《化工单元操作》牛顿粘性定律与流体的粘度（举一反三考点练）- 课后自测（卷2）

举一反三考点练 牛顿粘性定律与流体的粘度-课后自测 知识点一 流体的内摩擦力 1. （名词解释题）流体的粘性 2. （简答题）简述流体内摩擦力产生的原因。 3. （简答题）说明流体的粘度与温度的关系，并解释原因。 4. （简答题）简述层流和湍流状态下流体内摩擦力的特点。 5. （简答题）说明流体的动力黏度与哪些因素有关。 知识点二 牛顿粘性定律 1. （名词解释题）牛顿型流体 2. （名词解释题）非牛顿型流体 3.（简答题）说明在推导牛顿粘性定律时做了哪些假设？ 4.（简答题）简述牛顿粘性定律中动力黏度的物理意义，并说明其与运动黏度的关系。 5.（简答题）实际流体在管内流动时，根据牛顿粘性定律分析管壁处和管中心处的速度梯度及剪应力情况。 知识点三 流体的粘度 1. （名词解释题）动力黏度 2. （名词解释题）相对粘度 3. （简答题） 简述温度对液体和气体粘度的影响，并说明原因。 4. （简答题） 列举三种测量流体粘度的方法，并简述其测量原理。 5. （简答题）解释为什么在相同温度下，不同种类的液体粘度不同。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 举一反三考点练 牛顿粘性定律与流体的粘度-课后自测 知识点一 流体的内摩擦力 1. （名词解释题）流体的粘性 【答案】流体所具有的抵抗内部相邻两层间相对运动的特性，是流体的固有属性，只有在流体运动时才表现出来。 2. （简答题）简述流体内摩擦力产生的原因。 【答案】流体内摩擦力产生的原因主要有两方面。一方面是相邻两流体层分子间的吸引力，另一方面是分子运动时发生的相互碰撞。当流体流动时，各层流体的速度不同，速度快的流层对速度慢的流层施以推力，而速度慢的流层则对速度快的流层施以阻力，这对力就是内摩擦力。 3. （简答题）说明流体的粘度与温度的关系，并解释原因。 【答案】液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度随温度升高而增大。对于液体，温度升高时，分子间的内聚力减小，而分子的热运动加剧，使得流体层间相对运动时分子间的碰撞和阻碍作用减弱，所以粘度减小。对于气体，温度升高，分子热运动加剧，分子间的碰撞频率增加，导致气体内部的动量交换加剧，从而使气体抵抗变形的能力增强，粘度增大。 4. （简答题）简述层流和湍流状态下流体内摩擦力的特点。 【答案】层流时，流体内摩擦力遵循牛顿内摩擦定律，剪应力与速度梯度成正比，流体层之间的内摩擦力较小，流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合。湍流时，流体内摩擦力除了与流体的粘性有关外，还与流体的脉动有关，剪应力比层流时大得多，流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合，使得流体内部的动量、热量和质量传递加剧。 5. （简答题）说明流体的动力黏度与哪些因素有关。 【答案】流体的动力黏度与流体的种类有关，不同种类的流体，其分子结构和内部分子间作用力不同，动力黏度也不同。对于液体，黏度随温度升高而减小，因为温度升高，分子热运动加剧，分子间距离增大，内聚力减小，黏度降低；对于气体，黏度随温度升高而增大，这是因为温度升高，气体分子热运动加剧，分子间碰撞频率增加，动量交换加剧，导致黏度增大。一般情况下，压强对液体黏度影响很小，可忽略不计；对气体而言，常压下压强对黏度影响不大，在极高压强下，气体黏度随压强增加而增大。 知识点二 牛顿粘性定律 1. （名词解释题）牛顿型流体 【答案】剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体，包括所有气体和大多数液体。 2. （名词解释题）非牛顿型流体 【答案】不符合牛顿粘性定律的流体，如高分子溶液、胶体溶液及悬浮液等。 3.（简答题）说明在推导牛顿粘性定律时做了哪些假设？ 【答案】在推导牛顿粘性定律时，做了以下假设：流体是连续介质，即认为流体是由连续分布的流体质点组成，不存在间隙，这样可以用连续函数来描述流体的物理性质和运动参数；流体是牛顿型流体，即剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律，不考虑非牛顿型流体的复杂特性；流动是层流，流体质点做有规则的平行运动，不存在径向脉动和混合，此时内摩擦力主要由流体的黏性引起，便于分析和推导；忽略流体的压缩性和热膨胀性，认为流体的密度和其他物理性质在流动过程中保持不变，简化了问题的分析。 4.（简答题）简述牛顿粘性定律中动力黏度的物理意义，并说明其与运动黏度的关系。 【答案】牛顿粘性定律中动力黏度的物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力，或者说速度梯度为时，在单位面积上由于流体粘性所产生的内摩擦力的大小。运动黏度与动力黏度的关系为，其中是流体的密度，运动黏度的单位是。 5.（简答题）实际流体在管内流动时，根据牛顿粘性定律分析管壁处和管中心处的速度梯度及剪应力情况。 【答案】o根据牛顿粘性定律，在实际流体管内流动中，管壁处流体速度为，由于管中心处速度最大，从管中心到管壁速度逐渐减小，所以管壁处速度梯度最大，根据牛顿粘性定律，此处剪应力也最大。而在管中心处，速度梯度，因为在管中心处流体速度在径向上没有变化，所以剪应力。 知识点三 流体的粘度 1. （名词解释题）动力黏度 【答案】牛顿粘性定律中的比例系数，单位为，是衡量流体黏性大小的物理量，其值越大，流体的黏性越大。 2. （名词解释题）相对粘度 【答案】是一种用于比较流体绝对粘度与相同条件下标准液体（通常是水）绝对粘度的参数，即相对粘度 = 流体的绝对粘度 / 标准液体的绝对粘度。 3. （简答题） 简述温度对液体和气体粘度的影响，并说明原因。 【答案】对于液体，温度升高，粘度降低。因为液体的粘性主要是由分子间的内聚力引起的，当温度升高时，分子热运动加剧，分子间距离增大，内聚力减弱，液体内部各层之间的相对运动阻力减小，所以粘度降低。对于气体，温度升高，粘度增大。这是因为气体的粘性主要是由气体分子的热运动和分子间的碰撞引起的，温度升高，分子热运动加剧，分子间碰撞频率增加，使得气体内部各层之间的动量交换加剧，从而导致粘度增大。 4. （简答题） 列举三种测量流体粘度的方法，并简述其测量原理。 【答案】 毛细管粘度计法：根据泊肃叶定律，在一定温度下，当流体在毛细管中作层流流动时，通过测量流体在毛细管中流动的时间和流量，以及毛细管的几何参数，就可以计算出流体的粘度。 落球法：当小球在粘性流体中下落时，受到重力、浮力和粘性阻力的作用。根据斯托克斯定律，当小球匀速下落时，通过测量小球的直径、下落速度、流体的密度以及重力加速度等参数，就可以计算出流体的粘度。 旋转粘度计法：在两个不同直径的同心圆间的环形间隙中充满待测流体，内筒固定不动，外筒以一定角速度旋转。由于流体的粘性，外筒的运动带动环形间隙中的流体流动，通过测量内筒所受的扭矩和外筒的转速等参数，就可以计算出流体的粘度。 5. （简答题）解释为什么在相同温度下，不同种类的液体粘度不同。 【答案】在相同温度下，不同种类液体粘度不同，主要原因有以下几点：首先，液体分子的结构和大小不同。分子结构复杂、体积较大的液体，分子间的相互作用力较强，内摩擦力较大，粘度也就较大；而分子结构简单、体积较小的液体，分子间相互作用力较弱，粘度相对较小。其次，液体分子间的化学键类型和强度不同。例如，含有氢键的液体，分子间氢键的存在会增加分子间的作用力，使液体的粘度增大。最后，液体的组成和纯度也会影响粘度。如果液体中含有杂质或溶质，它们可能会改变液体分子间的相互作用，从而影响粘度。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$