液體與氣體統稱為流體,流體具有以下特性:
連續性
流體力學研究的是大量分子的宏觀集體運動效果,同時,將整個流體分成許多分子集團,每個分子集團稱為質點,並認為各質點之間沒有任何空隙,而且相對整個流體來說,質點的幾何尺寸可忽略不計。因此,質點是研究流體的最小單位,質點是連續的,所以流體具有連續性。反應流體質點運動特性的各種物理量如速度、密度、壓力等,也是連續的。
流動性
流動性是流體與固體的根本區別。由於具有流動性,所以流體沒有固定的形狀。液體和氣體都具有流動性,但它們的流動性是有區別的。
液體形狀隨著容器而改變,但其體積保持不變;
氣體在流動中在改變自身形狀的同時,其體積也隨容器的體積而改變,它總能充滿整個容器。
壓縮性
流體在受壓時,體積縮小、密度增大的性質,稱為流體的壓縮性,以壓縮系數 k(㎡/n) 表示。它表示在一定的溫度下,壓強增加1個單位,體積的相對縮小率。若液體的原體積為V,壓強增加dρ 後,體積減小dv,壓縮系數為:
由於液體受壓體積減小,dp 與dV 異號。式中右側加負號,以使k 為正值,其值愈大,愈容易壓縮。k 的單位為1/Pa。
壓縮系數的倒數是體積彈性模量K,即
水的壓縮系數最小,當壓力為0.1mpa時,壓力每升高105pa,其體積的變化為5/100000左右,所以,在一般情況下可以忽略不計。因此,工程界均把水以及其他液體視為不可壓縮流體。
氣體的壓縮系數比液體大得多,而且,其值隨氣體的熱力學過程而定,隨壓力升高而增大。在溫度為0℃、壓力為1×105pa的條件下,空氣的壓縮系數是水的2萬倍左右。
需要指出的是,在暖通空調專業常見的氣流運動中,由於管道不很長,氣流速度遠遠小於聲速 (340m/s),流動過程中,密度沒有顯著變化,所以仍可作為不可壓縮流體處理。
膨脹性
流體受熱時,溫度升高、體積膨脹、密度減小的性質,稱為流體的膨脹性。以膨脹系數α(1/k 或1/℃)表示。它表示了單位溫度變化時流體體積的相對變化,即
式中,V 為流體的體積,m³;dV/dT 為流體體積相對於溫度的變化。水的膨脹系數αv(×10-4),如下表所示。
水在不同溫度時的膨脹系數αv(××10-4/℃)
黏滯性
流體內部質點間或層流間,由於相對運動而產生內摩擦力,以阻止相對運動的性質稱為黏滯性。產生黏滯性的物理原因,是流體圍觀分子不規則運動的動量交換和分子間吸引力,而形成的阻力的宏觀表現。
1. 黏滯力
黏滯力r(Pa) 就是單位面積的內摩擦力,也稱為切應力。
式中,F 為內摩擦力,N;A 為截面積,m²;dμ/dy 為速度梯度,表示速度沿垂直於速度的方向y 的變化率,1/s;μ 為流體的動力黏度,Pa·s。
2. 動力黏度
動力黏度是反應流體粘滯性強弱的系數,其意義為當速度梯度dμ/dy =1時流體的黏滯力,μ 值愈大,則粘滯性愈強。
3. 運動黏度
運動黏度v(m²/s) 是動力黏度μ 與同溫度時的流體密度ρ 的比值。即
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