化工原理考研大纲重点笔记真题答案

6 I/ s; H( R% x6 Z% w; B

一、流体的物理性质

1．连续介质假定

6 C7 g+ e! t: W% V

（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；

4 Q- @) ^: S/ v+ _

（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。

/ O L/ ?, F- u F" P; \5 C

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

' P; C5 \0 y: w$ z3 f4 \9 k4 ~5 c

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

1 l% A& d: ~- H( k/ z4 O+ }

高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

9 {; J6 P: _7 m3 G" f% b; c

（2）流体混合物的密度

, {5 C% x+ ]+ L x

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

' A6 _/ X/ h+ r T% _& x, O

ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3；

- f/ u: k9 p$ \" f) q3 h

ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。

$ @, b+ C) I+ K: {

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

$ [7 g0 \' c n J0 O

ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn

! q1 {& E: S: H4 N' b8 |

φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。

3 N* A. }$ ]' o$ p& p8 y

3．流体的膨胀性和压缩性

. Y! W9 z) J3 S' i1 N6 ~

（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。

dT——流体温度的增量，K；

3 ?5 U) e+ t6 r7 b# n+ g

dv/v——流体体积的相对变化量。

& [; y9 P* b/ Y; K& K

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

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。

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

0 y q: T( L% ]' [0 x : ?) N' V) n) R

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。

* v: J7 [" z. E l/ U1 z; }

4．流体的黏性

7 q# Y( @! M- C! T# h! P

（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。

N/ r; l; }7 q4 Q2 F4 h8 d

①黏性的产生原因

2 ~( O* F4 d) H7 V

a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；

0 w! Q7 Z) G: g1 H: z

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

9 Q& E" F4 r* \8 j+ E

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。

负号表示τ与速度梯度的方向相反。

z& M: }) a& s: P! T: x9 a

（2）流体的黏度

8 g$ ~" g$ F0 d9 M% T/ y! T

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

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

0 q/ L& K& |) v; d& p$ R' N

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

6 z2 K" o( t5 e0 e3 E4 C

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。

6 A# y: ~" X9 ?4 {

二、流体静力学

1．静止流体的压力特性

（1）静压力的定义

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。

8 @0 S( d. ?9 [ M

（2）静压力的特性

# `+ B# O5 X$ E5 C: w; P$ f

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。

（3）静压力的单位

* T; y( B$ t& _- k: Z0 h

在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。

4 {% U6 q3 [- U% ^% J3 j

一些常用压力单位之间的换算关系如下：

' ^. y6 o5 l+ S/ n l" ^