工程流體力學課件：流體的物理特性-

1.1流體力學的研究內容和方法1.2流體力學發(fā)展簡史1.3流體的連續(xù)介質模型1.4量綱和單位工程實例流體的物理特性流體的物理特性教學提示：理解流體的基本特性是應用流體力學基本原理解決實際問題所必需的。本章的重點是流體的粘性。教學要求：掌握流體黏度、理想流體、不可壓縮流體等基本概念。2.1流體的重度在物理學中，我們已經熟悉了物質的密度的概念，即單位體積物質的質量。密度

的倒數定義為比容，或稱為比體積(specificvolume)，用符號

表示。即2.2流體的壓縮性和膨脹性2.2.1流體的壓縮性一個關于流體特性的重要問題是，在一定的溫度下，流體的體積如何隨著壓強的變化而變化？定量描述流體壓縮性的物理量為流體的體積壓縮系數(coefficientofvolumecompressibility)。體積壓縮系數定義為在一定的溫度下，單位壓強增量所引起的流體體積變化率，即2.2.2流體的膨脹性2.2.3可壓縮流體和不可壓縮流體實際上，自然界中的所有流體都是可壓縮的，不管是氣體還是液體，但是有些情況下如果我們忽略了流體的壓縮性會對問題的解決提供便利，或者不影響問題求解的精度。因此，人們引入了不可壓縮流體這樣一個理想化的概念。所謂不可壓縮流體(incompressiblefluids)就是受壓體積不縮小，受熱體積不膨脹，即密度為常數的流體。反之，密度不為常數的流體成為可壓縮流體(Compressiblefluids)。液體的壓縮性很小，當壓強和溫度變化時，液體的密度只發(fā)生微小的變化，因此通常認為液體是不可壓縮流體。氣體的壓縮性很大。根據熱力學的知識我們知道，當溫度不變時，完全氣體(與后面的理想氣體概念不同)的體積與壓強成反比，即壓強增加一倍，體積縮小一半；2.3流體的粘性2.3.1牛頓內摩擦定律首先來分析一個實驗，原理圖如圖2-1所示。兩個面積很大的平行平板間充滿某種流體，使下面的平板不動，上面的平板以恒速U向右運動。觀察平板間流體的運動發(fā)現，緊貼上平板的流體以同樣的速度U向右運動，緊貼下平板的流體則靜止不動，兩板之間的流體沿著垂直速度U的方向自下向上逐漸增加。2.3.2粘度2.3.3牛頓流體和非牛頓流體并非所有的流體都滿足。實驗表明，水、許多潤滑油類以及低碳氫化合物和大多數氣體都能很好地遵循牛頓內摩擦定律。我們把遵循牛頓內摩擦定律的流體稱為牛頓流體(Newtonianfluids)，不遵循牛頓內摩擦定律的流體稱為非牛頓流體(non-Newtonianfluids)。對于牛頓流體，當溫度保持不變時，流體的粘度不變，即流體的內摩擦力與速度梯度成線性關系，在

圖上是一條過原點，斜率為粘度

的直線，如圖2-2所示。對于非牛頓流體內摩擦力與速度梯度成線性關系并不是簡單的直線關系，例如，像凝膠、牙膏之類的塑性流體，它們有一個保持不產生剪切變形的初始剪切應力

，克服

之后內摩擦力與速度梯度才成線性關系，如圖2-2所示。2.3.4粘性流體和理想流體自然界中的流體都是有粘性的，因此實際流體都是粘性流體(viscousorrealfluids)。但是正由于粘性的存在，給流體運動的數學描述和求解帶來很大的困難。因此，在有些情況下，我們可以先忽略流體的粘性，對流動運動進行數學描述和求解，使問題得到簡化，得到定性的規(guī)律性的結果，然后再考慮粘性的影響，利用實驗等手段通過引入系數等形式對結果加以修正。另外，在一些速度梯度很小的場合，不考慮粘性對結果的精度影響很小，比如飛機飛行過程中，離機翼較遠一些空氣中，空氣的粘性對飛行的影響很小，因此可以只在緊貼機翼的一薄層內考慮粘性，在其