液體與氣體統(tǒng)稱為流體,流體具有以下特性:
連續(xù)性
流體力學(xué)研究的是大量分子的宏觀集體運(yùn)動(dòng)效果,同時(shí),將整個(gè)流體分成許多分子集團(tuán),每個(gè)分子集團(tuán)稱為質(zhì)點(diǎn),并認(rèn)為各質(zhì)點(diǎn)之間沒有任何空隙,而且相對(duì)整個(gè)流體來說,質(zhì)點(diǎn)的幾何尺寸可忽略不計(jì)。因此,質(zhì)點(diǎn)是研究流體的最小單位,質(zhì)點(diǎn)是連續(xù)的,所以流體具有連續(xù)性。反應(yīng)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特性的各種物理量如速度、密度、壓力等,也是連續(xù)的。
流動(dòng)性
流動(dòng)性是流體與固體的根本區(qū)別。由于具有流動(dòng)性,所以流體沒有固定的形狀。液體和氣體都具有流動(dòng)性,但它們的流動(dòng)性是有區(qū)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(dòng)中在改變自身形狀的同時(shí),其體積也隨容器的體積而改變,它總能充滿整個(gè)容器。
壓縮性
流體在受壓時(shí),體積縮小、密度增大的性質(zhì),稱為流體的壓縮性,以壓縮系數(shù) k(㎡/n) 表示。它表示在一定的溫度下,壓強(qiáng)增加1個(gè)單位,體積的相對(duì)縮小率。若液體的原體積為V,壓強(qiáng)增加dρ 后,體積減小dv,壓縮系數(shù)為:
由于液體受壓體積減小,dp 與dV 異號(hào)。式中右側(cè)加負(fù)號(hào),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(shù)的倒數(shù)是體積彈性模量K,即
水的壓縮系數(shù)最小,當(dāng)壓力為0.1mpa時(shí),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(jì)。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(shù)比液體大得多,而且,其值隨氣體的熱力學(xué)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(shù)是水的2萬倍左右。
需要指出的是,在暖通空調(diào)專業(yè)常見的氣流運(yùn)動(dòng)中,由于管道不很長,氣流速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲速 (340m/s),流動(dòng)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(shí),溫度升高、體積膨脹、密度減小的性質(zhì),稱為流體的膨脹性。以膨脹系數(shù)α(1/k 或1/℃)表示。它表示了單位溫度變化時(shí)流體體積的相對(duì)變化,即
式中,V 為流體的體積,m3;dV/dT 為流體體積相對(duì)于溫度的變化。水的膨脹系數(shù)αv(×10-4),如下表所示。
水在不同溫度時(shí)的膨脹系數(shù)αv(××10-4/℃)
黏滯性
流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間或?qū)恿鏖g,由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力,以阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)稱為黏滯性。產(chǎn)生黏滯性的物理原因,是流體圍觀分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量交換和分子間吸引力,而形成的阻力的宏觀表現(xiàn)。
1. 黏滯力
黏滯力r(Pa) 就是單位面積的內(nèi)摩擦力,也稱為切應(yīng)力。
式中,F(xiàn) 為內(nèi)摩擦力,N;A 為截面積,m2;dμ/dy 為速度梯度,表示速度沿垂直于速度的方向y 的變化率,1/s;μ 為流體的動(dòng)力黏度,Pa·s。
2. 動(dòng)力黏度
動(dòng)力黏度是反應(yīng)流體粘滯性強(qiáng)弱的系數(shù),其意義為當(dāng)速度梯度dμ/dy =1時(shí)流體的黏滯力,μ 值愈大,則粘滯性愈強(qiáng)。
3. 運(yùn)動(dòng)黏度
運(yùn)動(dòng)黏度v(m2/s) 是動(dòng)力黏度μ 與同溫度時(shí)的流體密度ρ 的比值。即
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