傳遞工程資料

1、【1】試說明傳遞現(xiàn)象所遵循的基本原理和基本研究方法。答：傳遞現(xiàn)象所遵循的基本原理為一個過程傳遞的通量與描述該過程的強度性質(zhì)物理量的梯度成正比，傳遞的方向為該物理量下降的方向。傳遞現(xiàn)象的基本研究方法主要有三種，即理論分析方法、實驗研究方法和數(shù)值計算方法?！?】加速度向量可表示為，試寫出直角坐標(biāo)系中加速度分量的表達(dá)式，并指出何者為局部加速度的項，何者為對流加速度的項。解：直角坐標(biāo)系下，速度u有三個分量，因此加速度也有三個分量，其表達(dá)式分別為 表達(dá)式中對時間的偏導(dǎo)數(shù)為局部加速度項，即分別為、和；對流加速度項為后面的含速度分量的三項之和，即分別為、和?！?】為強化一臺冷油器的傳熱，有人用提高冷卻水流速

2、度的辦法，但發(fā)現(xiàn)效果并不顯著，試用熱量傳遞原理分析其中原因?冷油器中由于油的粘度較大，對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小，占整個傳熱過程中熱阻的主要部分，而冷卻水的對流換熱熱阻較小，不占主導(dǎo)地位，因而用提高水速的方法，只能減小不占主導(dǎo)地位的水側(cè)熱阻，故效果不顯著?！?】某一流場的速度向量可以下式表述試寫出該流場隨體加速度向量的表達(dá)式。解：由速度向量的表達(dá)式得：所以【5】溫度為20的甘油以10kg/s的質(zhì)量流率流過寬度為1m、高度為0.1m的矩形截面管道，流動已充分發(fā)展，試求甘油在流道中心處的流速與離中心25mm處的流速；通過單位管長的壓降；管壁面處的剪應(yīng)力。解：已知質(zhì)量流率w = 10kg/s；查表得甘

3、油密度1261kg/m3；甘油粘度1.5Pas；流道寬度B = 1m；流道高度h = 0.1m；所以，b = h/2 = 0.05m；y =0.025 m； 首先判斷一下流動類型當(dāng)量直徑 所以流動為層流在流道中心出的流速： 在離流道中心25mm處的流速： 單位管長的壓降： 管壁面處的剪應(yīng)力： 【6】流體在兩塊無限大平板間作一維穩(wěn)態(tài)層流。試求截面上等于主體速度的點距壁面的距離。又如流體在圓管內(nèi)作一維穩(wěn)態(tài)層流時，該點與壁面的距離為若干？解：當(dāng)流體在平板壁面間流動時，速度分布方程為 當(dāng)截面某處的流速等于主體流速時，有 由此解得：，此處距壁面的距離為（B為流道寬度） 當(dāng)流體在圓管中流動時，速度分布方程

4、為 當(dāng)截面某處的流速等于主體流速時，有 由此解得：，此處距壁面的距離為（D為管徑）【7】某流體以0.15kg/s的質(zhì)量流率沿寬為1m的垂直平壁呈膜狀下降，已知流體的運動粘度為110-4m2/s，密度為1000kg/m3。試求流動穩(wěn)定后形成的液膜厚度。解：已知質(zhì)量流率w = 0.15kg/s；密度1000kg/m3；運動粘度110-4m2/s；板寬B = 1m；傾角 = 90先假設(shè)該降膜流動為層流，設(shè)液膜的厚度為，則 又因為，從而解得 然后驗算一下雷諾數(shù)：，所以流動為層流，假設(shè)正確。 【8】試推導(dǎo)不可壓縮流體在圓管中作一維穩(wěn)態(tài)層流時，管壁面剪應(yīng)力與主體速度的關(guān)系。解：因為，而流體在圓管中流動時，

5、速度分布方程為將其代入上式得：【9】在平板壁面上的湍流邊界層中，流體的速度分布方程可用布拉修斯1/7次方定律表示試證明該式在壁面附近（即處）不能成立。證：由于該公式中的 為湍流邊界層的厚度，而在壁面附近（即處）邊界層的流動為層流，此時已不再適用，因此該公式在壁面附近（即處）不能成立。【10】溫度為20的水，以5m/s的流速流過寬度為1m的平板壁面，試求距平板前緣2m處的邊界層厚度及水流過2m距離對平板所施加的總曳力。解：已知流速u5m/s；查表得20水的密度998.2kg/m3；20水的粘度1.00510-3Pas；b1m；L2m；首先判斷一下流型：，所以流動為湍流【11】不可壓縮流體沿平板壁

6、面作穩(wěn)態(tài)流動，并在平板壁面上形成湍流邊界層，邊界層內(nèi)為二維流動。若方向上的速度分布滿足1/7次方定律，試?yán)眠B續(xù)性方程導(dǎo)出方向上的速度分量表達(dá)式。解：由連續(xù)性方程可知 （1）平板壁面上的湍流邊界層中流體的速度分布的1/7次方定律為 于是， （2） 將式（2）代入式（1）得 （3） 上式對y積分可得 （4）平板壁面上的湍流邊界層厚度的表達(dá)式為所以 （5）將（5）代入（4）中可得【12】20的水流過內(nèi)徑為0.06m的水平光滑圓管，已知水的主體流速為20m/s，試求距離管壁0.02m處的速度、剪應(yīng)力及混合長。解：已知20下水的物性值如下：（1）流動的雷諾數(shù)為：，所以為湍流流動的阻力系數(shù)為：于是，摩擦

7、速度 而無因次壁面距離 ，所以距離管壁0.02m處為湍流核心區(qū)。無因次速度 由因為，所以距管壁0.02 m處的速度u為 （2）由得：距離管壁0.02m處的剪應(yīng)力為當(dāng)流體在圓管內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動時，流體內(nèi)部任意一質(zhì)點受力平衡，因此單位體積的流體受到的流動阻力相等，而流動阻力來自于剪應(yīng)力，因此有常數(shù)，考慮到壁面附近流體所受的剪應(yīng)力有 由此可得故距管壁0.02 m處的剪應(yīng)力為 （3）將式(543)兩側(cè)同乘以u*可得 兩邊對y +求導(dǎo)數(shù)得：由于，所以故根據(jù)普蘭德混合長理論：所以普蘭德混合長 l 為【13】標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，20的空氣以15m/s的流速流經(jīng)直徑為0.0508m的光滑管，空氣的密度為1.205kg/

8、m3，運動粘度為，范寧摩擦系數(shù)可按計算。對于充分發(fā)展了的流動，試估算層流內(nèi)層、過渡層及湍流中心的厚度各位若干？解：已知u15m/s；空氣的密度1.205kg/m3；空氣的運動粘度；d0.0508m；首先計算一下雷諾數(shù)，以判斷流型 所以流動為湍流 在上題情況下，試求壁面、層流內(nèi)層外緣、過渡層外緣以及管中心處的流速和剪應(yīng)力。解：（1）在壁面處流速為0，剪應(yīng)力滿足下面的關(guān)系式 （2）在層流內(nèi)層外緣處，而此時 所以此處流速為 此處的剪應(yīng)力為 （3）在過渡層外緣處，而此時所以此處的剪應(yīng)力為 （4）在管中心處而此時所以或由布拉修斯公式得管中心處最大速度 此處的剪應(yīng)力為【14】水以2m/s的平均流速流過直徑

9、為25mm、長2.5m的圓管。管壁溫度恒定，為320K。水的進(jìn)、出口溫度分別為292K和295K，試求柯爾本因數(shù)的值。解：定性溫度查表得，294K下水的密度：997.95kg/m3；水的粘度98.5110-5Pas首先計算雷諾數(shù)以判斷流型：，所以為湍流，所以有：【15】試寫出費克第一定律的四種表達(dá)式，并證明對同一系統(tǒng)，四種表達(dá)式中的擴散系數(shù)為同一數(shù)值，討論各種形式費克定律的特點和在什么情況下使用。答：以質(zhì)量濃度、摩爾濃度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)為基準(zhǔn)表示的費克第一定律的四種表達(dá)式分別為 （1） （2） （3） （4）菲克擴散定律表達(dá)式（1）的特點是擴散通量表達(dá)為質(zhì)量濃度梯度的線性函數(shù)，比例系數(shù)描述

10、的是質(zhì)量傳遞通量與質(zhì)量濃度梯度之間的關(guān)系；菲克擴散定律表達(dá)式（2）的特點是擴散通量表達(dá)為摩爾濃度梯度的線性函數(shù)，比例系數(shù)描述的是摩爾傳遞通量與摩爾濃度梯度之間的關(guān)系。表達(dá)式（1）和表達(dá)式（2）的適用范圍是等溫、等壓下的單向分子擴散。菲克擴散定律表達(dá)式（3）的特點是擴散通量表達(dá)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度的線性函數(shù)，比例系數(shù)描述的是質(zhì)量傳遞通量與質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度之間的關(guān)系；菲克擴散定律表達(dá)式（4）的特點是擴散通量表達(dá)為摩爾分?jǐn)?shù)梯度的線性函數(shù)，比例系數(shù)描述的是摩爾傳遞通量與摩爾分?jǐn)?shù)梯度之間的關(guān)系。表達(dá)式（3）的適用范圍是等溫、等壓下的單向分子擴散，且總質(zhì)量濃度為常數(shù)；表達(dá)式（4）的適用范圍是等溫、等壓下的單向分子擴

11、散，且總摩爾濃度為常數(shù)。下面以表達(dá)式（3）和表達(dá)式（4）為例，證明其中的比例系數(shù)為同一數(shù)值。對于雙組分而言，由于A組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系滿足而，所以又由于，而，于是有，由此可得，即表達(dá)式（3）和表達(dá)式（4）實際上是等價的，所以其中的比例系數(shù)為同一數(shù)值?！?6】試證明組分A、B組成的雙組分系統(tǒng)中，在一般情況（存在主體流動，）下進(jìn)行分子擴散時，在總濃度恒定條件下，。證：在擴散體系中選取分子對稱面作為研究對象。分子對稱面的定義是分子通過該面的靜通量為零，即有一個A分子通過這個截面，那么必有一個B分子反方向通過該截面，于是有而，又因為 ，所以，即于是有所以，【17】在容器內(nèi)裝有等摩爾分率的

12、氧氣、氮氣和二氧化碳，它們的質(zhì)量分率各為多少？若為等質(zhì)量分率，則它們的摩爾分率各為多少？解：當(dāng)容器內(nèi)的氧氣、氮氣和二氧化碳為等摩爾分率時，有，這時它們的質(zhì)量分率分別為當(dāng)容器內(nèi)的氧氣、氮氣和二氧化碳為等質(zhì)量分率時，有，這時它們的質(zhì)量分率分別為【18】平板邊界層內(nèi)的對流傳質(zhì)可由下述方程描述層流：，湍流：設(shè)邊界層由層流想湍流的轉(zhuǎn)變發(fā)生在Re=2105，如果一塊大平板上的來流為層流，平板另一端（x=L）的Reynolds數(shù)為ReL=3 105，試確定發(fā)生在平板上方層流區(qū)域中質(zhì)量傳遞的百分比。【19】水在恒定溫度293K下，由細(xì)管底部通過在直立的細(xì)管向干空氣中蒸發(fā)。干空氣的總壓為，溫度為293K。水蒸汽

13、在細(xì)管內(nèi)由液面到頂部的擴散距離為，在上述條件下，水蒸汽在空氣中的擴散系數(shù)為，試求穩(wěn)態(tài)擴散時水蒸汽的摩爾通量及濃度分布方程。解：此題為組分A（水蒸汽）通過停滯組分B（空氣）的穩(wěn)態(tài)擴散問題。（1）求水蒸汽的摩爾擴散通量NA在水面（即z1=0）處， 水的飽和蒸汽壓在管頂部（即z2=0.15m）處，由于水蒸汽的分壓很小，可視為零，即pA20。所以將各分壓數(shù)據(jù)代入得水蒸汽的摩爾通量為（2）求濃度分布 由可得由氣相摩爾分?jǐn)?shù)表示的濃度分布方程為其中，將yA1和yA2代入上式可得整理得：濃度分布方程為【20】 當(dāng)平板壁面與其上的層流邊界層中的流體之間同時進(jìn)行動量、熱量和質(zhì)量的傳遞時，壁面噴出物質(zhì)對邊界層的速度分布和速度邊界層厚度會產(chǎn)生什么影響？壁面由邊界層中吸入物質(zhì)時的影響又為何？為什么？答：當(dāng)壁面噴出物質(zhì)時，會產(chǎn)生，使邊界層的速度分布和厚度改變。當(dāng)噴出物質(zhì)時，它必然由被加速到而消耗一部分動量。與之相毗鄰的流體將被減速，從而速度梯度變小，速度分布均勻，邊界層加厚。反之當(dāng)壁面吸入物質(zhì)時，會使高速層中的微團(tuán)向壁面低速層中傳遞，使靠近壁面處的速度梯度增加，邊界層減薄?！?1】 當(dāng)平板壁面與其上的層流邊界層中的流體同時進(jìn)行動量、熱量與質(zhì)量傳遞時，由于壁面向邊界層噴出物質(zhì)而使速度邊界層厚度發(fā)生變化，試問這種變化相應(yīng)地對溫度邊界層和濃度邊界層厚度將發(fā)生什么影響？又對各傳遞系數(shù)（曳力系數(shù)、對流傳熱系數(shù)、