流体力学基础之：流体的性质

来源：今日头条号暖通大学士，文章整理自网络。

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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。
  

     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：

由于液体受压体积减小，dp 与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。k 的单位为1/Pa。

压缩系数的倒数是体积弹性模量K，即

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。

     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/k 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

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/℃)

     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。

式中，F 为内摩擦力，N；A 为截面积，m²；dμ/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dμ/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。即