第七章 流体及主要物理性质

流体力学篇第七章~第十章流体力学的研究内容流体力学：研究流体平衡和运动规律及其应用的一门技术科学。一、流体力学的基本任务

建立及求解描述流体运动和平衡的基本方程，获得：速度和压强的分布规律、能量转换的关系、各种能量损失的确定方法、流体与固体之间的相互作用力二、研究对象气体、液体注意：液体和气体的主要力学差别——气体更容易被压缩。第七章

流体及主要物理性质

本章讲解流体的定义、连续介质模型、密度、黏性、压缩性、膨胀性等物理性质，以及作用在流体上的质量力与表面力。流体力学篇7.1流体定义及连续介质模型

流体的定义：在任何微小剪切力的作用下都能产生连续变形的物质，称为流体。流体包括：液体、气体流体与固体的根本区别：记忆点：流体=能流动的物质，静止时切应力必为零。7.1流体定义及连续介质模型为什么要引入连续介质模型？微观上：流体由分子组成，存在间隙→物理参数不连续宏观上：我们关心的是宏观运动，而非个别分子连续介质模型的内容：流体由无数多、稠密、无间隙的流体微团（流体质点）构成流体微团=微观无穷大+宏观无穷小微团内仍含有巨量分子（1mm³空气含2.7×10¹⁶个分子）7.1流体定义及连续介质模型连续介质模型的意义：物理参数（p,v,ρ,T）是空间和时间的连续函数可用微积分等数学工具研究流体运动适用条件：要求：物体特征尺寸远大于分子平均自由程不适用：航天器在高空稀薄大气中飞行结论：本书讨论的流体全部适用连续介质模型。7.2流体的主要物理性质密度——单位体积流体所具有的质量（kg/m³）。非均质流体：均质流体：常用数值（标准大气压）：7.2流体的主要物理性质比体积与相对密度7.2流体的主要物理性质压缩性与膨胀性压缩性：温度一定时，压强增大→体积缩小体积压缩系数(

m2/N

)：体积弹性模量（Pa）：K越大，压缩性越小水的体积弹性模量（20℃）：E≈2.0×10⁹Pa（2.0GPa））7.2流体的主要物理性质压缩性与膨胀性膨胀性：压强一定时，温度升高→体积膨胀体积膨胀系数：(1/K

)：7.2流体的主要物理性质可压缩流体与不可压缩流体工程中的处理：7.2流体的主要物理性质黏性与牛顿内摩擦定律黏性定义：相邻流体层或流体与固体间发生相对运动时产生的内摩擦作用。牛顿平板实验：上板以速度U运动，下板固定板间流体速度呈线性分布7.2流体的主要物理性质牛顿内摩擦定律：关键理解：只有流体层之间有相对运动时，黏性才表现出来。静止或均匀流动时，黏性“消失”。7.2流体的主要物理性质运动黏度（m²/s）误区澄清：（1）运动黏度是μ与ρ的比值（2）不能用ν

比较不同流体的黏度大小举例（0℃时）发现：水的μ更大（更黏），但空气的ν更大。7.2流体的主要物理性质影响黏性的因素：温度对黏度的影响核心规律：压强对黏度的影响通常范围（<100atm）：影响很小，可忽略高压下：黏度随压强增大而增大7.2流体的主要物理性质牛顿流体牛顿流体——τ

与du/dy成正比μ为常数（与流动状态无关）例如：水、空气、汽油、矿物油非牛顿流体——τ与du/dy不成正比例如：奶油、血液、石油、水泥浆、高分子溶液理想流体（简化模型）—忽略黏性（μ=0）特点：无切应力，壁面可滑移适用：高速流动、远离壁面区域、升力分析7.3作用在流体上的力质量力定义：作用于流体每一个质点上，与流体质量成正比的力。单位质量力（m/s²）：直角坐标系分解：最常见的质量力：重力

7.3作用在流体上的力表面力定义：作用于所研究流体表面上，与表面积成正比的力。单位表面力（Pa）：静止流体中的