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

6 n* Y; W6 c! _1 O/ l% C7 E6 G

第1章 流体流动

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1.1 考点归纳

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一、流体的物理性质

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1.连续介质假定

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(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;

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(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。

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2.流体的密度和比容

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(1)密度的定义与性质

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流体的密度是指单位体积流体所具有的质量,以ρ表示。

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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

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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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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

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ρA,ρB,…,ρn——各纯组分的密度,kg/m3;

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ωA,ωB,…,ωn——混合物中各组分的质量分数,kg/kg。

, H3 t) M9 |0 i2 a

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

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ρm=ρAφA+ρBφB+ρnφn

6 a+ y" t4 c# z

φA,φB,φn——气体混合物中各组分的体积分数,m3/m3。

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3.流体的膨胀性和压缩性

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(1)膨胀性

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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。

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dT——流体温度的增量,K;

8 _. P$ m/ x: D4 K

dv/v——流体体积的相对变化量。

4 H, y0 ]) t. R1 [2 w4 W; z

液体的膨胀性通常可忽略不计,而气体的膨胀性相对很大。

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(2)可压缩性

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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。

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5 y: T7 q* ~9 J, V5 B9 I
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6 q$ d5 }1 x% h e: w( _: Q3 v

负号表示dv与dp的变化方向相反。

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由于ρv=1,故上式又可以写成

$ A+ @* J4 T3 v: D8 K 7 Q) C* x7 v& [# m0 C

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。

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4.流体的黏性

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(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。

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①黏性的产生原因

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a.流体分子之间的引力(内聚力)产生内摩擦力;

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b.流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。

3 V1 [0 I, Z0 ~, s) R9 I

②牛顿黏性定律

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' Z* R# J2 y7 @4 o3 G( L; N4 J5 a. Z
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τ——剪应力或内摩擦力,N/m2;

( G% C' R0 s0 _7 U! j" O) L

μ——流体的动力黏度,简称黏度,Pa·s;

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dux/dy——速度梯度,1/s。

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负号表示τ与速度梯度的方向相反。

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(2)流体的黏度

( W& @. y8 {, b8 G& y( s" \$ p

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。

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运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值,以ν表示

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& y. ]: K+ i% \/ W
2 ^9 X: c2 ^) H( f1 C
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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

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

7 B2 k! V/ N: p+ x

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。

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(3)理想流体与黏性流体

9 D* x! Q$ U& Y" J7 ^& z

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。

0 N/ t0 U! F. z% S

二、流体静力学

2 ?: H& S8 q" ^( t6 \% E/ a* M

1.静止流体的压力特性

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(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。

# c/ g5 q& h% G: \9 X

(2)静压力的特性

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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;

6 C/ @2 M) f, d9 o; B- j

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。

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肉傀儡
活跃在2025-1-27
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