流体力学基础之:流体的性质

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液体与气体统称为流体,流体具有以下特性:

 

     连续性     
流体力学研究的是大量分子的宏观集体运动效果,同时,将整个流体分成许多分子集团,每个分子集团称为质点,并认为各质点之间没有任何空隙,而且相对整个流体来说,质点的几何尺寸可忽略不计。因此,质点是研究流体的最小单位,质点是连续的,所以流体具有连续性。反应流体质点运动特性的各种物理量如速度、密度、压力等,也是连续的。

 

     流动性     
流动性是流体与固体的根本区别。由于具有流动性,所以流体没有固定的形状。液体和气体都具有流动性,但它们的流动性是有区别的。

 

  • 液体形状随着容器而改变,但其体积保持不变;

     

  • 气体在流动中在改变自身形状的同时,其体积也随容器的体积而改变,它总能充满整个容器。

流体力学基础之:流体的性质

 

     压缩性     
流体在受压时,体积缩小、密度增大的性质,称为流体的压缩性,以压缩系数 k(㎡/n) 表示。它表示在一定的温度下,压强增加1个单位,体积的相对缩小率。若液体的原体积为V,压强增加dρ 后,体积减小dv,压缩系数为:

流体力学基础之:流体的性质

由于液体受压体积减小,dp dV 异号。式中右侧加负号,以使k 为正值,其值愈大,愈容易压缩。的单位为1/Pa。

压缩系数的倒数是体积弹性模量K,即

流体力学基础之:流体的性质

 

水的压缩系数最小,当压力为0.1mpa时,压力每升高105pa,其体积的变化为5/100000左右,所以,在一般情况下可以忽略不计。因此,工程界均把水以及其他液体视为不可压缩流体。

 

气体的压缩系数比液体大得多,而且,其值随气体的热力学过程而定,随压力升高而增大。在温度为0℃、压力为1×105pa的条件下,空气的压缩系数是水的2万倍左右。

 

需要指出的是,在暖通空调专业常见的气流运动中,由于管道不很长,气流速度远远小于声速 (340m/s),流动过程中,密度没有显著变化,所以仍可作为不可压缩流体处理。

流体力学基础之:流体的性质

 

     膨胀性     
流体受热时,温度升高、体积膨胀、密度减小的性质,称为流体的膨胀性。以膨胀系数α(1/或1/℃)表示。它表示了单位温度变化时流体体积的相对变化,即

流体力学基础之:流体的性质

式中,V 为流体的体积,m³;dV/dT 为流体体积相对于温度的变化。水的膨胀系数αv(×10-4),如下表所示。

 

水在不同温度时的膨胀系数αv(××10-4/℃)

流体力学基础之:流体的性质

 

     黏滞性     
流体内部质点间或层流间,由于相对运动而产生内摩擦力,以阻止相对运动的性质称为黏滞性。产生黏滞性的物理原因,是流体围观分子不规则运动的动量交换和分子间吸引力,而形成的阻力的宏观表现。

 

1. 黏滞力

 

黏滞力r(Pa) 就是单位面积的内摩擦力,也称为切应力。

流体力学基础之:流体的性质

式中,F 为内摩擦力,N;A 为截面积,m²;/dy 为速度梯度,表示速度沿垂直于速度的方向y 的变化率,1/s;μ 为流体的动力黏度,Pa·s。

 

2. 动力黏度

 

动力黏度是反应流体粘滞性强弱的系数,其意义为当速度梯度/dy =1时流体的黏滞力,μ 值愈大,则粘滞性愈强。

 

3. 运动黏度

 

运动黏度v(m²/s) 是动力黏度μ 与同温度时的流体密度ρ 的比值。

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原文始发于微信公众号(声振之家):流体力学基础之:流体的性质

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