传递过程原理作业题和答案

《化工传递过程原理（Ⅱ）》作业题1.粘性流体在圆管内作一维稳态流动。设r表示径向距离，y表示自管壁算起的垂直距离，试分别写出沿r方向和y方向的、用（动量通量）＝-（动量扩散系数）×（动量浓度梯度）表示的现象方程。1．(1-1)解：(，，>0)(，,<0)2.试讨论层流下动量传递、热量传递和质量传递三者之间的类似性。2.(1-3)解：从式（1-3）、（1-4）、（1-6）可看出：（1-3）（1-4）（1-6）1.它们可以共同表示为：通量=－（扩散系数）×（浓度梯度）；2.扩散系数、、具有相同的因次，单位为；3.传递方向与该量的梯度方向相反。3.试写出温度t对时间的全导数和随体导数，并说明温度对时间的偏导数、全导数和随体导数的物理意义。3.（3-1）解：全导数：随体导数：物理意义：——表示空间某固定点处温度随时间的变化率；——表示测量流体温度时，测量点以任意速度、、运动所测得的温度随时间的变化率——表示测量点随流体一起运动且速度、、时，测得的温度随时间的变化率。4.有下列三种流场的速度向量表达式，试判断哪种流场为不可压缩流体的流动。（1）（2）（3）4.（3-3）解：不可压缩流体流动的连续性方程为：（判据）1.，不可压缩流体流动；2.，不是不可压缩流体流动；3.5.某流场可由下述速度向量式表达：试求点（2，1，2，1）的加速度向量。5.（3-6）解：∴6.流体在两块无限大平板间作一维稳态层流。试求算截面上等于主体流速ub的点距板壁面的距离。又如流体在圆管内作一维稳态层流时，该点与管壁的距离为多少？6.（4-2）解：（1）两块无限大平板间的一维稳态层流的速度分布为：取，则则与主体流速速度相等的点距板壁面的距离为：（2）对于圆管的一维稳态层流，有取，解之得：7.某流体运动时的流速向量用下式表示：试导出一般形式的流线方程及通过点（2，1）的流线方程。7.（4-7）解：由分离变量积分，可得：此式即为流线方程的一般形式：将点（2，1）代入，得：8.已知某不可压缩流体作平面流动时的速度分量，，试求出此情况下的流函数。8.（4-9）解：9.常压下温度为20℃的水，以每秒5米的均匀流速流过一光滑平面表面，试求出层流边界层转变为湍流边界层时临界距离xc值的范围。常压下20℃水的物性：，9.（5-1）解：∵∴10.常压下，温度为30℃的空气以10m/s的流速流过一光滑平板表面，设临界雷诺数为3.2×105，试判断距离平板前缘0.4m及0.8m两处的边界层是层流边界层还是湍流边界层？求出层流边界层相应点处的边界层厚度。此题条件下空气的物性：，10.（5-3）解：（1）∴为层流边界层（2）∴为湍流边界层11.温度为20℃的水，以1m/s的流速流过宽度为1m的光滑平板表面，试求算：（1）距离平板前缘x=0.15m及x=0.3m两点处的边界层厚度；（2）x=0～0.3m一段平板表面上的总曳力设；物性见第9题11．（5-4）解：（1）∴为层流边界层（2）∴为层流边界层（3）12.流体在圆管中作湍流流动，若速度分布方程可表示为：，式中ri表示圆管的半径，y表示速度为u的点距管壁的距离。试证明截面上主体流速为ub与管中心流速umax的关系为：ub=0.817umax12．（6-5）证：13.在平板壁面上的湍流边界层中，流体的速度分布方程可表示为：。试证明该式在壁面附近（即y→0处）不能成立。13.（6-9）证：壁面附近为层流内层，故满足：，则∴不存在∴该式在壁面附近（）不能成立.14.常压和303K的空气，以0.1m3/s的体积流率流过内径为100mm的圆管，对于充分发展的流动，试估算层流底层、缓冲层以及湍流主体的厚度。此题条件下空气的物性：，14.（6-8）解：∴该流动为湍流∵∴层流内层：缓冲层：∴湍流中心：15.温度为20℃的水流过内径为50mm的圆管，测得每米管长流体的压降为1500N/m2,试证明此情况下的流体流动为湍流，并求算：（1）层流底层外缘处水的流速、该处的y向距离及涡流粘度；（2）过渡区与湍流中心交界处水的流速、该处的y向距离及涡流粘度；（3）r=ri/2（ri为圆管半径）处水的流速、涡流粘度和混合长的值。提示：本题水的物性：，15.（6-6，6-7）解：（见书1-12a）∴流动为湍流.1.∵（∵层流内层无湍动）2.为湍流中心3.，∴16.有一半径为25mm的钢球，其导热系数为43.3W/m·K，密度为7849kg/m3，比热为0.4609kJ/kg，钢球的初始温度均匀，为700K，现将此钢球置于温度为400K的环境中，钢球表面与环境之间的对流传热系数为11.36W/m2·K。试求算1小时后钢球所达到的温度。16.（8-7）解：∴可用集总热熔法进行求解17.常压和394K下的空气流过光滑平板表面，平板壁面温度为373K，空气流速u0=15m/s，=5×105。试求算临界长度xc，该处的速度边界层厚度和温度边界层厚度，局部对流传热系数hx和层流段平均对流传热系数hm的值。注：tm=(394+373)/2=383.5K，tm下空气物性：，，，K=3.27×10-2W/m·K17.（9-4）解：∵18.某油类液体以1m/s的均匀流速沿一热平板壁面流过。油类液体的均匀温度为293K，平板壁面维持353K。设=5×105，已知在边界层的膜温度下液体密度为750kg/m3，粘度为3×10-3Pa·s，导热系数k为0.15W/m·K，比热Cp为200J/kg·K，试求算：（1）临界点处的局部对流传热系数hx；（2）由平板前缘至临界点这段平板壁面的对流传热通量。18.（9-7）19.水以2m/s的平均流速流过直径为25mm、长度为2.5m的圆管，管面温度恒定，为320K，水的进、出口温度分别为292K和295K，试求算柯尔本jH因数的值。本题水的物性：，19.（9-13）解：∴管内流动为湍流20.试证明组分A、B组成的双组分系统中，在一般情况下进行分子扩散时（有主体流动，且NA≠NB），在总浓度C恒定条件下，DAB=DBA。20.（10-4）证明：（1）（2）（1）+（2）：∵∴∵∴21.将温度为298K、压力为1atm的He和N2的混合气体，装在一直径为5mm、长度为0.1m的管中进行等分子反方向扩散，已知管子双端He的分压分别为0.06atm和0.02atm，在上述条件下扩散系数=0.687×10-4m2/s，试求算：（1）He的扩散通量；（2）N2的扩散通量；（3）在管的中点截面上He和N2的分压。21.（11-2）解：设为组分，为组分1.∵等分子反方向扩散，∴2.3.（稳态）22.在气相中，组分A由某一位置（点1处）扩散至固体催化剂表面（点2处），并在催化剂表面处进行如下反应：2A→BB为反应产物（气体）。反应产物B生成后不停地沿相反方向扩散至气体相主体中。已知总压P维持恒定，扩散过程是稳态的，在点1和点2处A的分压分别为PA1和PA2，设扩散系数DAB为常数，点1至2的距离为，试导出计算NA的表达式。22.（11-3）解：∵，∴23.常压和45℃的空气以3m/s的流速在萘板的一个面上流过，萘板的宽度为0.1m，长度为1m，试求算萘板厚度减薄0.1mm时所需的时间。已知45℃和1atm下，萘在空气中的扩散系数为6.92×10-6m2/s，萘的饱和蒸汽压为0.555mmHg。固体萘密度为1152kg/m3，分子量为128kg/kmol。本题空气物性：，23.（12-6）解：∴为层流边界层∴苯甲酸的浓度很低，可以认为∵24.温度为26℃的水，以0.1m/s的流速流过长度为1m的固体苯甲酸平板，试求算距平板前缘0.3m和0.6m两处的浓度边界层厚度，局部传质系数以及整块平板的传质通量NA。已知26℃时苯甲酸在水中的扩散系数为1.24×10-9m2/s，饱和溶解度为0.0295Kmol/m326℃时水的物性：，24.（12-7）解：（）（2）（3）∵苯甲酸的浓度很低，可以认为∴_1197303802.unknown_1197304325.unknown_1197304545.unknown_1197306169.unknown_1197306358.unknown_1197404497.unknown_1197404498.unknown_1197405025.unknown_1197405026.unknown_1197406266.unknown_1197406641.unknown_1197443826.unknown_1197445838.unknown_1197445859.unknown_1197445925.unknown_1197445926.unknown_1197459882.unknown_1197460449.unknown_1197461114.unknown_1197461587.unknown_1197461632.unknown_1197461791.unknown_1197462169.unknown_1197462170.unknown_1197462457.unknown_1197462520.unknown_1197462553.unknown_1197462853.unknown_1197462947.unknown_1197463485.unknown_1197463536.unknown_1211093726.unknown_1211093984.unknown_1266646325.unknown_1283663699.unknown_1283663780.unknown_1283663917.unknown_1283663989.unknown_1283664943.unknown_1283665008.unknown_1283665139.unknown_1283665364.unknown_1283665374.unknown_1283665386.unknown_1283665443.unknown_1283665936.unknown_1283665953.unknown_1283666019.unknown_1283666096.unknown_1283666195.unknown_1283666208.unknown_1283666222.unknown_1283666257.unknown_1283666316.unknown_1283666362.unknown_1283666378.unknown_1283666496.unknown_1283666550.unknown_1283666603.unknown_1283666819.unknown_1283666977.unknown_1283667245.unknown_1283667332.unknown_1283667453.unknown_1283667579.unknown_1283667670.unknown_1283667798.unknown_1283667818.unknown_1283667892.unknown_1283669794.unknown_1283669973.unknown_1283669974.unknown_1283670020.unknown_1283670940.unknown_1283670975.unknown_1283671089.unknown_1283671238.unknown_1283671480.unknown_1283671538.unknown_1283671669.unknown_1283671808.unknown_1283671865.unknown_1283671990.unknown_1283672220.unknown_1283672253.unknown_1283672291.unknown_1283673121.unknown_1283674243.unknown_1283674560.unknown_1283686225.unknown_1283686768.unknown_1283687392.unknown_1283687570.unknown_1283839515.unknown_1283840016.unknown_1283840058.unknown_1283841510.unknown_1283841526.unknown_1283841555.unknown_1283841571.unknown_1283841587.unknown_1283842137.unknown_1283842498.unknown_1283842547.unknown_1283842706.unknown_1283842802.unknown_1283842880.unknown_1283842970.unknown_1283843715.unknown_1283843806.unknown_1283844130.unknown_1283844202.unknown_1283844214.unknown_1283844445.unknown_1283844931.unknown_1283845065.unknown_1283845182.unknown_1283845334.unknown_1283845355.unknown_1283845410.unknown_1283845822.unknown_1283845924.unknown_1283845972.unknown_1283846033.unknown_1283846236.unknown_1283846895.unknown_1283847105.unknown_1283847242.unknown_1283847291.unknown_1283847609.unknown_1283847661.unknown_1283847790.unknown_1283847823.unknown_1283847874.unknown_1283858390.unknown_1283858534.unknown_1283858864.unknown_1283858877.unknown_1283858892.unknown_1283859071.unknown_1283859146.unknown_1283859618.unknown_1283859932.unknown_1283860227.unknown_1283860937.unknown_1283861201.unknown_1283861385.unknown_1283861463.unknown_1283861853.unknown_1283861893.unknown_1283861928.unknown_1283862001.unknown_1283862096.unknown_1283862114.unknown_1283862131.unknown_1283862204.unknown_1283862420.unknown_1283862432.unknown_1283862447.unknown_1283862647.unknown_1283863099.unknown_1283863143.unknown_1283863215.unknown_1283863458.unknown_1283864022.unknown_1283864260.unknown_1283865260.unknown_1283866031.unknown_1283866045.unknown_1283866601.unknown_1283866719.unknown_1283867082.unknown_1283867205.unknown_1283867282.unknown_1283867486.unknown_1283867708.unknown_1283867809.unknown_1283868148.unknown_1283868234.unknown_1283868366.unknown_1283868376.unknown_1283868449.unknown_1283868504.unknown_1283868585.unknown_1283868636.unknown_1283868696.unknown_1283868707.unknown_1283868774.unknown_1283868965.unknown_1283868966.unknown_1283922532.unknown_1283922616.unknown_1283922764.unknown_1283922799.unknown_1283922816.unknown_1283922854.unknown_1283922921.unknown_1283922956.unknown_1283922984.unknown_1283923019.unknown_1283923033.unknown_1283923051.unknown_1283923071.unknown_1283923297.unknown_1283923381.unknown_1283923402.unknown_1283923750.unknown_1283923786.unknown_1283923995.unknown_1283924124.unknown_1283924149.unknown_1283924178.unknown_1283924258.unknown_1283924269.unknown_1283924299.unknown_1283924391.unknown_1283924401.unknown_1283924470.unknown_1283924511.unknown_1283924532.unknown_1283924623.unknown_1283924655.unknown_1283924705.unknown_1283924795.unknown_1283924957.unknown_1283925048.unknown_1283925049.unknown_1283925161.unknown_1283926177.unknown_1283926652.unknown_1288436491.unknown_1288780623.unknown_1318221767.unknown_1318222021.unknown_1320579395.unknown_1320579416.unknown