【正文】 兩相體 (dual phase)：流體中有其他物質(zhì)成分的兩種組分的混合體 。 分子擴(kuò)散類型 —— 自擴(kuò)散，互擴(kuò)散 （ 1） 單相流體或單相體 (single phase)：指流體中沒有其他物質(zhì)成分的單組分流體 。流體的主要物理性質(zhì) （ 三 ） 擴(kuò)散（ diffusion） 流體中的 擴(kuò)散 現(xiàn)象 由于流體的分子熱運(yùn)動而產(chǎn)生的為 分子擴(kuò)散 (molecular diffusion)，它在靜止和運(yùn)動流體中都存在。 167。 熱傳導(dǎo) 的 傅里葉定律 ： dydTqH ??? 式中： qH表示為單位時間通過單位面積傳遞的熱量 — 熱通量 （ heat flux） ， 單位是 W/m2； κ為熱導(dǎo)率或?qū)嵯禂?shù) ， 單位為 W/(m流體的主要物理性質(zhì) （ 二 ） 熱傳導(dǎo) (conductive heat transfer) 流體中的傳熱現(xiàn)象 （ 1）熱傳導(dǎo)：由于流體的分子熱運(yùn)動而產(chǎn)生的傳熱稱熱傳導(dǎo)； （ 2）熱輻射：由于流體電磁波輻射而產(chǎn)生的傳熱成熱輻射； 熱傳導(dǎo)，熱輻射在靜 止或運(yùn)動流體中都存在。 解 ： dr 微元上摩阻力為： 而圓盤微元所受粘性摩擦阻力矩為： dM=dTr = ?π2r3ndr/15δ 則克服總摩擦力矩為： rπnωru 30???r30 n 1r d r2 dT ?????? ????? udA)r30 n( 00 ???? ???????? 6015423020nRdrrndMM RR ?????)( 442 sPanRM ???? ??? ??)0 30( 0rrrnrdydu ?????? ????????δ τ0 τ0 167。m。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 解： ∵ 等速 ∴ as=0 由牛頓定律： ∑Fs=mas=0 mgsin?－ τ 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 試求液體粘度的計(jì)算式。兩圓筒間隙間的液體速度，按直線變化，由零增加到外外圓筒速度。通過實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)外筒一一定速度旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)動力矩通過液體內(nèi)部傳遞到內(nèi)筒，使扭絲旋轉(zhuǎn)一定的角度，達(dá)到平衡。測定儀的內(nèi)、外兩筒具有同一軸線，兩筒間的間隙很小，其間充滿待測定的液體。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 實(shí)際流體 (viscous fluid)：有 （ 考慮 ） 粘性 的流體 。 （ 2） 非牛頓流體 (nonNewtonian fluid) ：凡不符 合 牛頓內(nèi)摩擦定律 的流體 。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 注意：固體的切應(yīng)力與 角變形的大小 成正比 。流體的主要物理性質(zhì) 流體的切應(yīng)力與剪切變形速率 (rate of angular deformation)關(guān)系 由圖得知 dyd u d tdd ?? ?? ta n 即 dtddydu ?? 速度沿垂直于速度方向 y軸的變化率 （ 速度梯度 ） du/dy ， 實(shí)際上是流體微元的剪切變形 (角 )速 度 dθ /dt。 ??? ? 水的運(yùn)動粘度 ?通?？捎媒?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 20 0 0 2 2 3 3 0 1 7 7 tt ????(cm2/s) 牛頓平板實(shí)驗(yàn) —— 流體 (牛頓 )內(nèi)摩擦定律 167。 粘度 μ 與流體密度 ρ 的比值 ， 以 ν 表示 式中： ν 的單位為 m2/s。s (N流體的主要物理性質(zhì) 若以表示單位面積上的切力，即切應(yīng)力 (shear stess)，則為 dydu?? ?稱流體 (牛頓 )內(nèi)摩擦定律 。 167。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 液體的分子間距較小 ， 吸引力影響較大 ， 隨著溫度的升高 ， 吸 引力減小 ， 使切應(yīng)力亦隨之而減小 。 氣體的粘度值隨著溫度的升高而增大 。流體的主要物理性質(zhì) 流體粘性產(chǎn)生原因 從流體的微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動來說明， 是由： 流動流體的內(nèi)聚力（ Cohesive Force/Cohesion）和 分子的動量交換 (momentum transfer)所引起的。 167。 非平衡態(tài) （ nonequilibrium）：某種物性在流體各處分布不均勻狀態(tài)。 粘性： 流體運(yùn)動時，具有抵抗剪 切 (shear)變形 (deformation)能力的性質(zhì)。熱傳導(dǎo) 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) (二）氣體的壓縮性和膨脹性 等溫（ isothermal）過程，因?yàn)?T = C ,(常數(shù) )， RT=常數(shù) pp1?? 式中： γ 為比熱容 (heat capacity)比 ， γ =Cp /Cv； Cp 為質(zhì)量定壓熱容 (比定壓熱容 )； Cv 為質(zhì)量定容熱容 (比定容熱容 )。 在溫度不過低、壓強(qiáng)不過高時，氣體壓強(qiáng) p、溫度 T與比體積 υ或密度 ρ之間的關(guān)系服從完全氣體（ perfect gas） (熱力學(xué)中的理想氣體，注意與粘性的理想流體相區(qū)別）狀態(tài)（物態(tài)）方程 (equation of state) RTpRTpv ?? ?或(二）氣體的壓縮性和膨脹性 167。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) 例： 14 設(shè)水在 2O℃ 時 ， 所受壓強(qiáng)由 5atm增加到 1Oatm， 試問水的密度改變多少 ？ 解：水在 20℃ 時 ， 由表 11查得彈性模量 E = 1O9 Pa，密度 ρ = kg/m3， 1 atm = 1O5 Pa。 167。 dTVdVV ?? 用密度表示的體 [膨 ]脹系數(shù) α v 為 : α v的單位為 K1(或 ℃ 1)， 是溫度單位的倒數(shù) 。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 也常用來度量液體的壓縮性 ： ??? ddpdVdpVEp???? 1 式中： E 的單位是 Pa， 與壓 強(qiáng)的單位相同 。 不可壓縮流體亦只是實(shí)際流體在某種條件下的一種近似模型 。 如輸水管路中的水擊現(xiàn)象 ， 必須考慮水的壓縮性 ， 否則會導(dǎo)致錯誤的結(jié)果 。 可見當(dāng)壓強(qiáng)變化一個大氣壓時 ， 水體積變化 2萬分之一 ， 所以水可視為是不易壓縮的 ， 相應(yīng)的密度可以視為常數(shù) 。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) dpdP??? /? 在一定溫度下 ， 壓強(qiáng)增加一個單位時 ， 液體 密度 的 相對增 加率 。 dpVdVP/??? 壓縮系數(shù) α p轉(zhuǎn)化為 : 式中：負(fù)號表示壓強(qiáng)增大 ， 體積減小 ， 使 α p為正值 。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 膨脹性 (expansibility)：當(dāng)流體所受的溫度升高 時，體積膨脹、密度減?。粶囟冉档蜁r體積收縮、密度增大的性質(zhì)。 wwS ???? ??三、壓縮性和膨脹性 （一）定義 壓縮性 （ Compressibility）：當(dāng)作用在流體上的壓強(qiáng)增大時，體積減小、密度增大；壓強(qiáng)減小時，其體積增 大、密度減小的性質(zhì)。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 流體的主要物理性質(zhì) 比重（ Specific Gravity）、 比容 (Specific Volume) 比容 (Specific Volume)：指單位氣體質(zhì)量所具有的體積 。 密度與容重的關(guān)系式 g?? ?167。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 均質(zhì)流體內(nèi)部各點(diǎn)處的重量均相等 。流體的主要物理性質(zhì) 空氣的物理特性 表 重量 （ Weight） 是 流體 受到的地球引力 由萬有引 力定律知，質(zhì)量為 m 的物體重量 G 為 ： mgG ?海平面處標(biāo)準(zhǔn)參考值為 ； 北京地區(qū)為 ； 計(jì)算時常取 ， 或取 。流體的主要物理性質(zhì) 水的物理特性 表 表 12 在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣的物理特性 () 167。流體的主要物理性質(zhì) 表 11 在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下， 水的物理特性 （ ） 167。 一般計(jì)算采用： 水的密度值為 10OO kg/m3， 干空氣的密度值 為 kg/m3， 水銀的密度值為 1O3 kg/m3； 167。s2/m4； 對于均質(zhì)流體 (homogeneous fluid)， 設(shè)體積為 V的流體具有的質(zhì)量為 m，則密度為： Vm?? 對于非均質(zhì)流體 (nonhomogeneous fluid)： VmV ?????lim 0? 流體的密度隨溫度和壓強(qiáng)的變化而變化 。 1— 2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 秒 2/米 ） = 千克； a— 加速度 ， m/s2； 負(fù)號表示慣性力的方向與加速度方向相反