2021年化工原理考点归纳与典型题含考研真题详解

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部分内容

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第1章 流体流动

1.1 考点归纳

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一、流体的物理性质

1．连续介质假定

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（1）将流体视为由无数微团或质点组成的密集而无间隙的连续介质；

（2）连续性假设并不是在任何情况下都适用，如高真空下的气体就不能视为连续介质。

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2．流体的密度和比容

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（1）密度的定义与性质

流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。

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比体积是指密度的倒数，以符号υ表示，它是指单位质量流体所占有的体积，即

( B0 I$ K* i7 u- J+ o

5 X! d" v1 u& o" W5 M/ X

5 e( X$ a; p; V0 M1 Z" I

液体的密度随着压力和温度的变化很小，一般可忽略不计，因此ρ＝常数。气体的密度随温度、压力改变较大。低压气体的密度可近似按理想气体状态方程计算

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高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

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（2）流体混合物的密度

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①液体混合物的组成常用质量分数表示。以1kg液体混合物为基准，设各个组分在混合前后体积不变（理想溶液），则1kg混合物的体积等于各组分单独存在时体积之和，即

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ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3；

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ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。

( U# w: ?5 _5 \$ G( N

②气体混合物的组成常用体积分数φ表示。以1m3气体混合物为基准，各组分的质量分别为φAρA，φBρB，φnρn，则1m3气体混合物的质量等于各组分质量之和，即

ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn

7 f3 P n3 G4 G' f( W

φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。

3．流体的膨胀性和压缩性

（1）膨胀性

流体的膨胀性是指流体温度升高时其体积会增大的性质。膨胀性的大小用体积膨胀系数α表示。

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/ h- V" w& `' c/ e

! N. _ O8 P" q. y

dT——流体温度的增量，K；

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dv/v——流体体积的相对变化量。

0 U* ^8 x7 t6 y2 \ D+ u

液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。

+ e2 C7 S- _+ ~, \6 z& C

（2）可压缩性

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可压缩性是指流体受压力作用其体积会减小的性质。流体可压缩性的大小用体积压缩系数β来表征。

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! C' [) A6 l( x- P( C

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负号表示dv与dp的变化方向相反。

由于ρv＝1，故上式又可以写成

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由β的表达式知，β值越大，流体越容易被压缩；反之，不易被压缩。

! M8 W# L& a! S7 Y$ y% v

4．流体的黏性

（1）牛顿黏性定律

流体在运动时，任意相邻流体层之间存在着抵抗流体变形的作用力，称为剪切力（内摩擦力）。流体的黏性是指流体所具有的在其内部产生阻碍自身运动的特性。

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①黏性的产生原因

a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；

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b．流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。

②牛顿黏性定律

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τ——剪应力或内摩擦力，N/m2；

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μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s；

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dux/dy——速度梯度，1/s。

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负号表示τ与速度梯度的方向相反。

# ^0 U- N2 D y% K

（2）流体的黏度

μ表示单位速度梯度下流体的内摩擦力，它直接反映了流体内摩擦力的大小。在SI制中，μ的单位为N·s/m2或Pa·s。以前单位有泊（P）或厘泊（cP），换算关系为：1Pa·s＝10P＝1000cP。

运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值，以ν表示

* C: B _3 E2 o8 c

% a5 P; W3 @, s8 J

在SI制中，ν的单位为m2/s，其非法定单位为cm2/s（St），它们的关系为

/ d1 e( e. K9 v1 C, V7 o

1St＝100cSt＝10－4m2/s

当温度升高或压力降低时，液体黏度降低；温度降低、压力升高时，液体黏度增大。当温度升高时，气体黏性增大；当压力提高时，气体黏度减小。

（3）理想流体与黏性流体

黏性流体或实际流体是指具有黏性的流体。理想流体是指假想的、完全无黏性（μ＝0）的流体。

2 N7 d1 Q8 v5 D7 D3 E+ |

二、流体静力学

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1．静止流体的压力特性

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（1）静压力的定义

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静止流体内部没有剪应力，只有法向应力。静压力是指法向应力，以p表示。

（2）静压力的特性

①流体静压力垂直于其作用面，其方向为该作用面的内法线方向；

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②静止流体中任意一点处的静压力的大小与作用面的方位无关，即同一点上各方向作用的静压力值相等。

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