化工傳遞過程 試題與解答 一

1、粘性是指流體受到剪切作用時(shí)抵抗變形的能力，其原因是（b ）。a組成流體的質(zhì)點(diǎn)實(shí)質(zhì)是離散的b流體分子間存在吸引力c流體質(zhì)點(diǎn)存在漩渦與脈動(dòng)連續(xù)方程矢量式中哈密頓算符“k ”的物理意義可以理解IIdx dy dz為計(jì)算質(zhì)量通量的（C ）。a梯度b旋度c散度3.描述流體運(yùn)功的隨體導(dǎo)數(shù)中局部導(dǎo)數(shù)項(xiàng)60b不確定表示出了流場(chǎng)的（b ）性。a不可壓縮c不均勻4.分析流體微元運(yùn)動(dòng)時(shí)，在直角坐標(biāo)x-y平面中微元圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)角速度正比于特征量（aa 紜也b 也+地dx dydx dy流體爬流流過球形固體時(shí)，流動(dòng)阻力中形體阻力與表面阻力之比應(yīng)為5.）。c 四匹 yxdydx(c )。a 1:1b 2:1c 1:2推

2、導(dǎo)雷諾方程時(shí)，i方向的法向湍流附加應(yīng)力應(yīng)表示為（b ）。a T r =p Ub T r _p u，2C （ r _p /iiiiiIiii j固體內(nèi)發(fā)生非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)時(shí)，若固體內(nèi)部存在明顯溫度梯度，則可斷定傳熱 畢渥準(zhǔn)數(shù)Bi的數(shù)值（a ）0.1。a大于等于b等于c小于等于依據(jù)普蘭特混合長理論，湍流傳熱時(shí)，渦流熱擴(kuò)散系數(shù)口可表示為（c ）。a ha .dub/duYc s dua ah=ldyQ ah=氐Jc ah=12dy流體流入溶解擴(kuò)散管后形成穩(wěn)定的湍流邊界層，溶質(zhì)溶解擴(kuò)散進(jìn)入流體， 則沿管長方向?qū)α鱾髻|(zhì)系數(shù)的變化規(guī)律應(yīng)是（b ）。a始終不變b先下降，后上升，最終趨于穩(wěn)定c先上升，后下降，最終趨于

3、穩(wěn)定利用雷諾類似求解湍流傳質(zhì)問題的前提是假定（c ）。a Sc 1b Sc 1c Sc = 1判斷，在每題后括號(hào)內(nèi)以“正”“誤”標(biāo)記。（每空2分）例：Re數(shù)小于2000的管內(nèi)流動(dòng)是層流（正）若將流體處理為連續(xù)介質(zhì)，從時(shí)間尺度上應(yīng)該是微觀充分小，宏觀充分 大。（誤）n-s方程不僅適用于牛頓型流體，也適用于非牛頓型流體的流動(dòng)。（誤）流體流動(dòng)中若滿足勢(shì)函數(shù)條件，渦旋運(yùn)動(dòng)分量必定為零。（正）若流動(dòng)滿足歐拉方程，則質(zhì)點(diǎn)所受表面粘滯力的作用可以不計(jì)。（正）依據(jù)普蘭特混合長理論，越是趨向靠近固體壁面的區(qū)域，混合長的數(shù)值 越大。（誤）（）采用數(shù)值法求解一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題時(shí)，若取 1，蟲2 = 2而得到某p c

4、 aA0邊界節(jié)點(diǎn)溫度方程為廣=,，則該邊界必為絕熱邊界。（正） n n-1利用邊界層熱流方程求解層流傳熱問題時(shí)，壁面上滿足 嘉=常數(shù)。（誤）若定義彼克列（Peclet）準(zhǔn)數(shù)描述流動(dòng)對(duì)擴(kuò)散的影響：Pe =住，則彼克D列準(zhǔn)數(shù)的物理意義可理解為分子擴(kuò)散與對(duì)流擴(kuò)散之比。（正）依據(jù)溶質(zhì)滲透模型，傳質(zhì)系數(shù)kc應(yīng)與分子擴(kuò)散系數(shù)的1/2方成正比。（正）簡(jiǎn)述（每小題15分）1.如何從分子傳遞的角度理解三傳之間存在的共性。答：從分子傳遞的角度出發(fā)，動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞可分別以牛頓粘性定 律，傅立葉定律和費(fèi)克定律表示，T=_v癡）、q =地h）、j =_D些a，dy A dy A A dy其物理意義分別為（動(dòng)量、能

5、量、質(zhì)量）在（速度、溫度、濃度）梯度的 作用下從（高速、高溫、高濃）區(qū)向（低速、低溫、低濃）區(qū)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移 量與濃度梯度成正比。在數(shù)學(xué)上其可統(tǒng)一采用現(xiàn)象方程表示為：物理量的通量二（-擴(kuò)散系數(shù)）X（物理量的濃度梯度）2.簡(jiǎn)述氣液相間傳質(zhì)雙膜模型，該模型在使用中的缺陷何在?答：懷特曼（Whitman） 1923年提出。在氣液接觸傳質(zhì)時(shí)，氣液相間存在穩(wěn) 定的界面，界面兩側(cè)分別有一層穩(wěn)定、停滯的氣液膜。氣液在界面上達(dá)到 平衡，在膜內(nèi)為分子擴(kuò)散，傳質(zhì)系數(shù)正比于分子擴(kuò)散系數(shù)，傳質(zhì)阻力集中 于膜內(nèi)，該模型強(qiáng)調(diào)氣液相間存在穩(wěn)定界面和穩(wěn)定的當(dāng)量膜，對(duì)湍動(dòng)程度 較高的流動(dòng)接觸情況，界面隨機(jī)變化不斷更新，與該模型的假

6、設(shè)相差較大， 導(dǎo)致該模型在使用中出現(xiàn)缺陷，解決的方法是對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)，如表面更 新和溶質(zhì)滲透理論等。計(jì)算（每小題25分）1.已知柱坐標(biāo)下的N-S方程、連續(xù)方程分別為:N-S方程：。分量z分量8 u8 u u 8 u u 28u+ u + 0 + u s80，r 8 r r 80rz 8 z1 8 p 8=X +u1W)r p 8 r 8 rr 8 r r8u8u u 8u u u8ur分量r+ u 80,+rr 80 2+一 r 0 + u 08 r r 80r z 8 z2 8 2 u2 8 u8 2 u+戶 r 2 80 8 z 22 8 u8 2u+I1 8 2u00r 2 80 2 r

7、 2 80 8 z 28 uz + U80，8 u * % 8 u * 8 u8 r r 80 z 8 z1 _8_r 8 r1 8 2u8 2u+T +r2 80 2n +1 A(pru)+ 1(pu )+Kpu)=0 80， r 8rr r 80 0 8z z式中0，表示時(shí)間。連續(xù)方程：空試對(duì)圖示水平圓形套管環(huán)隙內(nèi)不可壓縮流體穩(wěn)態(tài)層流進(jìn)行求解，給出環(huán)隙內(nèi)速度分布方程以及最大速度所對(duì)應(yīng)半徑rmax的表達(dá)80，套管環(huán)隙內(nèi)穩(wěn)態(tài)層流有，,=0也=0，考慮到流動(dòng)對(duì)稱，竺 = 08z80 2式。解:取流動(dòng)為z方向，對(duì)不可壓縮流體有p=常數(shù)，穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，對(duì)任意物理量A有竺=0，考慮重力的水平分量為零，并忽

8、略圓管內(nèi)重力影響有X =x0 = x =0 u0 = 0，岑=0，備=0,連續(xù)方程化簡(jiǎn)為 代入N-S方程得到：z方向n-s方程=vr及。方向四=P = 0a r 50將Z方向方程變形a 2u a u a 2u 1 a ua r 2 a r a r 2 r a r因壓力p僅為z的函數(shù)，速度u僅為r的函數(shù)，必有1 迎二% +1 虬=const 或 dfrz = 1 玄rdr r d z d r 2 r drI dr J r dz直管穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，也為常數(shù)，去掉下標(biāo)，對(duì)上式積分得: dzdu 1 dp r 2r=+ cdr r dz 2r = r時(shí)du/ = 0 ,代入上式確定積分常數(shù)得c 1塵M，原式

9、變形為: max drr dz 2r生=空(r2 - r2 )，分離變量，按對(duì)應(yīng)積分限積分：dr 2r dz maxj uudu =!空 jfV02r dz r1r /或/“du = _!空 j r f rax 02r dz r2r /dr得到u = -1空2r dz(f - r 2 lnr)2 max rl 匕r1 J1 dpu =2r dzf r2 - r2r、j - r 2 ln maxr2 J將兩式聯(lián)立得到rr 2_2_max2 In2.在攝氏20c時(shí)純水以0.1m/s的流速流過沿流動(dòng)方向長度為1m的可溶性 固體有機(jī)平板，若有機(jī)物在水中的分子擴(kuò)散系數(shù)為1.25x 10-6m2/s，試計(jì)

10、算(1) 距離平板前緣0.3m處的濃度邊界層厚度5 ； (2)若此時(shí)有機(jī)板的平衡溶解 度為3x 10-4km)l,m3，不計(jì)平板寬度方向邊際效應(yīng)，計(jì)算有機(jī)板溶掉0.1mm厚度所需要的時(shí)間。已知平板進(jìn)口段臨界雷諾數(shù)可取為5x 105，邊界層的求解結(jié)果為:層流湍流8 / x114.64 Re -20.376 Re - 5xxShm1140.646Re 2 Sc3Sh = 0.0365Re 58n11（ x）3 2-8c0.976Sc-3 1 - -0 4I x ）20C 時(shí)水的密度、粘度分別為： P = 1000 kg/m3、r = 1.0 x 10一3 Pa - s ； 有機(jī)板的密度： P= 1

11、200 kg/m3 ； 摩爾質(zhì)量：M = 128 kg/kmol。解:據(jù)已知，對(duì)整個(gè)平板Re =墅=1x0.1x 1000 = 1x 105邊界層屬于層流x R1X10-3在距離平板前緣0.3m處 Re =罪=0.3片1000 = 3X1041 X 10 -3Sc =DpD1000 x 1.25 x 10-6ABAB=0.88 = 4.64xRe-12 = 4.64x 0.3 x（30000）-12 = 8.04x10-3 m x傳質(zhì)從平板前緣開始，幻=0，濃度邊界層厚度8為:18 = 0.9765c - 3c1=0.976x0.8-3 x8.04x 10-3 = 8.45x 10-3m對(duì)整個(gè)平板，按層流計(jì)算式:ML646 釁 SC 3 = 646 I x 105 x 083 = 1896k 0cm勺=189.6x 125 x 10-6 = 2.37 x 10-4 m/sL1水中的有機(jī)物含量為零，溶解后濃度很低，y聶，有機(jī)物的擴(kuò)散系數(shù)很小, Bm擴(kuò)散微弱，U “，所以如，有：yScm cmN - k (c - c )= k (c