1  密度（density）

密度ρ的单位通常为kg/m³，并由物质的质量与体积之比定义：

ρ = m/V

其中：

• m = 质量 [kg]
  V = 体积 [m³]

2  比重（specific weight）

比重γ的单位通常为[N/m³]，由重量与物质体积之比定义：

γ = (m*g)/V = ρ*g

其中：

• g =重力加速度，地球上的值通常为9.80665[m/s²]

3  一氧化碳密度和比重

在给定的温度和压力下，一氧化碳的密度和比重

注：1 bara = 100000 Pa, 1psia= 6894.8 Pa，[mol/dm³]=立方分米

一定量处于平衡态的气体，其状态与压强、V和T有关，表达这几个量之间的关系的方程称为气体的状态方程，不同的气体有不同的状态方程。但真实气体的方程通常十分复杂，而理想气体的状态方程具有非常简单的形式。

在普通状况，像标准状况，大多数实际气体的物理行为近似于理想气体。在合理容限内，很多种气体，例如氢气、氧气、氮气、惰性气体等等，以及有些较重气体，例如二氧化碳，都可以被视为理想气体。一般而言，在较高温度，较低压强，气体的物理行为比较像理想气体。这是因为，对抗分子间作用力的机械功，与粒子的动能相比，变得较不显著；另外，分子的大小，与分子与分子之间的相隔空间相比，也变得较不显著。

1  毛细现象

毛细现象（英文：Capillary）是指液体在细管状物体内侧，由液体与物体之间的附着力和因内聚力而产生的表面张力组合而成，令液体在不需施加外力的情况下，流向细管状物体的现象，该现象甚至令液体克服地心引力而上升。植物根部吸收的水分能够经由茎内维管束上升，即是毛细现象最常见的例子。

当液体和固体（管壁）之间的附着力大于液体本身内聚力时，就会产生毛细现象。液体在垂直的细管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材质物体能吸收液体皆为此现象所造成的影响。

2  由于毛细作用引起的试管中液体的高度h

注：表面张力系数参考工科生小书架文章：表面张力和表面张力系数

1  表面张力

在物理上，表面张力（英语：Surface Tension），狭义的定义是指液体试图获得最小表面位能的倾向；广义地说，所有两种不同物态的物质之间界面上的张力被称为表面张力，常见单位是N/m或J/m²，亦即，单位长度的力或单位面积的能。

2  表面张力系数

热力学对表面张力系数的广义定义为：表面张力系数σ是在温度T和压力P不变的情况下吉布斯自由能G对面积A的偏导数：

2.1  水在不同温度下的表面张力系数

2.2  常见液体的表面张力系数（25°C）

液体	表面张力
（N / m）
乙醛	0.021
乙酸，乙酸	0.027
乙酸酐，乙酰乙酸酯	0.032
丙酮，2-丙烷	0.024
乙腈，甲基氰	0.287
烯丙醇	0.025
氨R-717	0.021
苯胺，苯胺	0.042
苯甲醚，甲氧基苯	0.035
苯，环戊烯	0.028
苯甲腈，苯氰	0.039
苄胺	0.039
溴	0.041
溴苯	0.035
溴乙烷	0.024
正丁烷	0.023
1-丁醇，丁醇	0.025
醋酸丁酯	0.025
丁胺	0.023
乙醚	0.017
二氧化碳	0.00056
二硫化碳	0.032
四氯化碳	0.027
氯苯，氯苯	0.033
氯二氟甲烷，HCFC-22	0.008
氯仿	0.0271
1-氯己烷，己酰氯	0.026
1-氯戊烷	0.024
对甲酚	0.035
环己烷	0.024
环己醇	0.033
环己烯	0.026
环戊烷	0.022
癸烷	0.024
二丁胺	0.024
二氯二氟甲烷，CFC-12	0.0086
二甘醇	0.045
乙醚，乙醚	0.017
二乙基硫醚，乙基硫醚	0.025
乙烷	0.00048
乙醇，乙醇，纯酒精，谷物酒精，饮用酒精	0.022
乙醇胺，甘醇	0.048
乙酸乙酯	0.024
乙胺，乙胺	0.019
乙苯，苯乙烷	0.029
苯甲酸乙酯	0.035
溴乙锭	0.025
乙硫醇	0.024
乙二醇	0.0477
甲酰胺	0.057
甲甲酸，甲磺酸	0.037
糠醛	0.043
正庚烷	0.02
庚酸，庚酸	0.028
十六烷十六烷	0.027
正己烷	0.018
己腈，己腈	0.027
1-己醇，己醇	0.026
1-己烯	0.018
肼	0.066
甘油	0.064
异苯，碘代苯	0.039
异丁烷，2-甲基丙烷	0.01
乙酸异丁酯。2-甲基丙基乙酸酯	0.023
异丁酸	0.025
异丙醇，2-丙醇，异丙醇，摩擦醇，仲丙基醇，仲丙醇	0.022
水银，水银	0.485
甲醇，甲醇	0.022
乙酸甲酯	0.025
甲酸甲酯	0.025
硝基苯（50 o C）	0.041
硝基甲烷，硝基甲醇	0.036
壬烷	0.022
辛烷	0.021
戊烷	0.015
醋酸戊酯	0.025
丙烷，液化石油气	0.007
1-丙醇，丙醇	0.023
正丙醇	0.024
正丙基苯	0.03
吡啶	0.037
三氯甲烷，氯仿	0.023
甲苯，甲苯	0.028
三氟甲烷，氟仿	0.00003
十一烷，十一烷	0.025
20 o C的水	0.0728
在20 o C时加肥皂水	0.0250-0.0450
水d 2，重水	0.071
氙气（10 o C）	0.00044
邻二甲苯	0.029
间二甲苯	0.028
对二甲苯	0.028

1  体积模量

体积模量（K）也称为不可压缩量，是材料对于表面四周压强产生形变程度的度量。它被定义为产生单位相对体积收缩所需的压强。它在SI单位制中的基本单位是Pa，即帕斯卡。

体积模量可以用下式计算：

体积模量的另一种形式：

当压强增大，体积变小，即密度增大。更大的体积模量意味着液体的不可压缩性。

2  某些常见流体的体积模量

注：1 GPa = 10⁹ Pa（N / m ²）

不锈钢的体积模量大约为163×10⁹ Pa，水的体积模量2.15×10⁹ Pa，因此不锈钢比水难压缩80倍。

1  热扩散率

热扩散率或热扩散系数（thermal diffusivity）是材料从热侧到冷侧的热传递率，单位为m²/s，即平方米/秒。是材料从周围吸收热量的速度的度量。可以通过在恒定压力下将导热系数除以密度和比热容来计算。

计算式为：

2  空气热扩散率

由于空气的密度ρ在不同温度和压力下的不断变化，因此空气的热扩散率是一个变化的数值。

2.1  标准大气压下空气额热扩散率

2.2  空气在不同压力下的热扩散率

1 运动粘度

粘度是对流体中剪切或流动的抵抗力，是对粘合/内聚或摩擦性能的度量。由于内部分子摩擦而产生的粘度产生摩擦阻力效应。

有两种与流体粘度有关的度量，称为动态（或绝对）和运动粘度。参看工科生小书架文章：动态粘度和运动粘度

2 常见流体的运动粘度

在分析流体运动时，粘度是重要的流体性质。流体的粘度是其抵抗剪切应力或拉应力引起的逐渐变形的能力的量度。流体中的剪切阻力是由当流体的各层试图彼此滑动时施加的分子间摩擦引起的。粘度是流体流动阻力的量度。

流体粘度有两种：

• 动态粘度（或绝对粘度）
• 运动粘度

1  动态（绝对）粘度

动态（绝对）粘度（Dynamic Viscosity, Absolute Viscosity）是在流体中保持单位距离时，一个水平面以一个单位速度相对于另一个水平面移动所需的每单位面积的切向力，是流体内阻的量度。粘度越高，流体越粘稠（流动性越小）；粘度越低，流体（流动性）越稀薄。其量纲为帕秒（Pa·s或N/m²·s）。

对于牛顿流体，可以将在直线平行运动的非湍流流体各层之间的剪切应力定义为：

注：

• 牛顿流体：符合牛顿公式的流体。粘度只与温度有关，与切变速率无关。
• 非牛顿流体：是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。

1.1  室温（20°C）常见流体动态粘度

2  运动粘度

运动粘度（Kinematic Viscosity）是动态粘度与密度之比。运动粘度表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，在国际单位制中以㎡/s（米平方每秒-称作：斯-St）表示。由于St单位很大，因此习惯用厘斯（cSt=mm²/s）为单位。运动粘度可以通过将流体的绝对粘度除以流体质量密度来计算：

3  粘度和参考温度

流体的粘度高度依赖于温度条件，在使用动态或运动粘度时，必须引用参考温度。可参见标准ISO 8217的相关内容。

1  导热系数（热导率）的定义

导热系数（thermal conductivity)是指：在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K-开尔文温度,℃-摄氏度），在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度（W/m·K，此处为K可用℃代替）。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。

根据导热机理不同分为3种基本方式：

• 热传导：由于温差通过物质分子间物理相互作用造成能量的转移。
• 对流传热：不同温度的流体质点在运动中发生的热量传递。包括自然对流和强制对流。
• 热辐射：靠电磁波传递能量。

2  空气导热系数随温度变化表

大气压力和以°C给出的温度下的空气导热系数表：

1 干燥空气的成分

空气是多种种气体的混合物，其中干燥空气中两个最主要的成分是21％（体积）的氧气和78％（体积）的氮气。氧气的摩尔质量为15.9994 g/mol，而氮气的摩尔质量为14.0067 g/mol。由于这两种元素在空气中都是双原子的O₂和N₂，所以氧气的摩尔质量为32 g/mol，氮气的摩尔质量为28 g/mol。

平均摩尔质量等于每种气体的摩尔分数的总和乘以该特定气体的摩尔质量：

M_mix =（x₁*M₁ + …… + x_n*M_n）                                 

其中：                                                                                                                                                              

• x_i = 每种气体的摩尔占比（%)
• M_i = 每种气体的摩尔质量（g/mol）

干燥空气的摩尔质量为28.9647 g/mol

1. 空气中的水蒸气含量变化范围十分广，空气的最大水分吸收能力主要取决于温度
2. 直到大约10000 m的海拔高度，空气的成分才保持不变
3. 每100 m垂直高度的平均气温以0.6 °C的速度降低
4. “一个标准大气”的定义是在海平面和标准重力（9.8 m/s²）下，等效于760 mm汞柱施加的压力。

2 常用的替代“一个大气压”的说法：

1. 760mm汞柱
2. 29.921英寸汞柱
3. 10.332米的水
4. 406.78英寸水
5. 33.899英尺的水
6. 每平方英寸14.696磅力
7. 2116.2磅力/平方英尺
8. 每平方厘米1.033千克力
9. 101.33公斤帕斯卡

1                 空气的密度、海拔高度、气压的关系和计算

空气密度取决于的温度和压力，并且还会随着高度的增加而降低。空气压力随着海拔的升高而降低。

可以简单的用一张NASA（美国航天局- National Aeronautics and Space Administration）的地球大气模型图来说明：

1.1            密度计算

图中名词：

在标准条件下（0℃，1个标准大气压（1atm）），空气密度约为1.29Kg/m³。地球大气层是从地球表面延伸到太空边缘的极薄的空气层。重力将大气层保持在地球表面。在大气中，会发生非常复杂的化学，热力学和流体动力学效应。

大气层密度不均匀；流体性质随时间和地点而不断变化，或直接称此为天气变化。

空气特性的变化从地球表面向上延伸。太阳加热了地球的表面，其中一些热量使表面附近的空气变暖。然后，加热的空气通过大气扩散或对流。因此，空气温度在地表附近最高，并随着高度的增加而降低。声速取决于温度，并且也随着海拔的升高而降低。空气压力可以与给定位置上的空气重量有关。当我们通过大气层增加高度时，在我们下方有一些空气，在我们上方有一些空气。但是，在我们上方的空气总是比在较低高度的空气少。因此，气压随着我们海拔的升高而降低。空气密度取决于状态方程中的温度和压力，并且还会随着高度的增加而降低。

空气动力直接取决于空气密度。对于飞机设计人员，定义一个属性随大气变化的标准大气模型很有用。实际上，有几种不同的模型可用-标准或普通日，炎热的日子，寒冷的日子和热带的日子。这些模型每几年更新一次，以包括最新的大气数据。该模型是通过对大气测量值进行平均和曲线拟合得出的，从而得出给定的方程。该模型假定压力和温度仅随高度变化。

该模型具有三个对流层，平流层下部和平流层上部分别具有曲线拟合的区域。对流层从地球表面延伸到11,000米。在对流层中，温度呈线性下降，压力呈指数下降。温度下降的速度称为流逝速度。

1.1        马赫数

马赫（英语：Mach number）是表示速度的量词，又叫马赫数，是无量纲的值。马赫数的命名是为了纪念奥地利学者恩斯特·马赫（Ernst Mach, 1838-1916）。马赫数是飞行的速度和当时飞行的音速之比值，大于1表示比音速快，同理，小于1是比音速慢。1马赫即1倍音速：马赫数小于1者为亚音速，马赫数大于5左右为超高音速。当分析可压缩性是重要因素的流体动力学的问题时，马赫数是重要的参数。

• 亚音速——当马赫数M<0.3时，流体所受的压力不足以压缩流体，仅会造成流体的流动。流体密度不会随压力而改变，此种流场称为亚音速流（Subsonic flow），流场可视为不可压缩流场。
• 跨音速：0.75≤M≤1.2，当流体在高速运动时，流体密度会随压力而改变，此时气体之流动称为可压缩流场（Compressible flow）。
• 超音速：1.2≤M≤5，此类流况在航空动力学中会经常遇到。
• 超高音速：M≥5。

地表的速度换算相当于1马赫≈1225 km/h（767mph或1125ft/s）。

图 1

图 2 突破音速时候的音障效应

1.2        马赫数的计算式

马赫数还可以用空气密度和体积模量来表示：

通常用体积模量来表征流体的可压缩性。

马赫数的平方是柯西数：

M² = C

其中：

C = 柯西数