1-流体的流动本质

知识点1-3 流体的流动现象1．学习目的通过简要分析在微观尺度上流体流动的内部结构，为流动阻力的计算奠定理论基础。

流体流动的内部结构是流体流动规律的一个重要方面。

这些现象的产生在于流体的粘性。

2．本知识点的重点本知识点以层流（滞流）和湍流（紊流）两种基本流型的本质区别为主线展开讨论，要求重点掌握：（1）牛顿粘性定律的表达式、适用条件；粘度的物理意义及不同单位之间的换算。

（2）两种流型的判据及本质区别；Re的意义及特点。

（3）边界层形成、发展及边界层分离现象。

流动边界层概念的提出对分析流体流动、传热及传质现象有重要意义。

（4）非牛顿型流体的流变特性。

3．本知识点的难点本知识点无难点。

4．应完成的习题1-9.本题附图所示为冷冻盐水循环系统。

盐水的密度为1100kg/m3，循环量为36m3/h。

管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1J/kg，由B流至A的能量损失为49J/kg，试计算：（1）若泵的效率为70％时，泵的轴功率为若干kW？（2）若A处的压强表读数为若干Pa？[答：（1）2.31kW；(2)6.2×104Pa(表压)]1-10.在实验室中，用玻璃管输送20℃的70％醋酸。

管内径为1.5cm，流量为10kg/min。

用SI和物理单位各算一次雷诺准数，并指出流型。

[答：Re=5.66×103]1-11.用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持恒定。

管路直径均为φ60×3.5mm，其它尺寸见本题附图。

各管段的能量损失为，。

两压差计中的指示液均为水银。

试求当R1=45mm，h=200mm时：（1）压缩空气的压强p1为若干？（2）U管压差计读数R2为多少？[答：(1)1.23×105Pa(表压)；(2)630mm]（提示：U形管压差计读数R1表示了BC段的能量损失，即）本知识点通过简要分析在微观尺度上流体流动的内部结构，为管截面上流动的速度分布及流动阻力的计算打下基础。

第十一讲流体力学我们通常所说的流体包括了气体和液体。

流体具有形状和大小可以改变的特征，这一点和弹性体是类似的，然而，流体仅仅具备何种压缩弹性，例如，用力推动活塞可以压缩密闭气缸中的气体，在撤消外力后，气体将恢复原状，将活塞推出；但流体不具备抵抗形状改变的弹性，在力的作用下，流体因流动而发生形状的改变，，撤消外力后，流体并不恢复原来的形状，流体的这种性质称为流动性。

流体力学的任务在于研究流体流动的规律以及它与固体之间的相互作用。

一、理想流体无论是气体还是流体都是可以压缩的，只不过在通常的情况下，气体较容易被压缩，而液体难以被压缩。

但是，在一定的条件下，我们常常把流动着的流体看着是不可压缩的，这一点对于液体是比较好理解的，因为在对液体加压时，其何种的改变是极其微小的，是可以忽略的；我们之所以把流动着的气体也看作是不可压缩的，是因为气体的密度小，即使压力差不大，也能够迅速驱使密度较大处的气体流向密度较小的地方，使密度趋于均匀，这样使得流动的气体中各处的密度密度不随时间发生明显的变化，这样，气体的可压缩性便可以不必考虑。

不过，当气流的速度接近或超过声速时，因气体的运动造成的各处的密度不均匀的差别不及消失，这时气体的可压缩性会变得非常的明显，不能再看作是不可压缩的。

总之，在一定的问题中，若可不考虑气体的可压缩性，便可将它抽象为不可压缩的理想模型，反之，则需看作是可压缩的液体。

液体都的或多或少的粘性，在静止液体中，粘性无法表现，在流体流动时，，将明显地表现出粘性。

所谓粘性，就是当流体流动时，层与层之间有阻碍相对运动的内摩擦力，如河流中心的水流速度较快，由于粘性，靠近河岸的水几乎不动。

在研究流体时，若流体的流动性是主要的，粘性居于次要地位时，可认为流体完全没有粘性，这样的理想模型叫做非粘性流体，若粘性起着重要的作用，则需将流体看作粘性流体。

如果在流体的运动过程中，流体的可压缩性和粘性都处于极为次要的地位，就可以把流体看作是理想流体。

第1章流体的力学性质根据现代的科学观点，物质可区分为五种状态：固态、液态、气态、等离子态和凝聚态，其中，固、液、气三态是自然界和工程技术领域中常见的。

从力学的角度看，固态物质与液态和气态物质有很大的不同：固体具有确定的形状，在确定的剪切应力作用下将产生确定的变形，而液体或气体则没有固定的形状，且在剪切应力作用下将产生连续不断的变形——流动，因而液体和气体又通称为流体。

应用物理学基本原理研究流体受力及其运动规律的学科被称为流体力学。

流体力学作为宏观力学的重要分支，与固体力学一样同属于连续介质力学的范畴。

本章将首先阐述流体连续介质模型，在此基础上讨论流体的力学特性。

1.1 流体的连续介质模型1.1.1流体质点的概念流体是由分子构成的，根据热力学理论，这些分子（无论液体或气体）在不断地随机运动和相互碰撞着。

因此，到分子水平这一层，流体之间总是存在着间隙，其质量在空间的分布是不连续的，其运动在时间和空间上都是不连续的。

但是，在流体力学及与之相关的科学领域中，我们感兴趣的往往不是个别分子的运动，而是大量分子的统计平均特性，如密度、压力和温度等，而且，为了准确地描述这些统计特性的空间分布，需要在微分即“质点”的尺度上讨论问题，为此，必须首先建立流体质点的概念。

建立流体质点的概念可借助于物质物理量的分子统计平均方法。

以密度为例，在流体中任取体积为的微元，其质量为，则其平均密度可表示为：（1-1）显然，为了描述流体在“质点”尺度上的平均密度，应该取得尽量地小，但另一方面，的最小值又必须有一定限度，超过这一限度，分子的随机进出将显著影响微元体的质量，使密度成为不确定的随机值。

因此，两者兼顾，我们采用使平均密度为确定值（与分子随机进出无关）的最小微元作为质点尺度的度量，并将该微元定义为流体质点，其平均密度就定义为流体质点的密度：（1-2）推广到一般，所谓流体质点就是使流体统计特性为确定值（与分子随机进出无关）的最小微元，而流体质点的密度、压力和温度等均是指内的分子统计平均值。

第一章流体流动本章学习指导1. 本章学习的目的通过本章学习，掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题，诸如：（1）流体输送：流速的选择，管径的计算，输送机械选型。

（2）流动参数的测量：压强（压力）、流速（流量）等。

（3）不互溶液体（非均相物系）的分离和分散（混合）。

（4）选择适宜的流体流动参数，以适应传热、传质和化学反应的最佳条件。

2. 本章重点掌握的内容（1）静力学基本方程的应用（2）连续性方程、柏努力方程的物理意义、适用条件、应用柏努力方程解题的要点和注意事项。

（3）管路系统总能量损失方程（包括数据的获得）本章应掌握的内容（1）两种流型（层流和湍流）的本质区别，处理两种流型的工程方法（解析法和实验研究方法）（2）流量测量（3）管路计算本章一般了解的内容（1）边界层的基本概念（边界层的形成和发展，边界层分离）（2）牛顿型流体和非牛顿型流体3. 本章学习应注意的问题（1）流体力学是传热和传质的基础，它们之间又存在着密切的联系和相似性，从开始学习流体流动就要学扎实，打好基础。

（2）应用柏努力方程、静力学方程解题要绘图，正确选取衡算范围。

解题步骤要规范。

4. 本章教学时数分配知识点1-1 授课学时数2 自学学时数4知识点1-2 授课学时数3 自学学时数6知识点1-3 授课学时数1 自学学时数2知识点1-4 授课学时数3 自学学时数6知识点1-5 授课学时数1 自学学时数2知识点1-6 授课学时数2 自学学时数45. 本章学习资料必读书籍姚玉英主编. 化工原理(上册) （第一章"流体流动"）·天津：天津大学出版社．1999参考书籍1．陈敏恒等．化工原理，上册．北京：化学工业出版社．19992．谭天恩等．化工原理，上册．北京：化学工业出版社．19903．蒋维钧．化工原理，上册．北京：清华大学出版社．19924．姚玉英．化工原理例题与习题，第三版．北京：化学工业出版社．19985．柴诚敬等．化工原理学习指导．天津：天津科技出版社．19926．柴诚敬，张国亮．化工流体流动和传热．北京：化学工业出版社．20007．张言文．化工原理60讲，上册．北京：轻工业出版社．19978．J.M.Coulson and J.F.Richrdson.Chemical Engineering Vol2.3rd ed.－oxford:Pergamon,19949．C.J Geankoplis. Transport Processes and Unit Operations, 2rd ed.Boston: Allyn and Baccon, Inc. 199310．W. L. McCabe and J. C. Smith.Unit Operations of Chemical Engineering, 5th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 1993.通过本章的学习，掌握气体吸收的基本概念和气体吸收过程的基本计算方法。

《化学工程基础》练习题第1章流体的流动与输送一、单项选择题1. 层流与湍流的本质区别是( )。

A、流速不同B、流通截面积不同C、雷诺数不同D、层流无径向运动，湍流有径向运动2. 水及一般流体在管路中常用的流速应是( )。

A、~1mB、1~3mC、15~25mD、30~50m3. 当流体在圆管内流动时, 管中心流速最大，若为层流时，平均速度u与管中心的最大流速u max的关系为( )。

A、u＝B、u＝u maxC、u＝D、u＝4. 当流体在圆管内流动时, 管中心流速最大，若为湍流时，平均速度u与管中心的最大流速u max的关系为( )。

A、u＝B、u＝u maxC、u＝D、u＝5. 温度升高液体的粘度变化是( )。

A、增大B、减小C、不变D、判断依据不足6. 温度降低气体的粘度变化是( )。

A、增大B、减小C、不变D、判断依据不足7. 流体在等径直管中作稳定流动，因流体粘性有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长将( )。

A、增加B、减少C、不变D、无法判断8. 流体在阻力平方区流动，若其它条件不变，而管子的相对粗糙度增加则压降( )。

A、增大B、减小C、不变D、不确定9. 下列结论正确的是( )。

A、液体的粘度随温度升高而减小B、气体的粘度随温度升高而减小C、液体的粘度随压强降低而增大D、气体的粘度随压强降低而增大10. 圆形直管内径为100mm，一般情况下输水能力应为( )。

A、3 m3/h；B、30 m3/h；C、200 m3/h ；D、300 m3/h11. 图示为一异径管段，从A段流向B段时，测得U形压差计的读数为R=R1，从B段流向A段时，测得U形压差计的读数为R=R2。

若两种情况下的水流量相同，则( )。

A、R1 > R2B、R1< R2C、R1 = R2D、R1 =– R212. 离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。

A、气缚现象B、汽蚀现象C、汽化现象D、气浮现象13. 离心泵吸入管路底阀的作用是( )。

一、单选题1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。

AA 质量；B 粘度；C 位能；D 动能。

2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。

AA 密度；B 粘度；C 位能；D 动能。

3．层流与湍流的本质区别是（）。

DA 湍流流速＞层流流速；B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流；C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数；D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

4．气体是（）的流体。

BA 可移动；B 可压缩；C 可流动；D 可测量。

5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。

CA 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。

6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。

AA 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。

7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。

DA 真空度；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。

8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。

AA 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。

9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。

AA 压力表；B 真空表；C 高度表；D 速度表。

10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。

DA 大气压；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。

11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。

BA. Um＝1/2Umax；B. Um＝0.8Umax；C. Um＝3/2Umax。

12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。

AA. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关；B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关；C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。

13.层流底层越薄( )。

CA. 近壁面速度梯度越小；B. 流动阻力越小；C. 流动阻力越大；D. 流体湍动程度越小。

说明本人参加了2012考研，并且顺利考入了东北大学。

本人的考研专业课是化工原理，在去年准备考研的过程中，为了提高复习效率，特意精心将历年东北大学考研化工原理真题加以整理，以章为顺序，将整理出来的真题加以解答，最终形成了这份历年化工原理真答案。

愿这些答案能给读者带来一些帮助，在接下来的考研中考出好成绩！绪论单元操作：用来为化学反应过程创造适宜的条件或将反应物分离制成纯净品，在化工生产中共有的过程称为单元操作（12）化工过程：对原料进行大规模的加工处理，使其在状态、物理性质、化学性质上发生变化，成为合乎要求的产品，这一过程称为化工过程。

（11）第一章流体流动不可压缩流体：压力温度改变时，密度随之改变很小的流体。

（12、11、）可压缩流体：压力温度改变时，密度随之显著改变的流体。

（12、11）稳定流动与不稳定流动：流体流动时，任意一点的与流动状态有关的物理参数都不随时间改变，这种流动成为稳定流动。

若有一个物理参数随时间改变则为不稳定流动（12、11）牛顿流体与非牛顿流体：符合牛顿粘性定律的流体称之为牛顿型流体，不符合牛顿粘性定律的流体称为非牛顿流体。

（12、11、05、06、07、08）压力的表示方法：（1）绝对压力：压力的大小一绝对真空为基准进行表示成为绝对压力。

（12、11）（2）表压与真空度：压力的大小以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出的压力称为表压或真空度。

（12、11）沿程阻力损失：流体流经直管时的损耗成为沿程损失。

（11）局部阻力损失：流体流经各种管件和阀件时由于流体的流速大小和方向突然发生变化，从而产生大量的漩涡导致的机械能损失称为局部阻力损失。

（11）阻力系数：将局部阻力损失表示成平均动能的一个倍数即w_f=ξu^2/2 其中ξ称为阻力系数（11）出口阻力系数：当流体从广内流出到容器中时，相当于突然扩大时A1/A2约等于0时的情况，此时阻ζ＝1，成为管得出口阻力系数（11）入口阻力系数：当流体从容器流进管道时相当于突然缩小A1/A2=0的情形，此时ζ＝0.5，称为入口阻力系数。

化工原理–流体流动概述引言流体流动是化工领域中常见的一个研究领域，它在很多工艺过程中起着至关重要的作用。

流体流动的研究可以帮助我们了解流体在管道、设备和反应器中的行为，从而优化工艺过程，提高生产效率。

本文将从基本理论、流体流动模型和流动参数分析等方面对流体流动进行概述。

基本理论流体流动的基本理论是流体力学的一部分。

它研究流体在管道、设备和反应器中的运动规律。

在流体流动中，有两个重要的参数：流速和压力。

流速描述了流体在单位时间内通过某一截面的体积，通常以米/秒来表示。

压力则是单位面积上的力，通常以帕斯卡（Pa）来表示。

根据流速和压力的变化，可以描绘出流体的流动状态，理解流体在设备中的传输行为。

流体流动模型在化工过程中，流体流动的行为非常复杂，通常使用一些流体流动模型来描述。

常见的流体流动模型有层流流动和湍流流动。

层流流动层流流动是指流体在管道或设备中呈稳定的层流状态，流体在截面中的各个部分以均匀的速度运动。

在层流流动中，不同层之间的流速差很小，流体分子之间的相对位置一直保持不变。

层流流动通常发生在流速较低的条件下，管道的直径较小，并且流体的黏性较高。

层流流动可以用泊肃叶定律进行描述。

湍流流动湍流流动是指流体在管道或设备中呈不稳定的湍流状态，流体在截面中的各个部分以复杂而无规律的方式运动。

在湍流流动中，不同层之间的流速差很大，流体分子之间的相对位置不断变化。

湍流流动通常发生在流速较高的条件下，管道的直径较大，并且流体的黏性较低。

湍流流动的模型较为复杂，常用的描述方法有雷诺平均法和雷诺应力传递方程。

流动参数分析在对流体流动进行研究时，需要对一些流动参数进行分析。

这些参数可以帮助我们了解流体的流动特性和传输行为。

流量流量指的是单位时间内通过管道或设备截面的流体体积。

通常以单位时间内液体或气体通过单位面积的体积来表示，单位为立方米/秒。

流量是一个非常重要的参数，可以用来确定设备的尺寸和流程的设计。

压降压降指的是流体在通过管道或设备时由于阻力而导致的压力降低。