化工传递过程 试题与解答 一

11．粘性是指流体受到剪切作用时抵抗变形的能力，其原因是（b）。a组成流体的质点实质是离散的b流体分子间存在吸引力c流体质点存在漩涡与脉动2．连续方程矢量式中哈密顿算符“kzjyix”的物理意义可以理解为计算质量通量的（c）。a梯度b旋度c散度3．描述流体运功的随体导数中局部导数项表示出了流场的（b）性。a不可压缩b不确定c不均匀4．分析流体微元运动时，在直角坐标x-y平面中，微元围绕z轴的旋转角速度z正比于特征量（a）。ayuxuxybyuxuxycxuyuxy5．流体爬流流过球形固体时，流动阻力中形体阻力与表面阻力之比应为（c）。a1:1b1:2c2:16．推导雷诺方程时，i方向的法向湍流附加应力应表示为（b）。airiiub2uriicjiriiuu7．固体内发生非稳态导时，若固体内部存在明显温度梯度，则可断定传热毕渥准数Bi的数值（a）0.1。a大于等于b等于c小于等于8．依据普兰特混合长理论，湍流传热时，涡流热扩散系数h可表示为（c）。adydulhb2dydulhcdydulh29．流体流入溶解扩散管后形成稳定的湍流边界层，溶质溶解扩散进入流体，2则沿管长方向对流传质系数的变化规律应是（b）。a始终不变b先下降，后上升，最终趋于稳定c先上升，后下降，最终趋于稳定10．利用雷诺类似求解湍流传质问题的前提是假定（c）。a1Scb1Scc1Sc二．判断，在每题后括号内以“正”“误”标记。（每空2分）例：Re数小于2000的管内流动是层流（正）1．若将流体处理为连续介质，从时间尺度上应该是微观充分小，宏观充分大。（误）2．n-s方程不仅适用于牛顿型流体，也适用于非牛顿型流体的流动。（误）3．流体流动中若满足势函数条件，涡旋运动分量必定为零。（正）4．若流动满足欧拉方程，则质点所受表面粘滞力的作用可以不计。（正）5．依据普兰特混合长理论，越是趋向靠近固体壁面的区域，混合长的数值越大。（误）6.()7．采用数值法求解一维非稳态导热问题时，若取ck，22x而得到某边界节点温度方程为1'nntt，则该边界必为绝热边界。（正）8．利用边界层热流方程求解层流传热问题时，壁面上满足常数022yyt。（误）9．若定义彼克列(Peclet)准数描述流动对扩散的影响：ABDLuPe0，则彼克3列准数的物理意义可理解为分子扩散与对流扩散之比。（正）10．依据溶质渗透模型，传质系数ck应与分子扩散系数的1/2方成正比。（正）三．简述（每小题15分）1.如何从分子传递的角度理解三传之间存在的共性。答：从分子传递的角度出发，动量、热量、质量传递可分别以牛顿粘性定律，傅立叶定律和费克定律表示，dyud、dytcdAqp、dydDJAABA，其物理意义分别为（动量、能量、质量）在（速度、温度、浓度）梯度的作用下从（高速、高温、高浓）区向（低速、低温、低浓）区转移，转移量与浓度梯度成正比。在数学上其可统一采用现象方程表示为：物理量的通量=（-扩散系数）×（物理量的浓度梯度）2．简述气液相间传质双膜模型，该模型在使用中的缺陷何在？答：怀特曼(Whitman)1923年提出。在气液接触传质时，气液相间存在稳定的界面，界面两侧分别有一层稳定、停滞的气液膜。气液在界面上达到平衡，在膜内为分子扩散，传质系数正比于分子扩散系数，传质阻力集中于膜内，该模型强调气液相间存在稳定界面和稳定的当量膜，对湍动程度较高的流动接触情况，界面随机变化不断更新，与该模型的假设相差较大，导致该模型在使用中出现缺陷，解决的方法是对模型进行改进，如表面更新和溶质渗透理论等。四．计算（每小题25分）41．已知柱坐标下的N-S方程、连续方程分别为：N-S方程：r分量zuuruururuuurzrrr'r2222222211zuururrurrrrprrrrθ分量zuuruuururuuuzrr'2222222111zuururrurrrprrz分量zuuururuuuzzzzr'z22222111zuurrurrrzpzzzz连续方程：011zruzurrurr'式中表示时间。试对图示水平圆形套管环隙内不可压缩流体稳态层流进行求解，给出环隙内速度分布方程以及最大速度所对应半径rmax的表达式。解：取流动为z方向，对不可压缩流体有常数，稳态流动，对任意物理量A有0'A，考虑重力的水平分量为零，并忽略圆管内重力影响有0zr套管环隙内稳态层流有，0ru，0u，，rur0，u0连续方程化简为0zuz，考虑到流动对称，022zu，代入N-S方程得到：r2r1rmax5z方向n-s方程rzurrrzp11r及θ方向0prp将Z方向方程变形rurrurururrzpzzzz1112222因压力p仅为z的函数，速度u仅为r的函数，必有constrdudrrdudzdpdzz1122或rdrdzdpdrdurdz1直管稳态流动，dzdp为常数，去掉下标，对上式积分得：crdzdpdrdur212maxrr时，drdu0代入上式确定积分常数得212maxrdzdpc，原式变形为：2221maxrrdzdpdrdur，分离变量，按对应积分限积分：drrrrdzdpudurrmaxu122021或drrrrdzdpudurrmaxu222021得到12212221rrlnrrrdzdpumax或22222221rrlnrrrdzdpumax将两式联立得到1221222rrlnrrmaxr2．在摄氏℃20时纯水以0.1m/s的流速流过沿流动方向长度为1m的可溶性固体有机平板，若有机物在水中的分子扩散系数为sm1025126.，试计算(1)距离平板前缘0.3m处的浓度边界层厚度c；（2）若此时有机板的平衡溶解度为34mkmol103,不计平板宽度方向边际效应,计算有机板溶掉0.1mm厚6度所需要的时间。已知平板进口段临界雷诺数可取为5105，边界层的求解结果为：层流湍流x21644xRe.513760xRe.mSh31216460ScRe.L5403650LmRe.Shc214303119760xxSc.℃20时水的密度、粘度分别为：3kg/m1000、sPa10013.；有机板的密度：3kg/m1200；摩尔质量：kg/kmol128M。解：据已知，对整个平板5301011011000101.xuRex边界层属于层流在距离平板前缘0.3m处43010310110001030..xuRex8010251100010163..DDScABABm10048300003064464432121...Rex.x传质从平板前缘开始，00x，浓度边界层厚度c为：m10458100488097601976033312143031....xxSc.c对整个平板，按层流计算式：61898010164606460312153121...ScRe.ShLmm/s103721102516189460...LDShkABmcm7水中的有机物含量为零，溶解后浓度很低，1Bmy，有机物的扩散系数很小，扩散微弱，0ysu，所以cmcmkk0，有：440103103720.ckcckNAscmAAscmAskmol/m1011728.有机板厚度z减薄0.1mm后，若平板面积为A，根据物料衡算：板AzMANAAhr663103211281011712001010483.s...MNzA萘萘