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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

& j1 d* v5 T, n; }7 r

1.连续介质假定

; q C. C* m {* X) `. F) @6 W1 w9 u

(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;

$ v# I0 d6 h* P; a' j; S

(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 {9 V, \3 g' ?) c! d$ h$ G- V8 ~

2.流体的密度和比容

6 p3 K K ?$ a) v0 M3 f

(1)密度的定义与性质

# r1 ]9 I/ M# e8 [, ]

流体的密度是指单位体积流体所具有的质量,以ρ表示。

4 L" g7 v* p- @9 i3 {; v # v$ N+ M8 U6 d* x+ ~) V

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

0 b& ^8 L5 R% R5 Z! q
3 @) m) M; L" q$ B' E/ k9 x% }

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

2 L: w( J( ]; X& }2 l. k' x
" Z$ Q) j+ X& [8 u

高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

$ Z4 @% e7 E/ d

(2)流体混合物的密度

_4 d$ D3 E+ U

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

: K5 J8 i S* @0 W5 Z6 O1 z
5 U$ J: {9 [6 `2 f3 X! C

ρA,ρB,…,ρn——各纯组分的密度,kg/m3;

/ g b- M4 o) L# F

ωA,ωB,…,ωn——混合物中各组分的质量分数,kg/kg。

) T% `6 R- W- `0 u; g

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

G5 p: e- I; {( F$ \" _

ρm=ρAφA+ρBφB+ρnφn

( E6 j: F& m4 d* U; f" f) b) ~

φA,φB,φn——气体混合物中各组分的体积分数,m3/m3。

9 N& e/ u1 p' A* t9 M7 u( s* J

3.流体的膨胀性和压缩性

. H; a% V6 P1 ]/ H: `. o5 A G

(1)膨胀性

2 r8 Z5 s3 I0 n5 R

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。

2 @+ [' P* Q" i$ F* o# I5 I; a# |& y
8 u# n6 P4 x# S9 X

dT——流体温度的增量,K;

3 E4 ?& ?1 U- d, @4 t

dv/v——流体体积的相对变化量。

, l: d7 B8 L6 ~, y3 c

液体的膨胀性通常可忽略不计,而气体的膨胀性相对很大。

4 `# K% J: p# x& d% _6 \

(2)可压缩性

& J* s/ |; B1 E% a7 o! F

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。

+ W, ~* H" l# [# n% _7 X1 Y
% _7 V* ?9 g5 X8 h! _: F2 u* x

负号表示dv与dp的变化方向相反。

3 b* b6 {8 H2 K& c

由于ρv=1,故上式又可以写成

" E& N5 {+ u2 d; L0 g+ \ f$ L 1 u0 M- `. j- O9 v% u

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。

1 @+ {' ~* B t4 a6 v

4.流体的黏性

' c$ q$ m; {! O3 x

(1)牛顿黏性定律

" A- q& v" U- K! x1 s& I

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。

% d3 e+ X6 _# y- I- |; W+ K

①黏性的产生原因

7 A3 }. l" q. }2 C& Q5 u( [2 z

a.流体分子之间的引力(内聚力)产生内摩擦力;

8 P2 w3 o" \+ b' `3 I! S% ?: Z

b.流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。

: B, t2 L) l$ ?& r; u* Y [ _( V: f

②牛顿黏性定律

. i! ]1 T; U) ?4 J3 V1 H6 h
, @# k9 ^; a' u5 b! `. r. R: C3 u

τ——剪应力或内摩擦力,N/m2;

. t& Z/ g; O$ l

μ——流体的动力黏度,简称黏度,Pa·s;

6 k! H2 m5 B' @. E1 }0 C" Q

dux/dy——速度梯度,1/s。

+ ?5 e+ v/ N7 }% n9 [. T/ x

负号表示τ与速度梯度的方向相反。

$ A! d' ^4 @% o2 J: s

(2)流体的黏度

7 i2 W" i! t! V

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。

- G' v' n; ~7 @4 k1 ?

运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值,以ν表示

" K! F$ J( ^+ C% x% R2 P" B
$ ^3 W6 r1 {/ H, p8 P

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

; y* C0 b! L. ~2 b: v! `5 c

1St=100cSt=10-4m2/s

7 C! I. o3 h$ L* @4 o

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。

2 u5 ~' D! E# ~5 [: U

(3)理想流体与黏性流体

3 s& L" n9 U, d! z, K

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。

8 r# |: w* u9 X& h& [; @5 g

二、流体静力学

: G/ L1 }: ]2 I, g

1.静止流体的压力特性

" ~5 C4 t+ ?7 H1 i5 `7 w1 K

(1)静压力的定义

4 c7 U! u" b s1 v

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。

0 L" h. o2 |) B

(2)静压力的特性

4 I" `$ K7 L0 a* O, ~5 A$ Q

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;

. f# f. p) I$ |1 v1 }; ~3 J9 m

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。

' A) {+ ~6 L, `; ]: @8 T

(3)静压力的单位

) M- V# M" R& [* Y: {8 \7 d w

在SI单位中,压力的单位是N/m2或Pa。

) V/ k9 b+ \: A! }3 ]" O! {

一些常用压力单位之间的换算关系如下:

" B% l$ E$ d( K( H 9 R2 f+ E! a0 R* G* T, @, ? : x3 c) t* Q* [6 S# m' D. S5 \1 y/ k5 h- u3 y 8 ~& R* r, u) U2 G8 Z# d0 C1 v0 J# O: _/ O5 ^" V ~# q8 F
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孙一震
活跃在2026-2-8
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