冶金傳輸原理

本文格式為Word版，下載可任意編輯——冶金傳輸原理第9、10章質量傳輸基本概念

題1、由O2(組分A)和CO2（組分B）構成的二元系統(tǒng)中發(fā)生一維穩(wěn)態(tài)擴散。已知

cA?0.0207kmol/m3,cB?0.0622kmol/m3,uA?0.0017m/s,uB?0.0003m/s,試計

算：（1）u,um;(2)NA,NB,N;(3)nA,nB,n。

解：（1）

?A?cAMA?0.0207?32?0.6624kg/m3?B?cBMB?0.0622??44?2.737kg/m3???A??B?0.662?2.737?3.399kg/m則

3

c?cA?cB?0.0207?0.0622?0.0829kmol/m3u?1?(?AuA??BuB)?1(0.662?0.0017?2.737?0.0003)?5.727?10?4m/s3.399um?11(cAuA?cBuB)?(0.0207?0.0017?0.0622?0.0003)?6.496?10?4m/sc0.0829（2）NA?cAuA?0.0207?0.0017?3.519?10?5kmol/(m2?s)

NB?cBuB?0.0622?0.0003?1.866?10?5kmol/(m2?s)

則N?NA?NB?3.519?10?5?1.866?10?5?5.385?10?5kmol/(m2?s)

?32（3）nA??AuA?0.662?0.0017?1.125?10kg/(m?s)nB??BuB?2.737?0.0003?8.211?10kg/(m?s)則n?nA?nB?1.946?10kg/(m?s)

題2、在101.3Kpa,52K條件下，某混合氣體各組分的摩爾分數(shù)分別為：CO2為0.080；

O2為0.035；H2O為0.160；N2為0.725。各組分在z方向的絕對速度分別為：2.44m/s;3.66m/s;5.49m/s;3.96m/s。試計算：

（1）混合氣體的質量平均速度u;(2)混合氣體的摩爾平均速度um;(3)組分CO2的質量通量jCO2;（4）組分CO2的摩爾通量JCO2。

解：已知

?32?42xCO2?0.08xO2?0.035xHO2?0.16xN2?0.725vCO2?2.44m/svCO2?3.66m/svCO2?5.49m/svCO2?3.96m/sMCO2?44MCO2?32MCO2?18MCO2?28

wCO2??xCO2MCO2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN20.08?44

0.08?44?0.035?32?0.16?18?0.725?283.523.52???0.12653.52?1.12?2.88?20.327.82wO2?xO2MO2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN2xHO2MHO2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN2xN2MN2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN2?1.12?0.040327.822.88?0.103527.82wHO2?wN2???20.3?0.729227.82

（1）

v?wCO2vCO2?wO2vO2?wHO2vHO2?wN2vN2?0.1265?2.44?0.0403?3.66?0.1035?5.49?0.7297?3.96?3.914vm?xCO2vCO2?xO2vO2?xHO2vHO2?xN2vN2?0.08?2.44?0.035?3.66?0.160?5.49?0.725?3.96?4.0727pCO2RT2（2）

（3）cCO2?

?101300?0.08?18.745mol/m3

8.314?522?CO?cCOMCO?18.745?44?824.78g/m3

2jCO2??CO(vCO?v)?824.78?(2.44?3.914)??1215.73g22m2?s

)??30.60mol（4）JCO2?cCO2(vCO2?vm)?18.745?(2.44?4.0727m2?s

5

題3、求1.013×10Pa氣壓下，298K的空氣與飽和水和水蒸氣的混合物中的水蒸氣濃

5

度。已知該溫度下飽和水蒸氣壓強pA=0.03168×10Pa,水的相對分子質量MA=18，空氣相對分子質量MB=28.9.

解：空氣的分壓

pB?p?pA?1.01325?105?0.03168?105?0.9816?105Pa

水蒸氣濃度

（1）摩爾分數(shù)

pA0.03168?105xA???0.0313

p1.01325?105（2）質量分數(shù)

wA?xAwAxAwA0.0313?18??xAwA?xBwBxAwA?(1?xA)wB0.0313?18?(1?0.0313)?28.9

0.0197（3）物質的量濃度

pA0.03168?105cA???1.28mol/m3

RT8.314?298（4）質量濃度

?A?cAMA?1.28?18?23g/m3

題4、半導體擴散工藝中，包圍硅片的氣體中含有大量的雜質原子，雜質不斷地通過硅片表面向內部擴散，在以下兩種狀況下試確定該硅片的邊界條件。

（1）半導體的擴散工藝是恒定表面濃度擴散，即硅片表面的雜質濃度保持一定；（2）半導體的擴散工藝是限定源擴散，沒有外來的雜質通過硅片表面進入硅片。解：（1）由于半導體的擴散工藝是恒定表面濃度擴散，硅片的邊界就是它的表面z=0和z=l,可以看成一維問題，邊界上雜質的濃度保持為常數(shù)c0,此時邊界條件可寫為

c(z?0,?)?c0,c(z?l,?