化工原理考研大纲重点笔记真题答案

# ^5 {9 ` h0 D( {4 j

一、流体的物理性质

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

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；

$ 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．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

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

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

" 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。

（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

5 U$ J: {9 [6 `2 f3 X! C

ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3；

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

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

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；

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。

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；

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。

（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

" K! F$ J( ^+ C% x% R2 P" 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

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。

（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。

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

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

在SI单位中，压力的单位是N/m2或Pa。

一些常用压力单位之间的换算关系如下：

9 R2 f+ E! a0 R* G* T, @, ? : x3 c) t* Q* [6 S 8 ~& R* r, u) U2 G8 Z# d0 C