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精选优质文档-倾情为你奉上1.3 The Characteristics of Fluids constituent：组成的；tangential：切向的；restrain：限制、约束；equilibrium：平衡， 均衡；interface：相互关系、分界面；molecule：微小颗粒、分子；continuum：连续体； vessel：容器；tar：焦油、柏油；pitch：树脂；imperceptibly：察觉不到的，细微的； restore：恢复；subside：下沉、沉淀、减退、衰减；hypothetically：假设地、假想地； sphere：球、球体；microvolume：微元体积；rarest：最稀罕的，虽珍贵的1.3 The Characteristics of Fluids  流体的特征 A fluid is a substance which may flow; that is, its constituent particles may continuously change their positions relative to one another. Moreover, it offers no lasting resistance to the displacement, however great, of one layer over another. This means that, if the fluid is at rest, no shear force (that is a force tangential to the surface on which it acts )can exist in it. A solid, on the other hand, can resist a shear force while at rest; the shear force may cause some displacement of one layer over another, but the material does not continue to move indefinitely. In a fluid, however, shear forces are possible only while relative movement between layers is actually taking place. A fluid is further distinguished from a solid in that a given amount of it owes its shape at any particular time to that of a vessel containing it, or to forces which in some way restrain its movement.  流体是可以流动的物质，也就是说，组成流体的质点可以连续的改变它们的相对位臵。而且，不管层与层之间的相对位移有多大都不会产生持久的抵抗力。这意味着流体在静止状态下是不会存在剪切力的（剪切力是与其作用表面相切的力）。另一方面，固体在静止时却可以抵抗剪切力，其中的剪切力也可以使层与层之间发生相对位移,但是固体材料却不一定会有连续的运动。然而在流体中，只有当层与层之间有相对运动产生时才会有剪切力存在。流体和固体的进一步区别还在于在特定的时刻，确定数量的流体其形状取决于承载它的容器，或者取决于一些限制其运动的力。 The distinction between solids and fluids is usually clear, but there are some substances not easily classified. Some fluids, for example, do not flow easily: thick tar or pitch may at times appear to behave like a solid. A block of such a substance may be placed on the ground, but, although its flow would take place very slowly, yet over a period of time-perhaps several days-it would spread over the ground by the action of gravity, that is, its constituent particles would change their relative positions. On the other hand, certain solids may be made to flow  when a sufficiently large force is applied; these are known as plastic solids.  固体和流体之间的区别通常是很明显的，但是也有些物质难于归类。比如说有些流体并不易流动，如重油和树脂有时候会表现得像固体一样，像这样的一块物质如果放在地面上，虽然它的流动发生的非常缓慢，要经过很长的一段时间也许要好几天，但是在重力的作用下它仍然会在地面上蔓延开来，也就是说，它的组成质点会改变它们之间的相对位臵。另一方面，某些固体当足够大的力作用时也会“流动”，这就是我们所知的“塑性固体”。 Even so, the essential difference between solids and fluids remains. Any fluid, no matter how thick  or viscous it is, begins to flow, even if imperceptibly, under the action of the slightest net shear force. Moreover, a fluid continues to flow as long as such a force is applied. A solid, however, no matter how plastic it is, does not flow unless the net shear force on it exceeds a certain value. For forces less than this value the layers of the solid move over one another only by a certain amount. The more the layers are displaced from their original relative positions, however, the greater are the forces resisting the displacement. Thus, if a steady force is applied, a state will be reached in which the force resisting the movement of one layer over another balance the force applied and so no further movement of this kind can occur. If the applied force is then removed, the resisting forced will tend to restore the solid body to its original shape. 即便如此，固体和流体之间依然有本质的差异。任何流体，无论多“稠”或者粘性多大，在最微小的剪切力作用下都会流动，即便这种流动是极其细微的。而且，只要这种力持续作用，流体就会连续流动。然而对于固体，不管它的可塑性有多强，只有当作用其上的净剪切力超过一定数值后才会流动，而小于该值的力所引起的固体层之间的相对移动是有限的。层偏离原始位臵的程度越大，抵抗这种变形的力也就越大。因此，当一恒定力作用时，就会达到这样一个状态：即会产生一个抵抗这种层间相对运动的力以平衡所施加的外力，所以不会产生进一步的运动。如果将所施加的外力移除，抵抗力将会使固体恢复到它的原始形状In a fluid, however, the forces opposing the movement of one layer over another exist only while the movement is taking place, and so static equilibrium between applied force and resistance to shear never occurs. Deformation of the fluid takes place continuously so long as a shear force is applied. But if this applied force is removed the shearing movement subsides and, as there are then no forces tending to return the particles of fluid to their original relative positions, the fluid keeps its new shape.  然而，在流体中，只有当层间相对运动发生时才会存在这种阻止运动的力。所以不会存在这种外力和抵抗力之间的静态平衡。只要有剪切力作用，流体便会产生连续变形。但是如果将外力移除，剪切运动便会减退，而且因为这时没有使流体质点回到它们初始位臵的力，所以流体将保持它的“新”形状。 Fluids may be sub-divided into liquids and gases. A fixed amount of a liquid has adefinite volume which varies only slightly with temperature and pressure. If the capacity of the containing vessel is greater than this definite volume, the liquid occupies only part of the container, and it forms an interface separating if from its own vapour, the atmosphere or any other gas present.  流体可以划分为液体和气体。一定数量的液体其所占据的体积也是一定的，它随温度和压力的变化很小。如果容器的体积大于这个一定的体积，那么液体占据的只是容器的一部分，而且会形成一个分界面将液体与该液体的蒸汽、空气或其它存在的气体分开。 On the other hand, a fixed amount of a gas, by itself in a container, will always expand until its volume equals that of the container. Only then can it be in equilibrium. In the analysis of the behaviour of fluids the most important difference between liquids and gases is that, whereas under ordinary conditions liquids are so difficult to compress that they may for most purposes be regarded as incompressible, gases may be compressed much more readily. Where conditions are such that an amount of gas undergoes a negligible change of volume, its behaviour is similar to that of a liquid and it may then be regarded as incompressible. If, however, the change in volume is not negligible, the compressibility of the gas must be taken into account in examining its behaviour. 而另一方面，容器内一定数量的气体则通常都要膨胀到和容器相等的体积。这样它才会达到平衡状态。在分析流体特性时，液体和气体之间最重要的差异在于：鉴于在通常的条件下液体是难以压缩的，因此常常将液体认为是不可压缩流体，而气体则容易压缩的多。当一定量的气体其体积变化可以被忽略的情况下，气体的表现和液体类似，因此也可以认为是不可压缩的。然而，如果体积的变化不可忽略，那么在分析其行为特征时就必须考虑气体的压缩性。 In considering the action of forces on fluids, one can either account for the behavior of each and every molecule of fluid in a given field of flow or simplify the problem by considering the average effects of the molecules in a given volume. In most problems in fluid dynamics the latter approach is possible, which means that the fluid can be regarded as a continuum-that is, a hypothetically continuous substance. 在考虑作用于流体上的力时，可以用给定流动区域内的流体上每个分子的行为来解释，也可以只考虑给定体积内分子的平均效应而使问题得以简化。在流体动力学的许多问题中后一种方法是可行的，这意味着将流体看作是连续介质即一种假想的连续介质。 The justification for treating a fluid as a continuum depends on the physical dimensions of the body immersed in the fluid and on the number of molecules in a given volume. Let us say that we are studying the flow of air past a sphere with a diameter of 1 cm. A continuum is said to prevail if the number of molecules in a volume much smaller than the spheres is sufficiently great so that the average effects ( pressure, density, and so on ) within the volume either are constant or change smoothly with time. The number of molecules in a cubic meter of air at room temperature and sea-level pressure is about 1025. Thus the number of molecules in a volume of 10-19 m3 (about the size of a dust particle, which is very much smaller than the sphere) would be 106 . This number of molecules is so large that the average effects within the microvolume are indeed virtually constant. On the other hand, if the 1 cm sphere were at an altitude of 305 km, there would be only one chance in 108 of finding a molecule in the microvolume, and the concept of an average condition would be meaningless. In this case, the continuum assumption would not be valid for fluid flow except in the rarest conditions, such as those encountered in outer space.是否可以将流体看作是连续介质取决于浸入流体的物体的尺寸和给定体积内的分子数目。比如我们现在研究空气流过一个直径为1厘米的球体的问题。如果在比球的体积小得多的体积内流体分子数目足够多以至于该体积的平均效应（压力、密度等等）为常数或者随时间缓慢变化，就认为该流体是连续介质。在室温、海平面压力下，每平方米空气中的分子数大约为1025个，因此10-19 m3体积中的分子数为106个（10-19 m3大约是一个灰尘的体积，这要远远小于上面所说的球体）。如此多的分子数目使得在该微元体积内的平均效应实际上为常数。另一方面，如果1厘米的球体被臵于海拔305千米处，那么在该微元体积内发现一个分子的概率只有108分之一，所以平均状态的概念也就没有任何意义。在这种情况下，除了像在外层空间这种空气非常稀薄的情况之外，流体流动的连续性假设都是无效的。2.2 Thermodynamic systems isolate 使隔离，使独立；additional 额外的，附加的，补充的；imaginary 虚构的，想象 德；envelope 壳层、外壳、包裹物；cylinder 圆筒、圆柱体、汽缸；boundary 界线、分 界、边界；location 地点、位臵、场地；individual 个别的，单独的，一个人的；solely 独自的，单独的；steam generator 蒸汽发生器（锅炉）；steam condenser 冷凝器，凝汽器 feed-water pump 给水泵；feed-water heater 给水加热器； 2.3 General Characteristics of Heat Transfer momentum 动量、运动量；friction 摩擦力、阻力；collision 猛烈相撞，抵触（意见） 冲突；lattice 格子，晶格；laminar 成薄层的，薄层状的；diffusion 扩散、散布； nonhomogeneous 不均匀的；correlation 相互关联、交互作用、关联式；analogy 类比 类推；heating 加热器、air-conditioning 空气调节装臵；refrigeration equipment 冷冻设备 制冷装臵；oscillation 振动、摆动；state 陈述、说明；opaque 不透明的，不传热的； dominate 支配、占优势；eddy 旋转、漩涡；buffer 缓冲器；dominant 占优势的，支配 的；electromagnetic 电磁的；fundamental 基本原理；2.2 Thermodynamic Systems  In the engineering world, objects normally are not isolated from one another. In most engineering problems many objects enter into a given problem. Some of these objects, all of these objects, or even additional ones may enter into a second problem. The nature of a problem and its solution are dependent on which object are under consideration. Thus, it is necessary to specify which objects are under consideration in a particular situation. In thermodynamics this is done either by placing an imaginary envelope around the objects under consideration or by using an actual envelope if such exists. The term system refers to everything lying inside the envelope. The envelope, real or imaginary, is referred to as the boundaries of the system. It is essential that the boundaries of the system be specified very carefully. For example, when one is dealing with a gas in a cylinder where the boundaries are located on the outside of the cylinder, the system includes both the cylinder and its contained gas. On the other hand, when the boundaries are placed at the inner face of the cylinder, the system consists solely of the gas itself.  在工程领域中，对象与对象之间通常并不是相互孤立的。在许多工程问题中某一给定的问题会包含多个对象，而这些对象中的一部分、全部甚至它们的附加的对象往往也会出现在其它的问题中。问题及其解决问题的关键就在于要确定所要研究的对象。因此，有必要指明在特定的场合下所要研究的是哪些对象。在热力学中可以通过给所要研究的对象设臵一个假想的将其包围的外壳或者如果实际存在则应用实际存在的外壳来达到这一目的。“系统”这个术语指的是此外壳内的一切物质。而该外壳，无论是实际存在的还是假想的，都可以认为是系统的边界。必须非常谨慎的确定系统的边界，这一点是非常重要的。比如，当我们研究气缸内的气体时，如果将边界取在气缸的外表面上，那么该系统将同时包含气缸以及它内部的气体。然而如果将边界取在气缸的内表面上，那么该系统包含的则仅仅是气体本身。 When the boundaries of a system are such that it cannot exchange matter with the surroundings, the system is said to be a closed system (see Fig. 2-1 a). The system, however, may exchange energy in the form of heat or work with the surroundings. The boundaries of a closed system may be rigid or may expand or contract, but the mass of a closed system cannot change. Hence, the term control mass sometimes is used for this type of system. When the energy crossing the boundaries of a closed system is zero or substantially so, the system may be treated as an isolated system (Fig. 2-1b). 如果系统的边界与环境没有质量的交换，则该系统被称为闭口系统（如图2-1a所示）。然而，系统与环境却可以以热和功的形式交换能量。闭口系统的边界可以是刚性的，也可以是可膨胀的或可收缩的。但闭口系统内的质量却不会改变。因此，有时用“控制质量”这个词来描述这种类型的系统。当穿过闭口系统边界的能量为零或足够小时，该系统可以当作孤立系统来对待(如图2-1b所示)。 In most engineering problems, matter, generally a fluid, crosses the boundaries of a system in one or more places. Such a system is known as an open system (see Fig. 2-1c). The boundaries of an open system are so placed that their location does not change with time. Thus, the boundaries enclose a fixed volume, commonly known as the control volume.  在许多工程问题中，物质通常为流体会从一个或多个方位穿过系统，这样的系统即为开口系统（如图2-1c所示）。开口系统的边界的选择应该是其位臵不会随时间而变。因此，边界封闭了一固定的体积，所以通常也称之为控制体积。 Sometimes a system may be a closed system at one moment and an open one the next. For example, consider the cylinder of an internal combustion engine with the boundaries at the inner walls. With the valves closed, the system is a closed one. However, with either or both the valves open, the system becomes an open system.有时候某个系统会在某个时刻为闭口系统而在另一时刻为开口系统。比如对边界取在气缸内壁的内燃机汽缸来说，当阀门关闭时，该系统为闭口系统，然而随着一个或两个阀门的开启，该系统则变为开口系统。 Frequently the total system to be considered may be large and complicated. The system may be broken down into component parts and an analysis of the component part made. Then the performance of the entire system can be determined by the summation of the performance of the individual component system. For example, consider the liquid-vapor part of a steam power plant as an entire system. This system, which is closed, contains the steam generator, the steam turbine, the steam condenser, the feed-water pumps, and the feed-water heaters. Any or all of these units may be considered separately by throwing a boundary around them. Since a fluid enters and leaves each of these smaller systems, each one is an open system and must be analyzed as such. 通常我们所研究的完整系统是庞大而复杂的。这样的系统则常被分解为各个组成部分，然后对各个组分进行分别地分析。整个系统的性能则可以通过对各分系统的性能进行加总求和来确定。比如，要研究热电厂的汽-水系统这一完整系统。该闭口系统包括蒸汽发生器（锅炉）、汽轮机、凝汽器和给水加热器。该系统内的任何一个或所有单元都可以通过设臵相应的边界来进行单独的分析。因为流体在这些小的系统内都有流进和流出，所以这些小的系统都是作为开口系统来分析的。2.3 General Characteristics of Heat Transfer   传热的基本特征 Heat or thermal energy is transferred from one region to another by three modes; conduction, convection and radiation. Each is important in the design or application of heating, air-conditioning or refrigeration equipment. Heat transfer is among the transport phenomena that include mass transfer, momentum transfer or fluid friction and electrical conduction. Transport phenomena have similar rate equations and flux is proportional to a potential difference. In heat transfer by conduction and convection, the potential difference is the temperature difference. Heat, mass and momentum transfer, because of their similarities and interrelationship in many common physical processes, receive unified treatment in some textbooks.  热能通过三种模式从一个区域传递到另一个区域，即导热、对流和辐射。在加热器、空调和冰箱的设计和应用中这三者都是非常重要的。传热是众多传输现象中的一例，这些传输现象包括传质、动量传输或流体摩擦传输以及导电等。传输现象都有相同的速度方程，并且流量都正比于某个势差。在对流和导热传热中，该势差为温度差。热量、质量和动量的传输，因为它们在许多共同的物理过程中的相似性和相互联系，在一些教科书中都被统一处理。Thermal conduction is the mechanism of heat transfer whereby energy is transported between parts of a continuum from the transfer of kinetic energy between particles or groups of particles at the atomic level. In gases, conduction is a result of elastic collision of molecules; in liquids and electrically nonconducting solids, it is believed to be caused by longitudinal oscillations of the lattice structure. Thermal conduction in metals occurs like electrical conduction, through motions of free electrons. The second Law of Thermodynamics states that thermal transfer occurs in the direction of decreasing temperature. In solid opaque bodies, the significant heat transfer mechanism is thermal conduction, since there is no net material flow in the process. With flowing fluids, thermal conduction dominates in the region very close to a solid boundary where the flow is laminar and parallel to the surface, and there is no eddy motion.  导热是由于在原子级别上质点或质点组之间进行动能传输而引起连续介质之间能量传输的一种传热机理。对于气体而言，导热是分子弹性碰撞的结果。对于液体和非导电固体而言，则被证实是由于晶格的纵向振动引起的。金属的导热和导电类似，是通过电子的自由运动产生的。热力学第二定律表明导热沿温度降低的方向进行。对于不透明的固体物质，导热是主要的传热形式，因为在此过程中没有发生物质的净流动。随着流体的流动，在接近固体边界的区域导热占主导地位，因为此处流体呈层流状态且与固体表面相平行，并且没有漩涡运动。 Thermal convection may involve energy transfer