上海交通大学：《船舶流体力学》课程教学资源（课件讲稿）第1章 流体的基本性质

第一章流体的基本性质

第一章 流体的基本性质

1.1流体的定义 流体力学的研究对象是流体，那么什么是流体？ 我们知道物质的存在状态有三种形式： 固体(solid),访休Ii Free surface Liquid Gas

流体力学的研究对象是流体，那么什么是流体？ 我们知道物质的存在状态有三种形式： 固体(solid)，液体(liquid)，气体(gas) 1.1 流体的定义

1.1流体的定义 固体：有固定形状和体积，能承受压力，拉力，剪切 力。 液体：无形状，有一定的体积；不易压缩，存在自由 (液)面。 气体：既无形状，无体积，易于压缩。 流体就是指液体或气体，如水，空气，水蒸气、润滑 油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下 的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的 等离子体等等

固体：有固定形状和体积，能承受压力，拉力，剪切 力。 液体：无形状，有一定的体积；不易压缩，存在自由 (液)面。 气体：既无形状，无体积，易于压缩。 流体就是指液体或气体，如水，空气，水蒸气、润滑 油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下 的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的 等离子体等等。 1.1 流体的定义

1.1流体的定义 流体的特点：不能承受拉力和剪切力。即使在很 小剪切力作用下，它都会产生连续不断的变形 而形成流动。 Normal to surface F norm al stress Force acting F on area dA F shear stress -Tangent dA to surface

流体的特点：不能承受拉力和剪切力。即使在很 小剪切力作用下，它都会产生连续不断的变形 而形成流动。 1.1 流体的定义 n o rm al stress shear stress n t F d A F d A = =

1.1流体的定义 流体的定义：在任何微小的剪切力的作用 下都能够发生连续变形的物质称为流体。 通俗的说法就是，能够流动的物质叫流 体。 A fluid is a substance which deforms continuously under the application of a shear stress

流体的定义：在任何微小的剪切力的作用 下都能够发生连续变形的物质称为流体。 通俗的说法就是，能够流动的物质叫流 体。 A fluid is a substance which deforms continuously under the application of a shear stress. 1.1 流体的定义

1.2流体的特性 流体的易流动性(fluidity) 流体的易变形形(deformability) 流体的粘性(viscosity) 流体的可压缩(compressibility)

1.2 流体的特性 • 流体的易流动性 (fluidity) • 流体的易变形形(deformability) • 流体的粘性 (viscosity) • 流体的可压缩(compressibility)

1.2.1 流体的易流动性 流体的易流动性：流体间的分子作用力较小，很难象 固体那样保持一定的固定形状，只要有外界的作用 力或能量（势能）不平衡，就会发生流动。 固体：分子间作用力大，分子只能在平衡位置作微 小振动，有固定形状，能承受压力，拉力，剪切力。 气体：分子间作用力很小，分子接近自由运动，没 有固体形状和体积，不能承受拉力，剪切力。 液体：分子间作用力介于固体和气体之间，没有固 体形状，但有一定的体积，不能承受拉力，剪切力

1.2.1 流体的易流动性 流体的易流动性：流体间的分子作用力较小，很难象 固体那样保持一定的固定形状，只要有外界的作用 力或能量(势能)不平衡，就会发生流动。 固体：分子间作用力大，分子只能在平衡位置作微 小振动，有固定形状，能承受压力，拉力，剪切力。 气体：分子间作用力很小，分子接近自由运动，没 有固体形状和体积，不能承受拉力，剪切力。 液体：分子间作用力介于固体和气体之间，没有固 体形状，但有一定的体积，不能承受拉力，剪切力

1.2.2流体的易变形性 流体的易变形性：在受到剪切力持续作用时，固体的变 形一般是微小的（如金属）或有限的（如塑料），但流体 却能产生很大的甚至无限大（只作用时间无限长）的变 形 当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分 恢复，流体则不作任何恢复。 在弹性范围内，固体变形与作用力成正比，遵 守Hooke定律，固体内的切应力由剪切变形量 (位移)决定；而流体内的切应力与变形量无 关，由变形速度（切变率）决定，遵守Newton内 摩擦定律

1.2.2 流体的易变形性 流体的易变形性：在受到剪切力持续作用时，固体的变 形一般是微小的(如金属)或有限的(如塑料)，但流体 却能产生很大的甚至无限大(只作用时间无限长)的变 形。 • 当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分 恢复，流体则不作任何恢复。 • 在弹性范围内，固体变形与作用力成正比，遵 守Hooke定律，固体内的切应力由剪切变形量 (位移)决定；而流体内的切应力与变形量无 关，由变形速度(切变率)决定，遵守Newton内 摩擦定律

1.2.3流体的粘性 流体的粘性：当相邻两层流体之间发生相对运动时，在 两层流体的接触面会产生对于变形的抗力，与固体不 同的是，这种抗力不是与流体的变形大小有关，而是 与流体的变形速度成比例，流体这种抵抗变形的特性 就称为粘性。 固体：固体表面之间的摩擦是滑动摩擦，即摩擦力， 摩擦力与固体表面状况有关

1.2.3 流体的粘性 流体的粘性：当相邻两层流体之间发生相对运动时，在 两层流体的接触面会产生对于变形的抗力，与固体不 同的是，这种抗力不是与流体的变形大小有关，而是 与流体的变形速度成比例，流体这种抵抗变形的特性 就称为粘性。 固体：固体表面之间的摩擦是滑动摩擦，即摩擦力， 摩擦力与固体表面状况有关

1.2.3流体的粘性 液体：当两层液体作相对运动 时，两层液体分子的平均距 离加大，吸引力随之增大， 这就是分子内聚力。 气体：气体分子的随机运动范围 大，流层之间的分子交换频 繁。两层之间的分子动量交 换表现为力的作用，称为表 观切应力。 流体的粘性就是由内摩擦产生， 是两层流体间分子内聚力和 分子动量交换的宏观表现。 液体粘性主要取决于分子间 的引力，气体粘性主要取决 于分子的热运动

1.2.3 流体的粘性 液体：当两层液体作相对运动 时，两层液体分子的平均距 离加大，吸引力随之增大， 这就是分子内聚力。 气体：气体分子的随机运动范围 大，流层之间的分子交换频 繁。两层之间的分子动量交 换表现为力的作用，称为表 观切应力。 流体的粘性就是由内摩擦产生， 是两层流体间分子内聚力和 分子动量交换的宏观表现。 液体粘性主要取决于分子间 的引力，气体粘性主要取决 于分子的热运动