习题答案第二章

第二章部分习题答案2-7．氢气和空气在总压力为，温度为25℃的条件下做等摩尔扩散,已知扩散率为Pa5100132.1×sm24106.0−×，在垂直于扩散方向距离为10mm的两个平面上氢气分压力为16000Pa和5300Pa.试计算此两种气体的摩尔扩散通量.解：2,12,224320.610160053008.314(27325)10100.0259(.)HHHPPDNRTYmolms−−−==×−=××+×=∵与空气作等摩尔互扩散()smmol⋅2∴N空气=-N氢气＝－0.02592-9．压力为,温度为20℃的空气在内径为50mm的湿壁管中流动，流速为3m/s液面往空气的扩散率Pa5100132.1×smD2401022.0−×=，试分别用式和式计算表面传质系数并比较之。44.083.0Re023.0ScSh=33.075.0Re0395.0ScSh=smv2510506.1−×=解：空气在20℃时的996010506.105.03Re5=××==−υud685.01022.010506.1450=××==−−DScυ55.40685.09960023.0Re023.044.083.044.083.0=××==ScShhmdDShhm23.6436005.01022.055.4040=×××=⋅=−72.34685.099600395.0Re0395.033.075.033.075.0=××==ScShhmdDShhm99.5436005.01022.072.3440=×××=⋅=−2-11．空气流入内径为25mm，长1m的湿壁管时参数为：压力，温度25℃，含湿量Pa5100132.1×kgg3hkg20干空气。空气流量为。由于湿壁管外表面的散热，湿表面水温为20℃，试计算空气在管子出口处的含湿量为多少？kggd3=解：根据空气20℃时，20=ϕ查焓湿图得﹪，查表得smD251055.2−×=。水表面的蒸汽分压强相当于水温20℃时的饱和压强，查水蒸气分压强可得PaPA23371,=，管口的水蒸气分压强：，相当的空气分压强为：，PaPA4.46723372.01,=×=PaPB9898323371013201,=−=PaPB1008534.4671013202,=−=()PaPMB10000098983100853ln98983101320,=−=()()hmgsmkghpPPPTRDmMBAAAA⋅=⋅×=−=−227,2,1,29.11057.3hgAmGA101.01025.014.329.1=×××=⋅=干空气kgggGdd005.320101.03=+=+=′sm2-12．相当湿度为50﹪，温度为40℃湿空气以2的速度掠过长度为10m的水池，水温为30℃，试计算每的池表面蒸发量为多少？2msm2510696.1−×=γ解：空气40℃时，，水蒸气饱和分压力为7381Pa则水蒸气分压强5073812×=P﹪；水面30℃时水蒸气饱和压强PaP42452=Pa3691=555101079.1110696.1102Re×=××==−γulscmD2022.0=查表2-2得空气平均温度为35℃scmTTDD25.12300264.02733527322.0=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+×=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=642.0410264.01096.15=−××==−DScγ()5.22971079.11642.0037.0Re037.08.0533.08.033.0=×××==ScShsmlDShhm0061.01010264.05.22974=××=⋅=−()()()()hmkgPPTRhmwmw⋅=+××−×=−⋅=221087.0302731883143600369142450061.02-25．一个半径为的球状液滴A在静止的气体B中蒸发，请导出A的蒸发速率与A的饱和压力0r()[]satAAPrP,0=()[]rPA，A在半径R处的分压，总压P和其他必要分量之间的关系。假定液滴及混合物的压力P和温度T均恒定。()BAAAANNydrdCDN++−=0=BN得解：由AAAANydrdCDN+−=()RIPCrAA=∵()PPyrAA=()ArAAANpPdrdCRTDN+−=∴()()()drdPPPRTDNrArAA−−=则扩散速率为，常数=⋅=rAAANG24rArπ=()()()drdPPPRTDrGNrArAAA−−==24π()()∫∫∞∞−=00224rPrArAAdrdPrdrrGπ分离变量并积分()pPPRTDPrGrAA0ln40−−=π得()pPPRTrDPrpPPRTDPrrGNsatArAAA,2002lnln440−−=−−==ππ2-27．在夏天，空气温度是27℃，相对温度是30﹪。水从水池表面以每平方米表面积1()hmhkg的速度蒸发，水温也是27℃。确定对流传质系数。PaP36731=解：27℃的水蒸气饱和分压强；水蒸气分压强302=PPa11023673=×﹪()21PPTRhm−=()hmPPtRmhwwm9.531102367327327188314121=−+××=−=∴2-28．据测定，在环境空气为干燥且温度是23℃时，直径为230mm的水温可盛23℃的水的质量损失速率是skg15.0。a.计算这种情况下的随两传质系数；b.计算当环境空气的相对温度为50﹪时的蒸发质量损失速率；c.在假定对流传质系数不便及环境空气干燥的情况下，计算当水和环境的温度都是47℃时的蒸发质量的损失速率PaP29101=解：a.水温23℃时水蒸气饱和分压强，水蒸气分压强02=P()smkgmw⋅=×=22612.323.0415.0π()21PPTRhm−=()smPPTRmhwwm7.169291018831427323612.321=×+×=−=b．PaP29101=′5029101×=′PPa1455=﹪()()skgAPPT2221mm105.723.04145529101883142967.169Rh−×=××−×=⋅′−′π蒸发质量损失速率＝PaP108561=′′02=′′Pc．水温47℃时水蒸气饱和分压强()()skgAPPT518.023.040108561883143207.169Rh221mm=××−×=⋅′′−′′π蒸发质量损失速率＝2-32．在四月份的一个冷天里，已知穿得很少的跑步者向的周围空气的对流导致的热损失率。跑步者的皮肤干燥，温度，三个月以后，跑步者以同样的速度跑，但是天气暖和湿润，，CT010=∞W2000CTS30=CT30=∞60=φ﹪。现在跑步者满身大汗，。空气常物性，sm5106.1−×=υCT35=∞，()smDAB25103.2－＝水蒸气－空气×()kmw⋅=026.0λ，，7.0Pr=a．夏天由于水蒸气的损失率是多少？b．夏天总的对流热损失是多少？sma25510286.27.0106.1Pr−−×=×==υaυ=Pr解：a.，pCaρλ=()KmJaCp⋅=×==−35113710286.2026.0λρ则994.0103.210286.255=××==−−ABDaLe由题意得hhh＝＝夏冬冬冬＝thAQΔ()KWtQhA10010302000＝－＝＝冬冬Δ则smLeChAAhpm33232088.0994.01137100＝＝＝−−×ρPaP58131=35℃时水蒸气饱和分压强；空气为30℃时，水蒸气分压强，35℃时PaP25471=KgKJ2418=γ()()()120.08818581325470.002831435273mwwhAmmAPPRTKgs==−×=×−=×+WmQm483610002418002.0=××=⋅=γb.()WthAQ5003035100＝－＝＝夏夏×ΔWQQQm53364836500=+=＋＝夏总2-35．有一工业工程，使在一个曲面上形成液膜的水蒸气，使干空气通过表面，并由试验测定可知，表面的对流传热关系式为：4.058.0PrRe43.0LULN=sm10a．空气的温度和速度分别为27℃和及定性长度的表面上水的蒸发率是多大？相当于液体温度的饱和蒸汽密度近似为mL1=3,0077.0mkgsatA=ρ；b．液膜的稳态温度是多少？解：空气27℃时sm2510527.1−×=γ，sma251025.2−×=，3177.1mkg=ρ()kkgJCp⋅=1005()kmW⋅×=−21065.2λ701.0Pr=，，551036.610572.1110Re×==××==−γul()0.580.40.5850.40.43RePr0.436.36100.701866.48LULN==×××=()kmWLNhLU⋅=××=⋅=−2296.2211065.248.866λ从表2-2查得22.00=DsmTTDD245.15.10010253.02732732722.0−×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛=889.010253.01025.245=××==−−DaLesmLeChhpm021.0889.01005177.196.223232=××=⋅=−−ρPaP36731=PaP9971=27℃时，水蒸气饱和分压强，()()()1220.02136739973008314181.46mwWhmPPRTkgmh=−=−×=⋅根据湿球温度理论()()ddrttCwbwbp−=−=由于水蒸汽的气化潜热在温度变化范围那，变化不大查27℃时，KgKJ76.2436=γ()()0177.1007.01076.24362710053−××=−×∴wbtCtwb°=1.112-42．计算一下集中情况下()∗−sstt的值a．，Ctg°=50Ctg°=350020=ϕb.,0060=ϕc．，Ctg°=25Ctg°=100060=ϕd.,0060=ϕ式中，为湿空气干球温度，gtϕ为湿空气相对湿度解：为湿空气湿球温度，为湿空气饱和湿球温度*stst设P=101325Pa005020Cϕ=°gt=a．查h-d图，根据，得一点A使点A沿着等d线交ϕ00=100于一点B，再往下交水蒸气分压力线于点C可得；使点A沿着等h线交vP=2.4kPaϕ00=100于一点D，沿D作等温线可得，C°st=27VSPPϕ00==2.4/20=12kPa100VSPPϕ×00=可得根据作等压线交水蒸气分压力线于一点E，过点E沿着等d线交SP=12kPa48StC∗=°ϕ00=100于点F，过点F作等温线得，则*-27-48-21ssttC==°b．同理可得273.3sVtCPk=°=Pa*5.534SsPkPatC==°，则则*-27-34-7ssttC==°c．同理可得191.7sVtCPk=°=Pa*2.824SsPkPatC==°，则，则*-19-24-5ssttC==°d．同理可得70.7sVtCPkP=°=a*1.29SsPkPatC==°，则，则*-7-9-2ssttC==°