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

" u ]/ I3 f7 f& `6 K$ e" D

第1章 流体流动

* s5 Y3 x5 M" Q8 G% p) W/ s2 G' s

1.1 考点归纳

' _& I; N1 L* w& O

一、流体的物理性质

6 X/ w( H1 ^! s2 b z# }

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;

4 u/ R+ G7 ]0 E1 _9 w* N2 G: f

(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。

) s- T1 P; S' f5 @) q

2.流体的密度和比容

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(1)密度的定义与性质

& d- ^% V: Z5 V+ d( ~

流体的密度是指单位体积流体所具有的质量,以ρ表示。

( k }6 e" F3 f' T; z0 Z ) L5 g8 P5 u! Y9 `( P; ~+ x2 _

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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: Q4 o8 y2 r# \8 G" q7 F
4 P' H6 u. S" _, o7 [" f
% ]* O3 n2 m- I z1 o( K

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

" D/ U' c! x0 z
; r+ h+ y- ?+ U+ w3 ^- K
- t1 d' ?. j9 C0 q7 q' D, D
; ~ A3 r4 q, ~; E M* p

高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

8 N9 x9 Z7 r( ?9 s$ _+ Z% I

(2)流体混合物的密度

( j2 v8 E( \5 }" b3 Y, `

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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1 n, P/ a- M/ s
2 _' B; e* n/ f* f3 I
/ L. F+ n* {4 B; E; R

ρA,ρB,…,ρn——各纯组分的密度,kg/m3;

2 J9 j/ f/ G! m" R5 [: e: [5 y( i

ωA,ωB,…,ωn——混合物中各组分的质量分数,kg/kg。

! `+ w2 I1 ^/ J9 l5 L

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

+ X/ e* ~6 _. H* ~5 e

ρm=ρAφA+ρBφB+ρnφn

" C2 [( M4 s- ^' J- v, w

φA,φB,φn——气体混合物中各组分的体积分数,m3/m3。

5 e% T6 L9 n; ?6 n# ~

3.流体的膨胀性和压缩性

* {, D/ D/ ?0 W! B H; H7 J: b4 q3 F

(1)膨胀性

1 q, Q- a, k, P/ h$ a/ P

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。

4 Q! a/ l$ N4 J+ V( [/ Y% n; G
2 S" c/ m( t: B/ c# m$ x
+ g% r7 n" ?% L6 W8 _# G0 y
7 o! p, j$ g) X" P" w0 k8 n$ g9 T8 ]

dT——流体温度的增量,K;

6 P' w+ n5 V. w; O

dv/v——流体体积的相对变化量。

9 r6 B0 l( ]: D" A0 _

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 o( a& a( j s

(2)可压缩性

7 s% M* |5 l) X; ]" t

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。

+ _/ b9 J/ `( [- ~1 y9 U
* G! T Z) `+ v5 P+ ~8 A2 w
. [$ B2 H4 ]* R" u" f
5 Q3 T) l2 V8 h9 j: h8 }1 c

负号表示dv与dp的变化方向相反。

# T0 E" Y8 v) k# V: V* H8 ^

由于ρv=1,故上式又可以写成

) ]1 V: P* B3 t 2 a1 J2 c+ D4 M$ b

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。

9 Z; M. u4 D/ T6 S% e5 Z0 `

4.流体的黏性

# ]! x( v6 k/ c9 B' F. D

(1)牛顿黏性定律

5 [: V2 ^* @* e# Y3 r0 I( |1 y

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。

" E$ [6 B1 T! O3 @4 c: b

①黏性的产生原因

: i7 I) d9 e* r( u' o

a.流体分子之间的引力(内聚力)产生内摩擦力;

0 S R: R9 _$ H1 F; m8 ?6 v

b.流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦力。

# L3 C7 g- `4 r& V- U$ x6 A( i% z

②牛顿黏性定律

" g" O! B) |; e& v
7 g4 V/ s( S" M, X+ I
* q6 }. R6 \* V* W2 K( _
4 e: y$ X, v5 [9 v2 K

τ——剪应力或内摩擦力,N/m2;

9 t0 U, v* G1 A$ K% O, B a

μ——流体的动力黏度,简称黏度,Pa·s;

: c& A2 n8 E9 C6 x+ @5 s; Z0 F' r7 _

dux/dy——速度梯度,1/s。

s; p( s" l7 o. w6 e8 v5 h" h

负号表示τ与速度梯度的方向相反。

* f! d' F2 N. F X1 q

(2)流体的黏度

( V: ~5 @; P. }2 f5 T7 K9 ]- @" a

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。

4 i8 }! h/ I/ G; X- C

运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值,以ν表示

" u" n$ Y- \2 g6 S# e6 E; ~
1 E! m+ h. Y5 {8 C7 S6 ` R
3 g' ?& F6 u9 p8 O- j- ^* `
+ ^. o, P% Z. P

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

* c: r. x7 a8 Q

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

' H6 V3 T2 M1 G! D% |- y4 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。

! x' d: G( j K9 w# e: q& Z

(3)理想流体与黏性流体

6 v) F( a% e/ C( [: P1 f

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。

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二、流体静力学

) \0 i6 H t; R3 ^( f2 S1 p: y3 H

1.静止流体的压力特性

W4 @/ @; L+ O2 G0 Z7 o. m/ x4 y

(1)静压力的定义

4 n8 C+ B0 x5 ~

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。

, {" y& @" @4 z+ T) t

(2)静压力的特性

; t, L0 G& g- K" a

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;

3 t$ q, o/ {1 r0 R& f" H" E: F

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。

+ @& M2 u0 W* B! P' a/ A: |$ K8 l

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5 ^, A- j3 D0 n2 \* f' j
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肉傀儡
活跃在2025-1-27
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