化工原理考研大纲重点笔记真题答案

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一、流体的物理性质

1．连续介质假定

3 ^8 ^$ ^& Z% M* f! ?! j

（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

流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。

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

- {, P _' h) U1 [

3 z0 l5 o4 `8 M5 N* I

高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

2 K" T3 K* f! v* U9 r7 ?

（2）流体混合物的密度

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

+ ?- I; t( Z* W7 @3 P1 W& o5 o, O

; y& E" q4 ~" H6 m

ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3；

( X A9 K# X6 v2 l/ h

ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。

) x; \+ N4 z" H) c- i

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

2 f r! {9 J3 A& J+ {6 M

ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn

2 U5 n8 l5 K$ |: x0 N+ t

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。

`0 W. ?* M7 [3 L% r% Y

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。

- \# r3 ^6 s0 x! ^/ I1 N$ x0 W) n4 p2 n

（2）可压缩性

# `1 }- ^4 K! F, o% P& S

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。

2 W6 I/ t$ Q4 t

负号表示dv与dp的变化方向相反。

6 L/ Q. V7 }7 F2 q( x; F

由于ρv＝1，故上式又可以写成

+ b7 v* C B5 ] 3 s$ J% H( H) E/ L- Z5 w

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。

, F% G+ _2 ~8 K7 |

①黏性的产生原因

6 p6 z" |& h6 A. a% O; i k

a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；

! V8 v4 U% S1 E0 \5 I2 S

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

! i: F- \ e- }

' a) |4 w& x! W8 d

τ——剪应力或内摩擦力，N/m2；

( i( U# q" T* J8 c6 u. \# w4 ~

μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s；

; x ~) j/ @& ^! R- h$ D

dux/dy——速度梯度，1/s。

9 j) z* Z$ O' ?; y i# E3 I

负号表示τ与速度梯度的方向相反。

（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

I. y% B+ T, S+ O5 t. Q

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

+ Y7 Z: K {/ O! k t+ D

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。

- R# P! L& \/ ?9 m( b. q* Q* \# K6 z

（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。

$ ] K) E4 v/ ]' m8 s3 d0 g% z0 I

二、流体静力学

) ^& ~( L! B8 O6 |2 m( S

1．静止流体的压力特性

; K. q8 G- S) N9 f

（1）静压力的定义

b6 f& X) t: C9 u9 I* n

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

, b& j9 x# k; e5 p6 D

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。

1 G! K; Y& A) F( s; Y

（3）静压力的单位

在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。

, M6 a+ B; A5 m3 b1 |

一些常用压力单位之间的换算关系如下：

e, T, K, k, R; O P 7 o3 Z: W: C! S6 e# X" v. a7 x