溫度的變化關(guān)系可由實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。查相關(guān)資料可得。 00C 1000CsPa10282. 0sPa10781. 133水水/sm10294. 0/sm10785. 12626水水 -40C 1000CsPa1018. 2sPa1049. 155空氣空氣/sm1031. 2/sm1098. 02525空氣空氣v 空氣的動(dòng)力粘性系數(shù)比水小空氣的動(dòng)力粘性系數(shù)比水小2個(gè)數(shù)量級(jí)，但空氣的個(gè)數(shù)量級(jí)，但空氣的 運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)比水大。運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)比水大。v 空氣的粘性系數(shù)隨溫度升高而增大，而水的粘性系空氣的粘性系數(shù)隨溫度升高而增大，而水的粘性系 數(shù)隨溫度升高而減小數(shù)隨溫度升高而

18、減小。牛頓流體牛頓流體兩個(gè)概念：牛頓流體牛頓流體（作純剪切運(yùn)動(dòng)時(shí)遵循牛頓粘性 定律的流體）. 即： 剪切應(yīng)力正比于剪切應(yīng)變率的流體。 如： 空氣，水等非牛頓流體非牛頓流體不滿足牛頓粘性定律的流體。如：奶油、蜂蜜、瀝青、水泥漿、大部分油類、血液等。 非牛頓流體非牛頓流體有粘和無(wú)粘有粘和無(wú)粘dydu粘性力不占主導(dǎo)時(shí)，(粘性小，或速度梯度不大時(shí))，如遠(yuǎn)離物面的外流區(qū)域。做無(wú)粘性的假設(shè)：理想流體理想流體。 理想流體：無(wú)粘流體理想流體：無(wú)粘流體因此也無(wú)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)。 0粘性流體：(實(shí)際流體) 0粘性舉例粘性舉例粘性粘性-理想（無(wú)粘）理想（無(wú)粘）流體的輸運(yùn)性流體的輸運(yùn)性流體的輸運(yùn)性質(zhì)流體的輸運(yùn)性質(zhì) 如果物

19、質(zhì)由于某種原因處于非平衡態(tài)，那么系統(tǒng)會(huì)通過(guò)某種機(jī)理產(chǎn)生一種自發(fā)的過(guò)程，使之趨向于一個(gè)新的平衡態(tài)。例如，當(dāng)流體各層間速度不同時(shí)，通過(guò)動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞，速度趨向均勻；當(dāng)流體各處溫度不均勻時(shí)，通過(guò)能量傳遞（傳熱）能量傳遞（傳熱），溫度趨向均勻；當(dāng)流體各部分密度不同時(shí)，通過(guò)質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞，密度趨向均勻。流體這種由非平衡態(tài)轉(zhuǎn)向平衡態(tài)時(shí)物理量的傳遞性質(zhì)，統(tǒng)稱為流體的流體的輸運(yùn)性質(zhì)輸運(yùn)性質(zhì)。 粘性、擴(kuò)散性、熱傳導(dǎo)性粘性、擴(kuò)散性、熱傳導(dǎo)性這種流體的輸運(yùn)輸運(yùn)性質(zhì)，從微觀上看，是通過(guò)分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)及分子的相互碰撞實(shí)現(xiàn)的，分子在無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)中，將原先所在區(qū)域的流體宏觀性質(zhì)輸運(yùn)到另一個(gè)區(qū)域，再通過(guò)分子的相互碰撞

20、，交換、傳遞了各自的物理量，從而形成新的平衡態(tài)平衡態(tài)。 流體的輸運(yùn)性質(zhì)，主要指動(dòng)量輸運(yùn)動(dòng)量輸運(yùn)、能量輸運(yùn)能量輸運(yùn)、質(zhì)量輸運(yùn)質(zhì)量輸運(yùn)，從宏觀上看，它們分別表現(xiàn)為粘滯粘滯現(xiàn)象、導(dǎo)熱導(dǎo)熱現(xiàn)象、擴(kuò)散擴(kuò)散現(xiàn)象。 粘性、擴(kuò)散性、熱傳導(dǎo)性粘性、擴(kuò)散性、熱傳導(dǎo)性密度差密度差(濃度差) 質(zhì)量輸運(yùn)質(zhì)量輸運(yùn) 擴(kuò)散現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象 Fick第一定律速度差速度差 動(dòng)量輸運(yùn)動(dòng)量輸運(yùn) 粘滯現(xiàn)象粘滯現(xiàn)象 牛頓粘性公式溫度差溫度差 能量輸運(yùn)能量輸運(yùn) 導(dǎo)熱現(xiàn)象導(dǎo)熱現(xiàn)象 Fourier傳熱定律 微觀輸運(yùn) 統(tǒng)計(jì)平均 宏觀現(xiàn)象。 流體的擴(kuò)散性流體的擴(kuò)散性當(dāng)流體的密度分布不均勻時(shí)，流體的質(zhì)量會(huì)從高密度區(qū)遷移到低密度區(qū)，這種現(xiàn)象稱為流體的擴(kuò)散

21、現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象自擴(kuò)散自擴(kuò)散：?jiǎn)谓M分流體中，由于其自身密度差所 引起的擴(kuò)散互擴(kuò)散互擴(kuò)散：在兩種組分的混合流體中，由于各組 分的各自密度差在另一組分中所引起 的擴(kuò)散 自擴(kuò)散：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)每單位面積上所輸運(yùn)的 質(zhì)量與密度梯度成正比 dydDjD為自擴(kuò)散系數(shù)為自擴(kuò)散系數(shù) 自擴(kuò)散自擴(kuò)散流體的擴(kuò)散性流體的擴(kuò)散性互擴(kuò)散互擴(kuò)散1855年，A.菲克（Fick）雙組分混合物互擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果。A,B兩組分，假定B組分為均質(zhì)介質(zhì)，考慮組分A在組分B中的擴(kuò)散菲克第一定律菲克第一定律（一維定常）單位時(shí)間內(nèi)每單位面積上所輸運(yùn)的A組分質(zhì)量與A組分的密度梯度成正比 dydDjAABABDAB為組分A在組分B中的互擴(kuò)散系數(shù)互

22、擴(kuò)散系數(shù)。單位m2/s負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反。 流體的擴(kuò)散性流體的擴(kuò)散性更一般地，在三維空間中，對(duì)各向同性擴(kuò)散，有 AABABDjjAB 為單位時(shí)間內(nèi)每單位面積上的A組分質(zhì)量流量矢量?；U(kuò)散系數(shù)的大小依賴于壓強(qiáng)、溫度和混合物的成分。 流體的導(dǎo)熱性流體的導(dǎo)熱性流體中的傳熱現(xiàn)象：熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)、熱輻射熱輻射、熱對(duì)流熱對(duì)流（運(yùn)動(dòng)流體中）當(dāng)（靜止）流體中的溫度分布不均勻時(shí)，流體的熱能通過(guò)分子熱運(yùn)動(dòng)從較高溫度區(qū)傳遞到低溫度區(qū)域，稱為流體的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象熱傳導(dǎo)現(xiàn)象 1822年，J.B.Fourier熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn) 付里葉傳熱定律 流體的導(dǎo)熱性流體的導(dǎo)熱性流體的導(dǎo)熱性流體的導(dǎo)熱性1822年，J.B.F

23、ourier熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn) 付里葉付里葉傳熱定律設(shè)在流體中相距y的上下兩平面上，溫度分別穩(wěn)定地保持為T(y+y)和T(y)，且T(y+y)T(y)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，單位時(shí)間內(nèi)將有熱量Qy從上方傳至下方，A為截面積。 y)y(T)yy(TAQy當(dāng)y0時(shí)， dy)y(dTkAQy流體的導(dǎo)熱性流體的導(dǎo)熱性每單位面積上的熱流量 dydTkAQqyy負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度方向相反。k為流體的導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)（熱傳導(dǎo)系數(shù)），表明流體的導(dǎo)熱能力單位：w/(m.K), w 瓦=J/s。 氣體導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)k隨溫度升高而增大大多數(shù)液體導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低（水、甘油例外）壓力對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)影響不大。 流體的導(dǎo)熱性流體的導(dǎo)熱性更一般地，在三維空間中，對(duì)各向同性導(dǎo)熱，有 Tkqq為單位時(shí)間內(nèi)每單位面積上的熱流量矢量。 正比于溫度梯度 用能量梯度形式來(lái)寫(xiě)，有dy)cT(daqy式中c為流體比熱，a=k/(c)為導(dǎo)溫系數(shù)，或稱熱擴(kuò)散系數(shù)熱擴(kuò)散系數(shù)。cT為單位體積內(nèi)流體的能量能量。a單位為m2/s。 表面張力特性表面張力特性液體的表面張力現(xiàn)象液體的表面張力現(xiàn)象：液體的表面層 表面張力表面張力：與分子引力理論有關(guān)。以R為半徑的空間球域：分子的作用球分子的作用球。同類分子的內(nèi)聚力。異類分子：附著力表面張力系數(shù)表面張力系數(shù)定義為單位長(zhǎng)度上作用的力單位長(zhǎng)度上作用的力，單位為N/m。 表