流體力學/流體性質

除了物理問題中通常考慮的質量、速度和壓力等性質外，以下是流體的基本性質

流體的密度通常用希臘字母 $\rho$ （rho）表示，定義為流體質量除以無窮小的體積。密度在英制重力 (BG) 系統中以 slugs/ft³ 表示，在 SI 系統中以 kg/m³ 表示。

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

如果假設流體密度均勻，則公式可以簡化為

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

流體的比重用希臘字母 $\gamma$ （gamma）表示，通常定義為單位體積的重量。gamma 的單位分別是英制單位 lb/ft³ 和 SI 單位 N/m³。

$\gamma =\rho$ * g

g = 區域性重力加速度， $\rho$ = 密度

注意： 通常使用

g = 32.174 ft/s² = 9.81 m/s²

$\rho$ = 1000 kg/m³

任何流體的相對密度定義為該流體密度與標準流體密度的比率。對於液體，我們取水的密度為標準流體，ρ=1000 kg/m³。對於氣體，我們取空氣或 O₂ 作為標準流體，密度為 ρ=1.293 kg/m³。

粘度是流體的性質，它定義了流體中運動的粒子之間的相互作用。它是衡量流體流動阻力的指標。粘性力是由於流體中起作用的分子間力造成的。由於粘度的差異，不同流體在剪下應力下的流動或變形速率不同。粘度高的流體變形緩慢。

粘度（用 μ 表示，希臘字母 mu）是一種物質屬性，是流體特有的，它衡量流體對流動的阻力。雖然是流體的屬性，但只有當流體運動時才能理解它的影響。當不同的元素以不同的速度運動時，每個元素都試圖將其相鄰的元素一起拖動。因此，在速度不同的流體元素之間會產生剪下應力。

艾薩克·牛頓研究了剪下應力與速度場之間的關係，他提出剪下應力與速度梯度成正比，或者我們可以說剪下應變率成正比。 $\tau =\mu {\frac {\partial u}{\partial y}}$ 比例常數稱為動力粘度係數。

另一個係數稱為運動粘度（ $\nu$ ，希臘字母 nu）定義為動力粘度與密度的比率。即， $\nu =\mu /\rho$ 它是量化流體流動阻力的流體屬性。

無量綱引數

無量綱引數用於簡化分析，並在不涉及單位的情況下描述物理狀況。無量綱量沒有與之相關的物理單位。它們源於量綱分析技術。這些數字在流體力學以及空氣動力學和對流傳熱等相關學科中有著廣泛的應用。

雷諾數（以奧斯本·雷諾茲，1842-1912 命名）用於流體流動研究。它比較了慣性效應和粘性效應的相對強度。

雷諾數的值定義為： $Re={\frac {\rho VL}{\mu }}={\frac {VL}{\nu }}$

其中 ρ（rho）是密度，μ（mu）是絕對粘度，V 是流動的特徵速度，L 是流動的特徵長度。

示例 0.1：平板流動的雷諾數

溫度為 293K，密度為 1.225 kg m⁻³ 的空氣以 1 m s⁻¹ 的速度流過平板。平板前緣下游 1 米處的雷諾數是多少？

空氣的絕對粘度為 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，我們定義引數 ν（nu）為運動粘度。

低 Re 表示蠕動流，中等 Re 表示層流，高 Re 表示湍流。

雷諾數也可以進行轉換以適應不同的流動條件。例如，管道內流動的雷諾數表示為

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

其中 u 是管道內流體的平均速度，d 是管道的內徑。

動態力（和雷諾數）在現實世界的應用：跳傘，其中摩擦力等於下落物體的重量。（jjam）