传递过程原理作业题和答案

《化工传递过程原理（Ⅱ）》作业题粘性流体在圆管内作一维稳态流动。设r表示径向距离，y表示自管壁算起的垂直距离，试分别写出沿r方向和y方向的、用（动量通量）＝-（动量扩散系数）×（动量浓度梯度）表示的现象方程。1．(1-1)解：(，，>0)(，,<0)试讨论层流下动量传递、热量传递和质量传递三者之间的类似性。2.(1-3)解：从式（1-3）、（1-4）、（1-6）可看出：（1-3）（1-4）（1-6）它们可以共同表示为：通量=－（扩散系数）×（浓度梯度）；扩散系数、、具有相同的因次，单位为；传递方向与该量的梯度方向相反。试写出温度t对时间的全导数和随体导数，并说明温度对时间的偏导数、全导数和随体导数的物理意义。3.（3-1）解：全导数：随体导数：物理意义：——表示空间某固定点处温度随时间的变化率；——表示测量流体温度时，测量点以任意速度、、运动所测得的温度随时间的变化率——表示测量点随流体一起运动且速度、、时，测得的温度随时间的变化率。有下列三种流场的速度向量表达式，试判断哪种流场为不可压缩流体的流动。（1）（2）（3）4.（3-3）解：不可压缩流体流动的连续性方程为：（判据）1.，不可压缩流体流动；2.，不是不可压缩流体流动；3.某流场可由下述速度向量式表达：试求点（2，1，2，1）的加速度向量。5.（3-6）解：∴流体在两块无限大平板间作一维稳态层流。试求算截面上等于主体流速ub的点距板壁面的距离。又如流体在圆管内作一维稳态层流时，该点与管壁的距离为多少？6.（4-2）解：（1）两块无限大平板间的一维稳态层流的速度分布为：取，则则与主体流速速度相等的点距板壁面的距离为：（2）对于圆管的一维稳态层流，有取，解之得：某流体运动时的流速向量用下式表示：试导出一般形式的流线方程及通过点（2，1）的流线方程。7.（4-7）解：由分离变量积分，可得：此式即为流线方程的一般形式：将点（2，1）代入，得：已知某不可压缩流体作平面流动时的速度分量，，试求出此情况下的流函数。8.（4-9）解：常压下温度为20℃的水，以每秒5米的均匀流速流过一光滑平面表面，试求出层流边界层转变为湍流边界层时临界距离xc值的范围。常压下20℃水的物性：，9.（5-1）解：∵∴常压下，温度为30℃的空气以10m/s的流速流过一光滑平板表面，设临界雷诺数为3.2×105，试判断距离平板前缘0.4m及0.8m两处的边界层是层流边界层还是湍流边界层？求出层流边界层相应点处的边界层厚度。此题条件下空气的物性：，10.（5-3）解：（1）∴为层流边界层（2）∴为湍流边界层温度为20℃的水，以1m/s的流速流过宽度为1m的光滑平板表面，试求算：距离平板前缘x=0.15m及x=0.3m两点处的边界层厚度；x=0～0.3m一段平板表面上的总曳力设；物性见第9题11．（5-4）解：（1）∴为层流边界层（2）∴为层流边界层（3）流体在圆管中作湍流流动，若速度分布方程可表示为：，式中ri表示圆管的半径，y表示速度为u的点距管壁的距离。试证明截面上主体流速为ub与管中心流速umax的关系为：ub=0.817umax12．（6-5）证：在平板壁面上的湍流边界层中，流体的速度分布方程可表示为：。试证明该式在壁面附近（即y→0处）不能成立。13.（6-9）证：壁面附近为层流内层，故满足：，则∴不存在∴该式在壁面附近（）不能成立.常压和303K的空气，以0.1m3/s的体积流率流过内径为100mm的圆管，对于充分发展的流动，试估算层流底层、缓冲层以及湍流主体的厚度。此题条件下空气的物性：，14.（6-8）解：∴该流动为湍流∵∴层流内层：缓冲层：∴湍流中心：温度为20℃的水流过内径为50mm的圆管，测得每米管长流体的压降为1500N/m2,试证明此情况下的流体流动为湍流，并求算：层流底层外缘处水的流速、该处的y向距离及涡流粘度；过渡区与湍流中心交界处水的流速、该处的y向距离及涡流粘度；r=ri/2（ri为圆管半径）处水的流速、涡流粘度和混合长的值。提示：本题水的物性：，15.（6-6，6-7）解：（见 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 1-12a）∴流动为湍流.1.∵（∵层流内层无湍动）2.为湍流中心3.，∴有一半径为25mm的钢球，其导热系数为43.3W/m·K，密度为7849kg/m3，比热为0.4609kJ/kg，钢球的初始温度均匀，为700K，现将此钢球置于温度为400K的环境中，钢球表面与环境之间的对流传热系数为11.36W/m2·K。试求算1小时后钢球所达到的温度。16.（8-7）解：∴可用集总热熔法进行求解常压和394K下的空气流过光滑平板表面，平板壁面温度为373K，空气流速u0=15m/s，=5×105。试求算临界长度xc，该处的速度边界层厚度和温度边界层厚度，局部对流传热系数hx和层流段平均对流传热系数hm的值。注：tm=(394+373)/2=383.5K，tm下空气物性：，，，K=3.27×10-2W/m·K17.（9-4）解：∵某油类液体以1m/s的均匀流速沿一热平板壁面流过。油类液体的均匀温度为293K，平板壁面维持353K。设=5×105，已知在边界层的膜温度下液体密度为750kg/m3，粘度为3×10-3Pa·s，导热系数k为0.15W/m·K，比热Cp为200J/kg·K，试求算：临界点处的局部对流传热系数hx；由平板前缘至临界点这段平板壁面的对流传热通量。18.（9-7）水以2m/s的平均流速流过直径为25mm、长度为2.5m的圆管，管面温度恒定，为320K，水的进、出口温度分别为292K和295K，试求算柯尔本jH因数的值。本题水的物性：，19.（9-13）解：∴管内流动为湍流试证明组分A、B组成的双组分系统中，在一般情况下进行分子扩散时（有主体流动，且NA≠NB），在总浓度C恒定条件下，DAB=DBA。20.（10-4）证明：（1）（2）（1）+（2）：∵∴∵∴将温度为298K、压力为1atm的He和N2的混合气体，装在一直径为5mm、长度为0.1m的管中进行等分子反方向扩散，已知管子双端He的分压分别为0.06atm和0.02atm，在上述条件下扩散系数=0.687×10-4m2/s，试求算：He的扩散通量；N2的扩散通量；在管的中点截面上He和N2的分压。21.（11-2）解：设为组分，为组分1.∵等分子反方向扩散，∴2.3.（稳态）在气相中，组分A由某一位置（点1处）扩散至固体催化剂表面（点2处），并在催化剂表面处进行如下反应：2A→BB为反应产物（气体）。反应产物B生成后不停地沿相反方向扩散至气体相主体中。已知总压P维持恒定，扩散过程是稳态的，在点1和点2处A的分压分别为PA1和PA2，设扩散系数DAB为常数，点1至2的距离为，试导出计算NA的表达式。22.（11-3）解：∵，∴常压和45℃的空气以3m/s的流速在萘板的一个面上流过，萘板的宽度为0.1m，长度为1m，试求算萘板厚度减薄0.1mm时所需的时间。已知45℃和1atm下，萘在空气中的扩散系数为6.92×10-6m2/s，萘的饱和蒸汽压为0.555mmHg。固体萘密度为1152kg/m3，分子量为128kg/kmol。本题空气物性：，23.（12-6）解：∴为层流边界层∴苯甲酸的浓度很低，可以认为∵温度为26℃的水，以0.1m/s的流速流过长度为1m的固体苯甲酸平板，试求算距平板前缘0.3m和0.6m两处的浓度边界层厚度，局部传质系数以及整块平板的传质通量NA。已知26℃时苯甲酸在水中的扩散系数为1.24×10-9m2/s，饱和溶解度为0.0295Kmol/m326℃时水的物性：，24.（12-7）解：（）（2）（3）∵苯甲酸的浓度很低，可以认为∴