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第一章 流体力学基础 流体包括液体和气体。 流体力学是力学的一个分支，研究流体处于平衡、运动状态时的力学规律及其在工程中的 应用。 按研究介质不同流体力学分为液体力学 （水力学）和气体力学。水力学研究的对象是液体， 但是，当气体的流速和压力不大，密度变化不大，压缩性可以忽略不计时，液体的各种平衡和运 动规律对于气体也是适用的。 流体力学在建筑设备工程中有着广泛的应用。给水、排水、供热、供燃气、通风和空气调 节等工程设计、计算和分析都是以流体力学作为理论基础的。因此，必须了解和掌握流体力学的 基本知识。 第一节 流体的主要物理性质 流体的连续性假说 流体毫无空隙地连续地充满它所占据的空间。因此，描述流体平衡和运动的参数都是空间 坐标的连续函数，从而就可以应用数学分析中的连续函数这一工具，分析流体在外力作用下的机 械运动。 流体的力学特性 （1）流体不能承受拉力； （2）静止流体不能承受切力，受微小切力作用流体就会流动，这就是流体易流动性的原因， 运动的实际流体能承受切力； （3）静止或运动的流体能承受较大的压力。 一、惯性及万有引力特性 惯性——物体保持原有运动状态的性质。惯性的大小用质量 表示。 万有引力——地球上的物体均受地球引力的作用，表现为重力。质量为 物体的重力为 （N） （1-1） 式中 ——重力加速度，取 m/s。2 1．密度 对于均质流体，单位体积流体具有的质量，记为 。对于质量为 ，体积为 的流体 有 （kg/m ） （1-2）3 2．容重 （重度） 对于均质流体，单位体积流体具有的重量，记为 。对于重量为 ，体积为 的流体 有 (N/m) （1-3）3 干空气在标准大气压 mmHg和20℃时， kg/m ，3 N/m 。3 水在标准大气压和4℃时， kg/m ，3 N/m 。3 水银在标准大气压和20℃时， kg/m ，3 N/m 。3 二、粘滞性 如图1-1所示，为管中断面流速分布。由于流体各流层流速不同，当相邻层间有相对运动 时，在接触面上就会产生相互作用的内摩擦力 （切力），摩擦生热，耗散在流体中，流体的机械 能就会损失一部分。 流体运动时产生内摩擦力或抵抗剪切变形的能力称为流体的粘滞性。 图1-1 管中断面流速分布 牛顿内摩擦定律 作用在单位面积上的内摩控力 为 (N/m) （1-4）2 式中 ——内摩擦力，N； ——摩擦流层的接触面积，m2 -1 ——流速梯度，速度沿垂直于流速方向 的变化率，s ； ——与流体种类有关的动力粘滞性系数，N/m ·s Pa ·s。2 另外，流体力学中常用 (m/s) （斯） (1-5）2 式中 ——流体的运动粘滞性系数。 或 受温度影响较大，而受压力影响很小。液体的 或 随温度提高而减小，而气 体反之。水和空气的 和 随温度的变化见教材中的表1-2。 由于粘性流体运动时内摩擦力做负功，消耗流体的机械能，计算中必须考虑。 三、流体的压缩性和膨胀性 压缩性——压强增大体积减小密度增加的性质。 膨胀性——温度升高体积膨胀密度减小的性质。 （一）液体情况 液体的压缩性和膨胀性很小。 水每增加一个大气压( kN/m)，密度增加 1/200