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

一、流体的物理性质

1．连续介质假定

（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；

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（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

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（1）密度的定义与性质

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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

" B8 Z' ?4 P' _1 B. e j" s4 T

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

4 N( h9 x" `% @2 o- k9 F

高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

1 p5 ]- J! c* y1 [

（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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3 L1 J* m( H/ [1 n# h

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。

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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

0 M" N( W, {1 K ~

ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn

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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3 g) Z4 J' ]2 b4 B8 _: Z0 k

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dT——流体温度的增量，K；

dv/v——流体体积的相对变化量。

; q; q' z7 d+ u8 J( M) r

液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。

（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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; K w0 ~9 D. M0 ]" u8 t$ u; D4 n

/ `5 Q$ `0 `& l( v4 I

负号表示dv与dp的变化方向相反。

9 j; Y7 E7 ?. i4 g. ^/ V6 y8 q1 T4 _

由于ρv＝1，故上式又可以写成

) k ~ w: P- K3 r2 w8 [1 h v9 W/ g9 C! V- T6 c( B

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。

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。

①黏性的产生原因

8 x7 {0 z. z# `: a8 Q4 O

a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；

i( I) {8 g% C @3 h1 [3 v# Q

b．流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。

$ U6 s. A+ `$ V, K0 Y

②牛顿黏性定律

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τ——剪应力或内摩擦力，N/m2；

e- _- ~/ g" K, ]5 ]

μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s；

9 L% b7 t6 R% Z

dux/dy——速度梯度，1/s。

7 c4 N& r+ i; `: Y) `% G

负号表示τ与速度梯度的方向相反。

（2）流体的黏度

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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

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: k* Z1 s4 m% ?- C

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

$ i2 ` K# q5 `! y

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。

l5 D4 y+ ~9 u) s

（3）理想流体与黏性流体

2 f7 b2 m6 q3 X5 R' I+ V" G

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。

二、流体静力学

1．静止流体的压力特性

（1）静压力的定义

2 g, x T2 H& W; F5 E

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

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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。

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