2021年化工原理考点归纳与典型题含考研真题详解

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部分内容

第1章 流体流动

1.1 考点归纳

一、流体的物理性质

2 Q, j/ k0 d+ i6 J

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；

（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。

. m/ T* E* K! T* P% u: M. D1 `

2．流体的密度和比容

（1）密度的定义与性质

! ?* I2 v! ~1 o: B! R6 e5 J

流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，以ρ表示。

* M( Q' T# X% @+ y. e) [4 j

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

# ?& U6 t- h1 ?- j2 p% U

+ x7 _. i) w6 X6 y" l

% K: S) ]3 p7 ^7 \

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

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* ^9 Q1 `$ j% P; n

高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

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（2）流体混合物的密度

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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

# G6 o8 ^; Y3 l7 }' a4 f1 q) B: x

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。

+ y" ]' `# K' ]7 P6 Z

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

/ @: h$ P! S3 x

ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn

φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。

2 H/ j+ w% H+ y \

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。

- j; m* w. ?4 l& A9 g4 X0 g! q

/ w0 Z9 d- b, O( t) s, w

/ P0 G! y4 i% D, \+ M' t$ I4 p

dT——流体温度的增量，K；

: ]% O3 d; [. b' d

dv/v——流体体积的相对变化量。

$ \$ u7 e/ t) \8 f

液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。

* [8 d3 q' q& \4 E# G p

（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。

" H& P; H: a( X+ ?

& Z) e: F% l( ^; u z

- m) v: T/ i' Z$ B( g& ?

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

! T& P% l" n; x3 l+ w6 D

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。

& A4 H/ Q u9 U) o

4．流体的黏性

% R- U) ]3 p. e; U* G

（1）牛顿黏性定律

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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。

①黏性的产生原因

; v# P: C( T$ Q3 V: P0 O5 a3 a1 v

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。

②牛顿黏性定律

" y% o$ r8 x4 v2 i5 g% |4 u/ b6 U0 C

τ——剪应力或内摩擦力，N/m2；

7 o6 [: M, [/ w' S# H- i/ Y s/ V

μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s；

* w% F, p8 k) s7 K- J, O

dux/dy——速度梯度，1/s。

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

G. V$ _6 x- S4 g& c- b) F

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

. m& M/ a3 p9 E* K

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

1 |- Q; G4 e0 K9 [- o3 w4 }5 d+ I: u

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。

二、流体静力学

1．静止流体的压力特性

（1）静压力的定义

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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

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；

: I) f* { w% c8 v

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。

4 v- q% L; A, R

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