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

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第1章 流体流动

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1.1 考点归纳

一、流体的物理性质

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；

（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。

* U: G$ Q& l4 E

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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* `1 C9 T# ~3 O4 c( W+ ]

+ Z2 w) K2 ~. W' [

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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# `, J( W& _' P+ C, Z

高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。

( V; `- h$ t$ n+ O# ?3 Q

（2）流体混合物的密度

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

0 o! g8 j$ L9 {: a: ~9 a) M0 }! A

. ^! b( E* L( x) C

2 c) q$ p/ {+ p7 v$ }' @; l

ρA，ρB，…，ρn——各纯组分的密度，kg/m3；

: M2 g/ M5 H+ \5 n/ _: a

ωA，ωB，…，ωn——混合物中各组分的质量分数，kg/kg。

- v# R- H# N' N! Q0 N, 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

ρm＝ρAφA＋ρBφB＋ρnφn

φA，φB，φn——气体混合物中各组分的体积分数，m3/m3。

2 I1 I4 G. k4 T, e2 F/ F9 w$ S# n

3．流体的膨胀性和压缩性

（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。

. L; G- ]2 A' j& i8 Z

, P1 }+ r' {8 Q3 V

7 ^0 ]% F1 E% f! N- O& a* M. _( D

dT——流体温度的增量，K；

dv/v——流体体积的相对变化量。

y$ e' y2 q6 V6 C1 r% a

液体的膨胀性通常可忽略不计，而气体的膨胀性相对很大。

; o$ N" H7 ]. T1 R8 [

（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。

6 k% {5 L) `9 r- P6 k

% g* h" S* y% h: l

/ F9 x" Y2 E+ q, Q

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

9 j; {' A$ m* Y

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。

4．流体的黏性

（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

: r/ c, v8 b9 w8 r

a．流体分子之间的引力（内聚力）产生内摩擦力；

* Y, z+ y$ K! I8 L3 F5 J1 p4 W

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

( ^8 B) m! ~4 u, S

3 }% b+ k) w) M% X- O8 x7 B

0 ?' O: v5 E) B! e% T# b

- r. I1 E3 ^7 B0 K( m* m

τ——剪应力或内摩擦力，N/m2；

. }- y5 {2 Q+ i) V0 Q1 B! S

μ——流体的动力黏度，简称黏度，Pa·s；

+ ^+ W$ F8 C! ^) |8 p

dux/dy——速度梯度，1/s。

, E" m- _4 y) t ^

负号表示τ与速度梯度的方向相反。

3 z7 z' k+ z+ w9 e& M) p

（2）流体的黏度

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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。

: [1 l$ {/ J2 T$ |: U( h! e

运动黏度是指流体黏度μ与密度ρ的比值，以ν表示

& ]* f2 w; F3 o+ Z4 K8 b2 u! M

1 X6 Y& f& O6 B5 ^5 s% a) u

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

8 ~1 s+ D" t! ]* m

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

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

. ~! C+ q: p7 N4 l. Q0 |& f P

（1）静压力的定义

i8 j& b0 k/ {3 _8 K# `

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；

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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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