1.3 液体的主要物理性质

任何事物的发生与发展都决定于两个重要因素：外因与内因。对于液体运动而言，外因是作用在液体上的力，而内因则是液体本身的物理性质。所以在研究液体运动规律之前，须对液体的物理性质有所了解。下面主要介绍几个影响液体机械运动的主要物理性质。

1.3.1 密度与容重

液体与地球上的所有物质一样，都具有质量和重量，分别用符号ρ和γ来表示液体的密度与容重。

液体的密度是指单位体积液体所具有的质量。若一均质液体的体积以V表示，质量以M表示，则该均质液体的密度为

密度的国际单位为：kg/m³。

液体的容重又称为重度，是指单位体积液体所具有的重量。均质液体的容重为

容重的国际单位为：N/m³或kN/m³。在水力计算中一般采用g=9.80m/s²。

液体的密度与容重随温度、压强的变化而变化。但在水力计算中，为简便起见，将水的密度与容重视为常数，采用在一个标准大气压下、温度为4℃时的纯净水的密度来计算，此时水的密度ρ=1000kg/m³，容重γ=9800N/m³。

1.3.2 黏滞性

当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的黏滞性。此内摩擦力称为黏滞力。由于液体中存在黏滞性，运动液体需要克服内摩擦力做功，因此它是运动液体机械能损失的主要根源。

牛顿通过平板实验（图1.1），发现单位面积上的内摩擦力τ与两液层速度的变化率成正比，即

图1.1 平板实验示意图

式中 μ——动力黏滞系数，N·s/m²或Pa·s。

它是描述液体黏滞性大小的物理量，黏性大的液体其μ值也大。

在工程中，还常以动力黏滞系数μ与密度ρ的比值来表示液体的黏滞性，即，称为运动黏滞系数，它的国际单位为：m²/s。

不同种类的液体其黏滞性不同，则黏滞系数也不同。同一种液体的黏滞系数值随压力变化甚微，但随温度变化较为敏感。水的运动黏滞系数ν值可按下列经验公式计算

式中 t——水温，℃；

ν——运动黏滞系数，cm²/s。

从上式可见，水的运动黏滞系数ν值随着温度的上升而减小。例如，当水温t=4℃时，ν=0.01560cm²/s，t=20℃时，ν=0.01010cm²/s。

后续章节将对运动的液体进行讨论，由于液体黏滞性的存在，使得在一定边界条件下有相对运动的流体产生内摩擦力，液体克服内摩擦力即会产生能量的损失。而内摩擦力的大小，一方面与液体的黏滞性有关，另一方面与液体内部的相对运动有关。自然界中水流运动的边界千变万化，液体内部的相对运动也就会有很多的变化，必将使得对水流运动能量损失的分析研究变得异常困难。在水力学中，为简化分析，有时对液体的黏滞性不考虑，这种假想的没有黏滞性的液体，称为理想液体。由于没有黏滞性，所以理想液体运动时不产生内摩擦力，因此也就没有能量的损失。按理想液体考虑，得出的液体运动的结论，应用到实际液体时，必须对没有考虑黏滞性而引起的偏差进行修正。

1.3.3 压缩性

液体不能承受拉力，但可以承受压力。液体的体积随压力的增大而减小的性质，称为压缩性。可以用压缩系数β来描述液体压缩性的大小。液体体积的相对缩小值与压力的增值Δp之比，称为压缩系数，即

水的压缩性很小，在10℃时，每增加一个工程大气压，水的体积相对压缩值约为两万分之一。所以，在一般工程设计中，认为水是不可压缩的，相应水的密度及容重可视为常数。仅在个别特殊的情况，如泵站开关管道闸阀发生水击时需考虑水的压缩性。