江蘇自考傳遞分離：傳遞部分復習題

1、化工傳遞過程根底復習題一、填空1、密度不隨空間位置和時間變化的流體，稱為不可壓縮流體。2、流體平衡微分方程推導過程中，任取一流體微元分析可知，作用在其上的外 力分為兩類，一類是作用在流體每一質點上的外力，稱為質量力；另一類是作 用在流體微元外表上的力，稱為外表力。3、由分子運動引起的動量傳遞，可采用 牛頓粘性定律 描述;由分子運動引起 的熱量傳遞為熱傳導的一種形式，可采用 傅立葉定律 描述;而分子運動引起的 質量傳遞稱為分子擴散，那么采用 費克定律描述。4、在湍流流體中，由于存在著大大小小的旋渦運動，所以除了分子傳遞外，還有 渦流傳遞 存在。5、不可壓流體的微分質量衡算方程為：工-y，z 0

2、x y z6、 歐拉 觀點以相對于坐標固定的流場內的任一空間點為研究對象,研究流 體流經(jīng)每一空間點的力學性質。7、以流體運動的質點或微團為著眼點，研究每個流體質點自始至終的運動過程 的觀點稱為拉格朗日觀點。8、一般地，隨體導數(shù)的物理意義是：流場中流體質點上的物理量隨時間和空間的變化率。因此，隨體導數(shù)亦稱為 質點導數(shù) 。9、密度對時間的隨體導數(shù)由兩局部組成：一為密度隨時間的局部導數(shù)；另一個為密度的對流導數(shù)。10、密度對時間的隨體導數(shù) D的物理意義為： 當流體質點在de時間內，由空 D間的一點x, y, z移動到另一點x+dx, y+dy, z+dz時，流體密度對時間的變 化率 。11、式1D-?

3、U的左邊表示 流體微元的體積膨脹率或形變速率；右側表D示速度向量的散度 。12、對于不可壓縮流體，其連續(xù)性方程可寫為：工工 0。x y z13、當流體流動時，法向應力由兩局部組成：其一是 流體的壓力 ，它使流體 微元承受壓縮，發(fā)生.體積形變：其二是由流體的 粘性作用弓I起的、它使流體 微元在法線方向上承受拉伸或壓縮發(fā)生 線性形變。.word.zl.214、牛頓阻力平方公式的數(shù)學表述為：Fd CdA 。215、對于平壁間的穩(wěn)態(tài)層流，主體流速Ub與最大流速 Umax之間的關系為：2 Ub - Umax 0 316、對于圓管中的軸向穩(wěn)態(tài)層流，管內主體流速Ub與最大流速Umax之間的關系為：1Ub 二

4、 Umax 0 217、對于大Re數(shù)的流動問題，粘滯力的作用遠 小于 慣性力。18、所謂勢流，是指理想流體的 無旋運動。19、邊界層學說是普蘭德于1904年提出的，其理論要點為：當實際流體沿固體壁面流動時，緊貼壁面的一層流體，由于粘性作用將粘附在壁面上而不“滑 脫，即在壁面上的流速為零；而由于流動的Re數(shù)很大，流體的流速將由壁面處的零值沿著與流動相垂直的方向迅速增大，并在很短的距離內趨于一定值。邊界層20、對于大雷諾數(shù)的流動問題，可將整個流動劃分為兩個性質截然不同的區(qū)域； 其一為緊貼物體壁面的非常薄的一層區(qū)域稱為邊界層；物二為邊界層之外的區(qū)域，稱為外部流動區(qū)。21、在與壁面相垂直的方向上，在層

5、流內層一湍流邊界層之間， 流體的流動既非 層流，又非完全的湍流，稱為緩沖層或過渡層 。22、當一粘性流體以均勻流速流進水平圓管過程中， 可將管內的流動分為兩個區(qū) 域：一是邊界層會合以前的區(qū)域，稱之為 進口段流動；另一是邊界層集合以后 的流動，稱為充分開展的流動 。23、為了定義邊界層厚度，通常人為規(guī)定：當流體的流速沿壁面的法向到達外部 流速的99%時的距離為邊界層厚度。24、管道進口段摩擦阻力大的原因有兩個： 一為進口附近速度梯度較大、此速度 梯度沿流體流動方向逐漸減小，面當流動充分開展時變?yōu)槌?shù)；二是由于流體流 動的連續(xù)性,使得邊界層外部的流體流速增大。25、產(chǎn)生邊界層別離的必要條件有兩個：

6、一是物面附近的流動區(qū)域中存在逆壓梯度：二是流體的粘性，二者缺一不可。26、邊界層別離 是產(chǎn)牛形體電力的豐要原因。27、飛機的機翼采用流線形是為了減小邊界層別離造成的流體能量的損失。28、質點的脈動 是湍流最根本的特點。29、湍流的特點：質點的脈動：流動阻力遠大于層流阻力：流速分布.word.zl.較層流均勻 。漩渦的形成30、流體由層流轉變?yōu)橥牧?，需具備如下兩個必要條件:漩渦的形成渦形成后脫離原來的流層或流束進入鄰近的流層或流束。31、漩渦的形成主要取決于如下因素：一是 流體的粘性；二是流層的流動。 除此之外，還有兩個原因促成漩渦的形成：一是 邊界層的別離；另一個原因是 當流體流過某些尖緣處時

7、，也促進漩渦的形成 。32、瞬時速度=時均速度+ 脈動速度 。33、湍流強度用I值來表征，I值越大湍流強度越 大。34、對連續(xù)性方程和運動方程進展時均值轉換意味著考察各個方程在9i時間內物理量的平均變化情況，從而獲得描述湍流流動時物理量的時均值所滿足的方程。此轉換過程稱為雷諾轉換,轉換后的方程稱為雷諾方程。35、管壁的粗糙度通?？捎?絕對粗糙度 和 相對粗糙度 表示。36、對于每一個相對粗糙度，都存在著一個對應的較小的雷諾數(shù)區(qū)域，在此區(qū)域 內，粗糙管的流動阻力與光滑管的一樣，即 f僅和雷諾數(shù)有關。37、當雷諾數(shù)超過某一數(shù)值后，f變成與Re數(shù)無關的某一常數(shù)，此時f僅與e/d 的大小有關，而且e/

8、d愈大，f也愈大。在此區(qū)域內，流動阻力與流速的平方成 正比，稱為阻力平方區(qū)。38、在水力光滑管內，f僅與Re有關，而與 粗糙度 無關。39、根據(jù)傳熱機理的不同，熱的傳遞有三種根本方式：熱傳導、對流傳熱和輻射傳熱。40、理想輻射體黑體向外發(fā)射能量的速率與物體熱力學溫度的四次方成正比。41、方程工2t稱為 傅立葉第二導熱 定律。d 2t42、對于無內熱源的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導，其熱傳導方程可表述為： 00dx43、不穩(wěn)態(tài)導熱過程中的傳熱速率取決于介質內部熱阻和外表熱阻。44、假設物體內部熱阻與外部熱阻相比擬，可忽略不計的一種分析方法稱為4總熱容法。45、畢渥數(shù)表示了物體內部的導熱熱阻與 外表對流熱阻 之

9、比。46、將一維分析解推廣到二維和三維導熱問題，此種處理問題的方法稱為牛曼Newman法那么 。47、對于無內熱源的、溫度僅沿徑向變化的無限長圓筒壁內一維穩(wěn)態(tài)導熱，其熱.word.zl.傳導方程可用柱坐標的形式表述為：q(rdb 00dr dr48、流體在管內作湍流流動時的雷諾類似律的表達式為：St f。249、卡門認為，湍流邊界層由湍流主體、緩沖層和層流內層組成，此即所謂的三 層模型。50、柯爾本類似律的表達式為：jH - o251、描述傳熱的無因次數(shù)Nu, Pr,分別對應于傳質中的無因次數(shù)是 Sh舍伍德 數(shù)Sc施密特數(shù)。52、分子傳質是由于分子的 無規(guī)那么熱運動 而產(chǎn)生的物質傳遞現(xiàn)象。53

10、、對流傳質的速率不僅與質量傳遞的特性因素如擴散系數(shù)有關，而且與動量傳遞的動力學因素如流速等密切相關。54、多孔固體中的擴散問題可分為費克型分子擴散、紐特遜擴散、過渡區(qū)擴散。55、對流傳質模型中最具代表性的是 雙膜模型、溶質滲透模型 和外表更新模 型。二、簡答題1、試寫出溫度t對時間8的全導數(shù)和隨體導數(shù)，并說明溫度對時間的偏導數(shù)、全導數(shù)和隨體導數(shù)的物理意義。dtt t dxt dy t dz TOC o 1-5 h z dx dy dz d答：溫度t對時間8的全導數(shù)：表示觀察者在運動狀態(tài)時觀察到的溫度與時間、位置之間的關系；溫度t對時間8的隨體導數(shù)：Dtt tttUx Uy 一 Uz 一Dxyz

11、表示流場中流體質點上的溫度隨時間和空間的變化率；t溫度t對時間9的偏導數(shù)：表示觀察者位于某固定位置所觀察到的溫度隨.word.zl.時間的變化率。2、同一流體通過一樣的流道時，湍流流動的阻力系數(shù)比層流的小，為何阻力反 而比層流的大，試以流體沿平板流動為例加以說明。2F CdA答：根據(jù)阻力表達式：2 ,雖然阻力系數(shù)比層流的小，但總阻力遂速度成平方關系，湍流速度顯然要比層流大的多，所以湍流阻力大。3、在什么情況下，可視導熱過程為忽略外表熱阻的不穩(wěn)態(tài)導熱。答：在不穩(wěn)態(tài)導熱過程中物體外表熱阻比內熱阻小許多的情況下，可視為可忽略外表熱阻的不穩(wěn)態(tài)導熱。4、寫出畢渥準數(shù)的定義和物理意義，并說明為何 Bi0.

12、1可按集總熱容法處理。.h V 物體導熱熱阻Bi ,.,-答：畢渥準數(shù)k A 對加傳熱熱阻，即表示物體內部的導熱熱阻與對流熱阻之比；Bi 0.1 ,說明物體內的導熱熱阻較小，所以可按集總熱容法處理。5、有效直徑和質量都一樣的流線型物體和圓球，在粘性很大的流體中緩慢地下落，試討論哪個物體先落地，您的根據(jù)是什么？答：圓球先落地，物體所受的阻力由2局部組成，即形體阻力和外表阻力；在低 速流動中以外表摩擦阻力為主，圓球外表積小于同直徑的其他物體所以圓球先 落地。6、在傳質理論中分別表達了哪3個相間傳質模型？在這三個模型中流體傳質系 數(shù)分別于擴散系數(shù)成什么關系？答：在傳質理論中分別表達了雙膜模型，溶質滲

13、透模型和外表更新模型。雙膜模型：對流傳質系數(shù)與擴散系數(shù)成一次方關系； 溶質滲透模型和外表更 新模型：對流傳質系數(shù)與擴散系數(shù)平方根成正比關系。7、流體流動由層流轉變?yōu)橥牧餍杈邆淠膸讉€條件？答：流體流動由層流轉變?yōu)橥牧餍杈邆淙缦聝蓚€必要條件：1漩渦的形成；2漩渦形成后應能脫離原來的流層或流進相鄰的流層。8、湍流與層流有何不同？湍流的主要特點是什么？試討論由層流轉變?yōu)橥牧鞯?過程。答：湍流與層流主要區(qū)別有：它們的速度分布不同，從而雷諾數(shù)不同；層流無微 團作徑向運動，即無脈動現(xiàn)象，而湍流有脈動現(xiàn)象發(fā)生；湍流流動時的阻力損失 與管內的相對粗糙度有關，而層流與相對粗糙度無關。湍流的主要特征是有速度 的脈動

14、現(xiàn)象發(fā)生。由于流體具有粘性并且隨流動速度的增加引起流動的波動，產(chǎn)生漩渦；漩渦形成后脫離原來的流層或流束進入鄰近的流層或流束，形成更多漩渦，進一步加劇.word.zl.湍動，即到達完全湍流。9、何為圓管湍流傳熱的一層模型，兩層和三層模型，各模型分別用哪一個類比 關系式表達？答：圓管湍流傳熱的一層模型即是說雷諾類似律； 其意思是管內流動可以認為湍流中心一直延伸至壁面。具類比表達式:StNuRe Pr流中心一直延伸至壁面。具類比表達式:StNuRe PrhfUbCp2圓管湍流傳熱的二層模型即是說普蘭德-泰勒類似律；其意思是湍流邊界層由湍 流主體和層流內層組成。其類比表達式St Nu hf 2Re P

15、rUbCp 1 5 f 2 Pr 1圓管湍流傳熱的三層模型即是說馮卡門類似律；其意思是湍流邊界層由湍流主 體、緩沖層和層流內層組成。其類比表達式：c Nu St Re PrUbCp 15 c Nu St Re PrUbCp 15 m1 5Prf 2 Pr 1 In -6二、計算題1、20c的空氣以10m/s的流速流過平板，壓力為101.325kPa。試求：(1)離平板前緣0.3m處的邊界層厚度；(2)板寬以1m計，從平板前緣開場到0.3m處總的曳力；(3) 在x=0.3m、y= 12處的流速。：101.325kPa、20 c 下空氣的物性：p =1.205kg/m 3,肝1.81 X10-5P

16、a s解：首先計算雷諾數(shù)，以判斷流動類型。Xu。0.3 10 1.2055 已注Rex 7 1.997 10 層流1.81 10 5(1)求邊界層厚度4.64xRex 1/2 4.64 0.3 (1.997 105) 1/2 3.12 10 3m(2)總的曳力曳力系數(shù) CD 1.292ReX 1/2 1.292 (1.997 105) 1/2 2.896 10322曳力 Fd CDbL 2.896 10 3 1.205 10(0.3 1) 0.0523 N22(3) x=0.3m、y= 6/2 處的流速.word.zl.3 y 1 y 33 111Ux %山 六) 10(2 5 2 8)6.8

17、75 m/s2、有一薄平板浮于水面上，平板長 1m,寬0.49m,今以0.2m/s速度牽引平板 沿長度方向和狂度方向，在水平面上移動，試求兩種運動方向時的阻力比，即 F 長/F寬=?:水的運動粘度1 106m2/s；臨界雷諾數(shù)：Rexc 5 105平均阻力系數(shù)：Cd ARe1/2(層流)；Cd BRe 1/5(湍流)解：當沿長度方向運動時，有： TOC o 1-5 h z Lu Lu 1 0.25Re 2 2 10 Rex1 106x流體屬于層流。當沿寬度方向運動時，同樣可有：Lu Lu 0.49 0.24Re 7 9.8 10Rex1 106x同樣屬于層流流動。故均可使用層流條件下的阻力計算

18、公式:2F長CF長Cd長F寬Cd寬22U bL2F長/F寬=1 。4、將直徑為0.5mm的球形熱電偶接點置于300c的流體中測溫。接點的導熱系數(shù)為74W/(m 衰密度為8600kg/m3 ,接點的初始溫度為20 C。試求將熱電偶分別置于自然對流環(huán)境h=20W/( m2 )和強制對流環(huán)境 h=200W/( m 2 四中測定溫度到達99.99懈體溫度所經(jīng)歷的時間各為多少？ 解：1自然對流環(huán)境Bi也 kA20 674(0.5 Bi也 kA20 674(0.5 10 3)3(0.5 10 3)2320 0.5 1052.25 106 74Bi0.1,可用集總熱容法。.word.zl.in處 to tb

19、VcVc*tin處 to tbVcVc*to tbVctb toin inhA t tb hA tb t2強制對流環(huán)境8600 s 5 10 3)3 397300 203in20(0.5 10 3)1 2300 300 0.9999130 shV 200 s 05 10 3)3Bl kA 74(0.5 10 3)2Bi0.1,可用集總熱容法。200 0.5 10 36 742.2510 4inJhAt0 tbVc竺in hA t tb竺竺in hA t tb竺in - hA tb t3 38600 (0.5 10 )39763 2200(0.5 10 )in300 20300 300 0.999913 s可見，將熱電偶置于傳熱系數(shù)較大的強制對流環(huán)境中，反響要靈敏得多4、101.325kPa、20 c的空氣流經(jīng)長 0.9m的無限寬平板，空氣的主體流速為 3.0m/s,平板外表維持60c不變。試求：1x=0.3m , ux=2.25 m/s 處的 y 值；2x=0.3m , Ux=2.25 m/s 處空氣 的溫度；3每米寬