冶金傳輸原理吳鏗編質(zhì)量傳輸習(xí)題參考題答案

1、 第十六章習(xí)題參考答案（僅限參考）1. 解：（1）（2）（3）2. 解：3. 解：CH4的擴(kuò)散體積24.42，H2的擴(kuò)散體積7.074. 解：（1）（2）（3）（4）5. 解：（1）21%（2）21%（3）（4）（5）（6）（7）（8）29.6g/mol（9）6. 證明：得證。7. 證明：根據(jù)第6題的結(jié)果，微分。過程略。第十七章習(xí)題參考答案（僅限參考）17-1由控制體流出的組分A的凈質(zhì)量流率+控制體組分A質(zhì)量積累的凈質(zhì)量流率-控制體組分A通過反應(yīng)生成的凈質(zhì)量流率=0組分A沿Y軸方向從左側(cè)流入微元體，從右側(cè)流出，它們的質(zhì)量流率分別為：所以組分A沿y軸方向流出與流入微元體的質(zhì)量流率差為：于是，可以

2、得出：組分A在微元體積蓄的質(zhì)量流率：控制體組分A的化學(xué)反應(yīng)生成速率為，化學(xué)反應(yīng)對控制體A的質(zhì)量速率為：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，得到質(zhì)量傳輸平衡方程：有費(fèi)克第一定律得：；對于不可壓縮流體：根據(jù)隨體導(dǎo)數(shù)定義：若傳質(zhì)時，介質(zhì)為靜止流體或固體，并且控制體無化學(xué)反應(yīng)，則可得到：上式則為組分A在靜止組分B中無化學(xué)反應(yīng)的三維非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程17-2通常在擴(kuò)散空間中沒有反應(yīng)，故。因此，表面反應(yīng)為硅薄層通過沉積到硅表面.擴(kuò)散區(qū)域的氣體與外界不相混，由此可知分子擴(kuò)散占主要地位。流入氣體的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過反應(yīng)消耗的量，因此可將擴(kuò)散區(qū)域的濃度視為常數(shù)。流密度的方向在空間沿單一的方向。硅薄片的厚度與方向上擴(kuò)散途徑的長度幾乎無關(guān)，即實(shí)

3、質(zhì)上為常數(shù)。擴(kuò)散區(qū)域的傳質(zhì)過程為穩(wěn)態(tài)過程。流密度（A組分）在方向上呈線性，氣體混合物中有三種組分?？紤]相對于固定坐標(biāo)空間的質(zhì)量和摩爾流密度式可得：式中，是在氫氣（B組分）、惰性氣體（C組分）的混合氣體中的擴(kuò)散系數(shù)，為體系的總摩爾量。氣體反應(yīng)物流密度與氣體生成物流密度方向相反。硅薄層表面上的化學(xué)反應(yīng)計量數(shù)提供了與各擴(kuò)散組分之間的關(guān)系為：由于無傳質(zhì)沉淀。將前面的帶入到可以得到：或第十八章習(xí)題參考答案18-1 解：18-2解：由公式16-6m2/s18-3解：此處由氣體通過固體平板計算：代入數(shù)據(jù)可得18-4解：在滲碳兩小時后，wAS=1.3%，wA0=0.2%代入數(shù)據(jù)查表可得z=0.1mm和0.2m

4、m處碳的濃度分別為1.058%和0.882%。18-5解：首先由蒸發(fā)速率求出CCl4的摩爾通量：mol/(cm3·s)18-6解：代入數(shù)據(jù)查表可得z=0.005cm和0.01cm處碳的濃度分別為0.468%和0.342%。18-7解：擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)時，通過圓筒壁的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程為：上式積分得到： （1）通過圓筒的擴(kuò)散通量為： （2）將（1）式微分并代入（2）式，得：以滲透性表示：查表可得： 第十九章習(xí)題參考答案19-1有效邊界層實(shí)質(zhì)上是將邊界層中的湍流傳質(zhì)和分子擴(kuò)散等效的處理為厚度的邊界層中的分子擴(kuò)散。傳質(zhì)的表達(dá)式為：19-2平板層流邊界層的定常流動是一種非常重要的情況。根據(jù)伯努利方程

5、，對于平行于平板表面的流動，。于是待解方程為：其邊界條件為：時，；時，。布拉修斯首次引入流函數(shù)，以求解上述方程。能自動滿足而未連續(xù)性方程。通過把獨(dú)立變量、轉(zhuǎn)變成以與把非獨(dú)立變量從轉(zhuǎn)變?yōu)榈霓k法，可以將偏微分方程組簡化為一個常微分方程。和的表達(dá)式如下：由上述兩式可以求出中的有關(guān)各項，所得結(jié)果如下：將化簡后得到下面的方程：定解條件為：時，（初始條件）；時，（邊界條件）。19-4與層流和湍流邊界層理論界合適的關(guān)聯(lián)式有：（層流），（湍流），距邊緣的層流問題的如下：如果考慮平板前段有長度為的層流邊界層，則長度上的綜合平均傳質(zhì)系數(shù)為：將傳質(zhì)系數(shù)整理成準(zhǔn)數(shù)形式，即：19-5（1）計算離前端0.5米處流動是否屬

6、于湍流邊界層。屬于湍流邊界層。這時：由可以推出：帶入數(shù)據(jù)得：（2）對流傳質(zhì)方程：在298、時：假定，則：第二十章習(xí)題參考答案20-1采用的白金漢法，可以確定三個特征數(shù)組合以DAB、和D為主變量，并得到三個參數(shù)組合式；對于1利用量綱形式寫出：因為上式兩邊基本量綱的指數(shù)應(yīng)當(dāng)相等，所以有L：0=2a-3b+c+1；t：0=-a-1；M：0=b求解這三個代數(shù)方程式，可得a= -1；b=0；c=1于是，可以得出1=kcL/DAB，它就是努塞爾數(shù)Nu或舍伍德數(shù)Sh。利用同樣的方法，還可以求出2和3的值為；即施密特數(shù)Sc。用2除以3可以得出圓管強(qiáng)制對流傳質(zhì)量綱分析的結(jié)果表明，特征數(shù)間的關(guān)系式為20-2對流擴(kuò)

7、散方程 1速度分布充分發(fā)展下，速度分布為 2將式2帶入式1 組分A在管壁處傳質(zhì)通量恒定，有由此，式2可寫成 3邊界條件如下（1）r=0時，（2）r=ri時，cA=cAs對式3積分兩次，帶入邊界條件可得 4此即為管壁傳質(zhì)通量恒定的濃度分布方程又有傳質(zhì)系數(shù) 5由式4對r求導(dǎo)并帶入r=ri，得 6主體濃度cAb定義 7式4帶入式7中，經(jīng)積分整理得 8將式6、式8帶入式5得，20-3單位液膜寬度的質(zhì)量流量Q=0.02kg/ms則液膜厚度=m液膜雷諾數(shù)<1000.11m/s第二十一章習(xí)題參考答案21-1 氧從鋼液表面向部的傳質(zhì)速率為有效邊界層厚度21-2 首先求出銅液中的濃度為：mol/L這里假設(shè)

8、銅液的密度為8.40g/cm3。計算出反應(yīng)的平衡常數(shù)：由可得：已知。m值的大小可做如下估計：如果界面上很小，0，0，則。如果界面上很大，設(shè)=0.9atm，則：mol/L不論氫在界面上壓力的高低，m值均遠(yuǎn)大于1，所以：21-3 假定煤顆粒燃燒過程限定為，氧的流動方向與粒子表面上所生成的CO的的流動方向相反有，所以： （1）表面反應(yīng)2C+O22CO表明，每有1mol氧到達(dá)煤粒的表面，就要消耗2mol碳，即：煤粒的消耗可用它的摩爾濃度和體積隨時間的變化表示： （2）將（1）式代入（2）式，得：將上式在=0時R=R初始；在=終時，R=R終這兩個極限條件下進(jìn)行積分，其結(jié)果為：式中，將各已知參數(shù)代入上式后

9、，可得：s21-4已知 ，所以表面更新率21-5 雷諾數(shù)，所以邊界層厚度cm，傳質(zhì)系數(shù)cm/s。21-6 石墨表面鋼液碳的飽和濃度碳在鋼液中的物質(zhì)流密度:解得傳質(zhì)系數(shù)kd=2.3×10-7m/s21-7 已知；當(dāng)溫度為30空氣的物性為：cp=1.013kJ/(kg·K)，r=2030kJ/kg。由公式可得，解得dw=0.45%21-8在固體表面上，組分A的濃度為cs，規(guī)定超過表面厚度為時，組分A的濃度總是為零。如果在薄膜幾乎沒有運(yùn)動流體存在，而且假設(shè)在薄膜組分A的濃度很小，那么薄膜的摩爾通量可做如下描述：對于一維穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)，其通用微分方程可簡化為由一級反應(yīng)可知組分A所消失的速

10、率為：式中，k1為化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)。聯(lián)立可得：當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)時，則：上式通解為：邊界條件為：當(dāng)x=0時，cA=cA0當(dāng)x=L時，cA=0應(yīng)用上述邊界條件求得積分結(jié)果即為：其中，第二十二章習(xí)題參考答案22-1題中給出的是摩爾濃度，式(19-2)可以寫成：，因此在293K、1.013×105Pa時 mol/m3假定CA=0 m/s動量傳輸與質(zhì)量傳輸類比當(dāng)Sc=1時，也就是=D時，得到平板對流換熱 即293K下，cp=1.005kJ，,帶入數(shù)據(jù)解得對流換熱系數(shù)22-2=30此溫度下水的物性參數(shù)為=995.7kg/m3 ; =0.618w/(m ); Pr=5.42; 。；v= 湍流0.225由于Pr不等于1，22-3空氣定性溫度查表空氣物理參數(shù)v=，Pr=0.699，=0.0275w/(m ) 湍流22-4Qa=2Qb，由于，所以流態(tài)不相似，若使相似，則有即，有=0.001881. 若不給自己設(shè)限，則人生中就沒有限制你發(fā)揮的藩籬。2. 若不是心寬似海，哪有人生風(fēng)平浪靜。在紛雜的塵世里，為自己留下一片純靜的心靈空間，不管是潮起潮落，也不管是陰晴圓缺，你都可以免去浮躁，義無反顧，勇往直前，輕松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些時間，總會看清一些事。用一些事情，總會看清一些人。有時候覺得自己像個神經(jīng)病。既糾結(jié)了自己