流体力学/流体性质

除了物理问题中通常考虑的质量、速度和压力等性质外，以下是流体的基本性质

流体的密度通常用希腊字母 $\rho$ （rho）表示，定义为流体质量除以无穷小的体积。密度在英制重力 (BG) 系统中以 slugs/ft³ 表示，在 SI 系统中以 kg/m³ 表示。

$\rho =\lim _{\Delta V\rightarrow 0}{\frac {\Delta m}{\Delta V}}\,={\frac {dm}{dV}}$

如果假设流体密度均匀，则公式可以简化为

$\rho ={\frac {m}{V}}$

流体的比重用希腊字母 $\gamma$ （gamma）表示，通常定义为单位体积的重量。gamma 的单位分别是英制单位 lb/ft³ 和 SI 单位 N/m³。

$\gamma =\rho$ * g

g = 局部重力加速度， $\rho$ = 密度

注意： 通常使用

g = 32.174 ft/s² = 9.81 m/s²

$\rho$ = 1000 kg/m³

任何流体的相对密度定义为该流体密度与标准流体密度的比率。对于液体，我们取水的密度为标准流体，ρ=1000 kg/m³。对于气体，我们取空气或 O₂ 作为标准流体，密度为 ρ=1.293 kg/m³。

粘度是流体的性质，它定义了流体中运动的粒子之间的相互作用。它是衡量流体流动阻力的指标。粘性力是由于流体中起作用的分子间力造成的。由于粘度的差异，不同流体在剪切应力下的流动或变形速率不同。粘度高的流体变形缓慢。

粘度（用 μ 表示，希腊字母 mu）是一种物质属性，是流体特有的，它衡量流体对流动的阻力。虽然是流体的属性，但只有当流体运动时才能理解它的影响。当不同的元素以不同的速度运动时，每个元素都试图将其相邻的元素一起拖动。因此，在速度不同的流体元素之间会产生剪切应力。

艾萨克·牛顿研究了剪切应力与速度场之间的关系，他提出剪切应力与速度梯度成正比，或者我们可以说剪切应变率成正比。 $\tau =\mu {\frac {\partial u}{\partial y}}$ 比例常数称为动力粘度系数。

另一个系数称为运动粘度（ $\nu$ ，希腊字母 nu）定义为动力粘度与密度的比率。即， $\nu =\mu /\rho$ 它是量化流体流动阻力的流体属性。

无量纲参数

无量纲参数用于简化分析，并在不涉及单位的情况下描述物理状况。无量纲量没有与之相关的物理单位。它们源于量纲分析技术。这些数字在流体力学以及空气动力学和对流传热等相关学科中有着广泛的应用。

雷诺数（以奥斯本·雷诺兹，1842-1912 命名）用于流体流动研究。它比较了惯性效应和粘性效应的相对强度。

雷诺数的值定义为： $Re={\frac {\rho VL}{\mu }}={\frac {VL}{\nu }}$

其中 ρ（rho）是密度，μ（mu）是绝对粘度，V 是流动的特征速度，L 是流动的特征长度。

示例 0.1：平板流动的雷诺数

温度为 293K，密度为 1.225 kg m⁻³ 的空气以 1 m s⁻¹ 的速度流过平板。平板前缘下游 1 米处的雷诺数是多少？

空气的绝对粘度为 1.8 × 10-5 N s m⁻²。

$Re={\frac {\rho VL}{\mu }}={\frac {1.225(1)(1)}{1.8E10^{-5}}}=68,055$

此外，我们定义参数 ν（nu）为运动粘度。

低 Re 表示蠕动流，中等 Re 表示层流，高 Re 表示湍流。

雷诺数也可以进行转换以适应不同的流动条件。例如，管道内流动的雷诺数表示为

$Re={\frac {\rho ud}{\mu }}$

其中 u 是管道内流体的平均速度，d 是管道的内径。

动态力（和雷诺数）在现实世界的应用：跳伞，其中摩擦力等于下落物体的重量。（jjam）