流体的可压缩性与热膨胀性探究

1.流体的密度和比体积

密度与比体积是流体最基本的物理量。流体密度ρ是流体中某空间点上单位体积的平均质量，密度是空间位置及时间的函数，其单位为kg/m³。

比体积是密度的倒数，即单位质量流体所占有的体积，以v表示：，其单位为m³/kg。表1-5列出几种常见流体的密度。

表1-5 几种常见流体的密度

决定流体密度值大小的因素有：流体的种类、压力和温度，对多组分流体，密度还是各组分含量的函数。如海水是水与各种溶解盐的混合物，海水密度常认为是压力、温度及盐度（盐度是单位质量海水中溶解盐的质量，以ζ表示）的函数：ρ=ρ（p，T，ζ）；大气是干空气与水汽的混合物，大气密度是压力、温度及比湿（单位质量空气中含有的水汽质量，以q表示）的函数：ρ=ρ（p，T，q）。

2.流体的可压缩性与热膨胀性

（1）流体的压缩性与体积压缩系数 当作用于流体上的压力增加时，其体积将会减小的特性称为流体的压缩性。压缩性用流体的体积压缩系数β_p度量。β_p定义为流体在温度不变时，增加一个单位压力所引起的体积变化率，即，其单位是m²/N。

液体的压缩系数很小，故其压缩性一般可以忽略不计。气体的压缩系数远大于液体，且与温度、压力有关。

等温压缩系数是衡量流体可压缩性的物理量，它表示在一定温度下压力增加一个单位时，流体密度的相对增加率。由于比体积v为密度ρ的倒数：vρ=1，因此

式（1-27）表示，等温压缩系数表示在一定温度下压力增加一个单位时流体体积的相对缩小率。

等温压缩系数γ_T的倒数为体积弹性模量E：

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它表示流体体积的相当变化所需的压力增量。

表1-6是一些常见流体的等温压缩系数γ_T及体积弹性模量E的值。

表1-6 一些常见流体的γ_T及E值

严格地说，实际流体都是可以压缩的。在流体力学中，为了处理问题的方便，常将压缩性很小的流体近似看做不可压缩流体，其密度可看作为常数。

（2）流体的热膨胀性与体膨胀系数 流体的膨胀性是指当温度增加时，流体的体积增大的特性。膨胀性的大小用体膨胀系数α_V度量，α_R的单位为K^-1。α_V定义为单位温升所引起的体积的变化率，其数学表达式为

式中，dt是温度的增量（℃）。

流体在温度改变时，其体积或密度可以改变的性质，称为流体的热膨胀性，热膨胀系数表示在一定压力下，温度增加1K时流体密度的相对减小率。

表1-7 列出一些液体的热膨胀系数。

表1-7 一些液体的热膨胀系数