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化工原理考研大纲重点笔记真题答案

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a; Y8 `0 a' L

一、流体的物理性质

4 ?8 ?. P8 h X* w7 o5 \

1.连续介质假定

: o. E" e" x, [* `/ V( }2 S

(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;

% y( a# u: Y, Z- I4 z

(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。

: u/ m+ U d d. d8 p. {' u

2.流体的密度和比容

& H2 H, D$ U; l, o7 A

(1)密度的定义与性质

; a$ t+ J- V: c" B

流体的密度是指单位体积流体所具有的质量,以ρ表示。

, M' F3 o8 @, h: J* g 8 M* b+ V( x7 `5 c# 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

) U9 I6 S" z0 X0 z
* O7 f; i( t, |7 e+ M

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 G* b" C" v: m5 {: d, x' B
" C; r6 C/ D0 \" d

高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

7 T# S$ g% E- R4 {+ m

(2)流体混合物的密度

2 F0 T* U; c5 T

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

4 \8 H7 D+ t1 `- d4 ~* N
4 y, I z3 G4 Q R+ E$ ]- e) [

ρA,ρB,…,ρn——各纯组分的密度,kg/m3;

$ \, P( {) h+ F j9 A! c. ^

ωA,ωB,…,ωn——混合物中各组分的质量分数,kg/kg。

7 G' d" E8 ^" H2 M+ 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

- q& Y: n$ N- s3 v

ρm=ρAφA+ρBφB+ρnφn

+ e3 W8 Z5 Z$ |' \1 N; t

φA,φB,φn——气体混合物中各组分的体积分数,m3/m3。

4 q E E0 _6 G

3.流体的膨胀性和压缩性

' c# @. n3 Q j9 D3 [ C

(1)膨胀性

: p a8 \9 c+ |" X* R8 o/ K

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。

' S: w+ \; Q7 d$ K
+ K" ^2 x+ e. J( p3 n

dT——流体温度的增量,K;

q5 d) q7 c3 V! u) `

dv/v——流体体积的相对变化量。

: d; x7 D; K& | I7 z1 q0 j

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 w" ?* }; m b9 k

(2)可压缩性

6 U& g# A- B: x ?+ {

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。

3 P& d( q/ s9 ^4 T
' E6 b) d2 v8 b

负号表示dv与dp的变化方向相反。

2 n& R0 X& p! H: B

由于ρv=1,故上式又可以写成

; U" \0 R. S( N; V' g; V * K( _; J+ c; Q% n

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。

- H+ b; Y' U+ G1 \

4.流体的黏性

: x" S! E, d( L/ j5 s! q+ Z

(1)牛顿黏性定律

/ N5 t2 v; T7 j0 w: N7 M0 X" F

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。

: j# d+ C" C' d6 l, G( F

①黏性的产生原因

/ d% j5 O: [) \" p

a.流体分子之间的引力(内聚力)产生内摩擦力;

( J0 q* L T1 p

b.流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。

/ K: t& S6 k1 n

②牛顿黏性定律

4 D: K& M7 T, B: z+ ]# z3 S3 P/ t, J
7 j% ]4 _6 Q0 K4 \0 ^

τ——剪应力或内摩擦力,N/m2;

1 m; ^: h1 B! B' s

μ——流体的动力黏度,简称黏度,Pa·s;

8 f. {8 c. @; H

dux/dy——速度梯度,1/s。

! x# [3 Q9 U7 t9 e2 x( H/ F! N. k

负号表示τ与速度梯度的方向相反。

- t5 o- q7 u6 Z( H

(2)流体的黏度

2 E* K8 L% g' @3 d0 e

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。

2 D# t; ?) X7 m+ [. U# ?

运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值,以ν表示

$ U/ D- B% \2 R5 V9 Q& k, Q
) W' C- {$ ^- `, Q$ n2 c: b

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 A4 Q( X0 W: C7 ` q/ p* D

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

- g+ n8 \$ V' `

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。

. f- T2 [* n0 z2 [% {- f6 q

(3)理想流体与黏性流体

3 l0 O7 V; {: b- P7 H' \% o

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。

2 N) g- l+ z* F

二、流体静力学

8 s9 l9 p( [2 P% s

1.静止流体的压力特性

1 \2 [0 Z' ?2 F; e

(1)静压力的定义

/ R1 `1 u% v/ L [

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。

+ u' N' m9 J: @* R% L

(2)静压力的特性

6 T) B; v1 Y& x. l: x+ t. g

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;

z, l' W8 G+ V3 r

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。

$ ~; v' o" [8 {: z

(3)静压力的单位

& }% f: b( i6 Q( ?7 |2 J

在SI单位中,压力的单位是N/m2或Pa。

$ X+ Y6 L v9 ^( ?* a

一些常用压力单位之间的换算关系如下:

9 Y1 | V6 z4 ]5 r" o2 @ $ ~% k( G2 n0 b' L4 k. s. U# P$ D0 m/ X( L: P : ~; o6 {& w" O! S . C1 ^! {/ e3 |$ z2 U$ q5 d ( c1 c9 m6 \8 G+ ]4 Y! L
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孙一震
活跃在6 小时前
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