第章流体的性质.doc

第2章 流体的性质? 2.1 引言 一般而言，物质可以按?其存在的物?理形式予以?分类。 。 。 。 。 。 。 在剪切（切向）应力作用下?，无论这个应?力多么小，流体将连续?不断地变形?。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 2-1中，各种流体和?塑体的特性?分别适于变?形率——应力和时间?——应力关系图?上。 2-1 流变性态类?型 可以根据对?于压（正向）应力的反映?把流体进一?步划分为两?大类，即可压缩流?体和不可压?缩流体。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 运动学特性?（线速度，角速度，涡量，加速度和应?变率）。 。 Prand?tl数，体积模量，热膨胀系数?）。 。 。 。 。 。 2.2 运动学特性? 流体的运动?学特性包括?流体的速度?、加速度、涡量、环量和应变?率等。 。 。 。 。 。 。 1). 选择最方便?的坐标原点?，使流动看起?来是定常的?。 2). 。 。 (2.2.1) 根据确定作?为（x，y，z，t）函数的标量?u，v，w，通常就求出?流体力学问?题的解。 u，v，w）来表示速度?分量，而不是像在?固体力学中?那样表示位?移分量。 。 。 。 。 个独立变量?的任意变化?，Q的全微分? (2.2.2) 因为我们有?意识地追踪?确定的同一?质点，空间增量必?须是 (2.2.3) 将这些式子?代入方程(2.2.2)，我们得到特?殊质点Q的?时间微分表?达式 (2.2.4) 有各种名称?，如物质微商?，质点微商等?。 。 。 (2.2.4)中最后三项?称为对流微?商，因为若速度?为零，或者没有空?间变化，这些项为零?。 。 (2.2.5) 式中 ，为梯度算子? 若Q是V本?身，我们得到第?一个运动学?特性，即质点加速?度向量 (2.2.6) 注意加速度?涉及u，v，w和12种?、、和形式的九?个空间微商?，此处i，j，k 表示三个坐?标方向，以后我们不?用i，j，k单位向量?。 项对流项是?变量的非线?性乘积项,这就带来数?学上的困难?。 。 。 。 。 。 。 (2.2.7) 正如我们要?看到的那样?，若粘度为零?（运动是无旋?的），总是零，剩下的对流?加速度只是?等于伯努利?方程的动能?项。 。 。 。 。 2.3 研究流体的?动力特性是?，常常涉及流?体输运现象?的某些方面?，这就是流动?中的流体到?处输送物质?与特性的能?力，及这些物质?与特性通过?流体介质以?扩散与传递?的机理。 。 。 。 。 过 程 观测定律 质量输运 物质守恒 热量输运 能量守恒（热力学第一?定律） 动量输运 牛顿第二定?律（运动方程） 三个所谓输?运特性是粘?度、热导率（导热系数）和质量扩散?系数。 。 。 。 。 。 。 动量定义为?一质点的质?量与其速度?矢量的乘积?。 。 。 。 图2-2 层流情况下?的横向动量?输运及动量?梯度的切应?力 例如，设处于两大?平行板之间?的流体发生?运动（图2-2），上层板运动?而下层板静?止。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 相等。 x方向，而且只随y?变化，即。 (2.3.1) 通过这样的?实验，发现对于所?有普通流体?，剪应力是应?变率的唯一?函数： (2.3.2) 因为当顶板?以给定速度?运动时，是常数，由此得出，在这些流体?中为常数，因而是常数?。 。 (2.3.2)中的函数关?系的实际适?度如何，这一点总是?正确的。 。 的实验，可建立方程?(2.3.2)的函数关系?。 ~，或 (2.3.3) 称为牛顿流?体的粘度（或粘性系数?）。 。 ，它与流体的?体积膨胀有?关，但是实际中?很少遇到。 (2.3.3)指出，的量纲是应?力-时间，典型的工程?单位是磅-秒/英尺，相当于斯/英尺（秒）。 P）。 1泊=1克/（厘米）（秒）=0. 00208?86斯/英尺（秒） (2.3.4) 系数的本质?上是热力学?特性，随温度和压?力变化。 (2.3.2)的函数关系?是非线性的?，此种流体称?为非牛顿流?体。 2-1中。 与称之为热?的宏观现象?有关的基本?概念和基本?定义构成了?热力学这门?科学的基础?。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ier定律?