天火娱乐注册-网站,摘要:流体特别是液体,在管道中的流动时,人们把其质量流量等 效于体积流量,这是建立在不可压缩、没有粘性的“理想流体”模型基 础上的理论。
无论是气体还是液体都是可压缩的,有人曾经对水和水银等液体的 压缩性进行了测量,在 500 大气压下,每增加一大气压,水的体积的减 少量不到原体积的两万分之一,水银体积的减少量不到原体积的百万分 之四,因为压缩量很小,通常均可不考虑液体的可压缩性。气体的可压 缩性则非常明显,譬如用不太大的力推动活塞即可使气缸中的气体压 缩,又如地球表面的大气密度随高度的增加而减小,也说明气体的可压 缩性。但是,因为气体密度小,即使压力差不太大,也能够迅速驱使密 度较大处的气体流向密度较小的地方,使密度趋于均匀;又若流动气体 中各处的密度不随时间发生明显的变化,气体的可压缩性就可以不必考 虑。然而若气体速度接近或者超过专声速,因气体运动所造成的各处密 度差来不及消失,这时气体的可压缩性会变得非常明显,不能再看是不 可压缩的。总之,在一定问题中,若可不考虑流体的压缩性便可将它抽 象为不可压缩流体的理想模型,反之,则需看作是可压缩流体。[1]
以上文字摘自漆安慎、杜婵英的高等学校试用教材《力学基础》 (1982 年 12 月第 1 版)第 508 页。从上述论述中,我们都可知道这样 一个事实,任何(由原子分子构成的)物体都可以被压缩,只是不同的 物体在同一条件下的压缩量不尽相同;我们还可以知道这样的第二个事 实,自然界存在着大量的压缩量相当微小可以是微不足道的物体,液体 也就其中的一种,人们常常把这些微不足道的形变量忽略了,把它当成 不可压缩的物体;我们还可以看到第三个事实,当人们把这些压缩量很 小的液体当成不可压缩的理想流体的时候,人们压根儿就没有考虑过这 些被人们当成为不可压缩的理论流体是否会发生体积的膨胀。
也因为这样,在经典物理学中所研究的液体,通常都是密度从不发 生变化的流体。
我们见到的流体,既有开放的也有封闭的,气体也是流体,理想气 体是物理学中研究得很多的液体,在研究时,人们把理想气体放入一个 容器中,故这是封闭的理想气体。除了理想气体之外,人们还经常见到 在管道、容器等器具中的水,这些都是具有封闭性质的液体。也许是受 到这么许多实际情况的影响,使人们对液体的运动也采用封闭型的研 究,即使对于原本是开放型的流体,人们也要固执地把它转化为封闭型, 在本没有管道的流体中人为地假设了一条一条的管道,把它称为流管, 流体就在这些子无虚有的流管中运动。
在确定了流体流动的管道之后,人们认为接下来要研究要关注的对 象便是流体在管道中的流量了。流量是什么?流量的原始定义应该是单
人们正是利用了流体的压缩量很小可以忽略的特点,认为流体的密 度 是不变的,而流管的某处横截面积 当然也是不变的,故流量
,不难看出, 正好是流体流经该横截面的速度 ,所以 。对于同种流体而言,由于其密度 是不变的常数,故把
称为体积流量。可见,在经典物理学中,流管中的流体流量 总是与其流速大小成正比。
我们不妨假设流体先通过横截面 再通过 ,如若 ,则说明流 体在作加速运动,反之则作减速运动。总之,只要流管的横截面积不同, 流体在其内流动一定作变速运动。
我们都知道,我们所知道的任何宏观物体,无论是固体还是液体抑 或是气体,都是由原子(分子)构成的,所以,笔者在此,撇开了经典 物理学流量的研究方法,而是把构成流体的原子(分子)作为研究对象。
此时,对于任何一条流管的任何一个横截面,流过这个横截面的流 体原子(分子)总是具有先后之分。在稳定的流体中,在某一个流管横 截面的流速是稳定的,而同一流管不同的横截面,笔者认为,虽然存在 着横截面积越小,流速越大,但是流体流速并不与其横面积成反比,而
于是,我们知道,在流管流速越大的地方,其流体密度将越小,流 速越小的地方,密度则越大。或者说,流体的密度是变化的,不是稳定 不变的