化工原理考研大纲重点笔记真题答案

一、流体的物理性质

1．连续介质假定

4 l4 e$ ?4 Q+ ]4 ]3 \( t

（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。

2．流体的密度和比容

（1）密度的定义与性质

( @' A, ~6 e' q1 R4 E+ N) o

流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。

5 R/ x5 C) `% n* U6 p; B % U' T4 S ?1 a+ f* b; D

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

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

8 w: \* C9 m# u3 ~6 Z

高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

（2）流体混合物的密度

; J6 N; m4 G5 B; ~

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

7 ^6 K6 r% C/ X- ^

ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3；

' p2 h0 j* P/ R. s7 S) l# A

ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。

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

6 W' @" h4 c5 }8 |

ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn

% l0 F$ E. Y V

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

* j. N' O( D+ c0 l0 W' m& h

（1）膨胀性

|9 B6 c4 \( G3 D

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。

dT——流体温度的增量，K；

dv/v——流体体积的相对变化量。

液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。

9 ^; o) z) Y) h$ A' A

（2）可压缩性

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。

# M4 d# l3 I* L. U0 r+ W" h

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

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。

, d" n5 J* d* u* |- G3 | ?

4．流体的黏性

" C, L: ]9 X; @9 O! I

（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。

①黏性的产生原因

' {' l1 V/ S: p) s: t

a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；

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

τ——剪应力或内摩擦力，N/m2；

μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s；

dux/dy——速度梯度，1/s。

1 w& y2 O: l( P) J3 B

负号表示τ与速度梯度的方向相反。

4 E/ t" T7 P- K, h5 |8 r

（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

' D9 t) Y; f/ Y6 q2 J# t

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

1St＝100cSt＝10－4m2/s

! w( j' d5 k1 P0 J u( a+ W) f

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。

% q- T! }# R( ^! d1 ]+ Z

（3）理想流体与黏性流体

9 c/ Y/ g, _. A7 X$ P5 I: u

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。

7 V- K& J5 X2 \. D

二、流体静力学

. K! P- |7 i+ d- ^$ ]2 Z

1．静止流体的压力特性

（1）静压力的定义

- G( S; L4 P: z7 U9 m- D

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。

5 L9 \* E" e8 Q2 [

（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；

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。

6 L* M( U2 y4 |# K8 L1 j

（3）静压力的单位

$ l& I. k7 B6 @- h) t! G5 {( T

在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。

9 |; c! e; s; ], J; X

一些常用压力单位之间的换算关系如下：

% j0 p1 e, q9 \. O( F! Y$ O5 ?& T $ X2 I3 h2 W2 J. s: q1 d