傳遞過程原理作業(yè)題和答案解析

1、 .wd.?化工傳遞過程原理?作業(yè)題1. 粘性流體在圓管內(nèi)作一維穩(wěn)態(tài)流動。設(shè)r表示徑向距離，y表示自管壁算起的垂直距離，試分別寫出沿r方向和y方向的、用動量通量-動量擴散系數(shù)×動量濃度梯度表示的現(xiàn)象方程。1(1-1) 解： (，>0) (，,<0)2. 試討論層流下動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三者之間的類似性。2. (1-3) 解：從式1-3、1-4、1-6可看出： 1-3 1-4 1-61. 它們可以共同表示為：通量= 擴散系數(shù)×濃度梯度；2. 擴散系數(shù) 、具有一樣的因次，單位為 ；3. 傳遞方向與該量的梯度方向相反。3. 試寫出溫度t對時間的全導數(shù)和隨體導數(shù)

2、，并說明溫度對時間的偏導數(shù)、全導數(shù)和隨體導數(shù)的物理意義。3.3-1 解：全導數(shù)： 隨體導數(shù)：物理意義：表示空間某固定點處溫度隨時間的變化率；表示測量流體溫度時，測量點以任意速度、運動所測得的溫度隨時間的變化率表示測量點隨流體一起運動且速度、時，測得的溫度隨時間的變化率。4. 有以下三種流場的速度向量表達式，試判斷哪種流場為不可壓縮流體的流動。1234.3-3 解：不可壓縮流體流動的連續(xù)性方程為：判據(jù) 1. ，不可壓縮流體流動； 2. ，不是不可壓縮流體流動； 3. 5. 某流場可由下述速度向量式表達：試求點2，1，2，1的加速度向量。5. 3-6 解：6. 流體在兩塊無限大平板間作一維穩(wěn)態(tài)層流

3、。試求算截面上等于主體流速ub的點距板壁面的距離。又如流體在圓管內(nèi)作一維穩(wěn)態(tài)層流時，該點與管壁的距離為多少？6. 4-2解：1兩塊無限大平板間的一維穩(wěn)態(tài)層流的速度分布為： 取， 那么 那么與主體流速速度相等的點距板壁面的距離為： 2對于圓管的一維穩(wěn)態(tài)層流，有 取，解之得：7. 某流體運動時的流速向量用下式表示：試導出一般形式的流線方程及通過點2，1的流線方程。7.4-7解： 由 別離變量積分，可得： 此式即為流線方程的一般形式： 將點2，1代入，得：8. 某不可壓縮流體作平面流動時的速度分量，試求出此情況下的流函數(shù)。8. 4-9 解：9. 常壓下溫度為20的水，以每秒5米的均勻流速流過一光滑平

4、面外表，試求出層流邊界層轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鬟吔鐚訒r臨界距離xc值的范圍。 常壓下20水的物性：，9. 5-1解：10. 常壓下，溫度為30的空氣以10m/s的流速流過一光滑平板外表，設(shè)臨界雷諾數(shù)為3.2×105，試判斷距離平板前緣0.4m及0.8m兩處的邊界層是層流邊界層還是湍流邊界層？求出層流邊界層相應(yīng)點處的邊界層厚度。 此題條件下空氣的物性：，10. 5-3解：1 為層流邊界層 2為湍流邊界層11. 溫度為20的水，以1m/s的流速流過寬度為1m的光滑平板外表，試求算：（1） 距離平板前緣x=0.15m及x=0.3m兩點處的邊界層厚度；（2） x=00.3m一段平板外表上的總曳力設(shè)；物性

5、見第9 題115-4 解：1 為層流邊界層 2 為層流邊界層 3 12. 流體在圓管中作湍流流動，假設(shè)速度分布方程可表示為： ，式中ri表示圓管的半徑，y表示速度為u的點距管壁的距離。試證明截面上主體流速為ub與管中心流速umax的關(guān)系為：ub=0.817umax126-5 證：13. 在平板壁面上的湍流邊界層中，流體的速度分布方程可表示為：。試證明該式在壁面附近即y0處不能成立。13.6-9 證：壁面附近為層流內(nèi)層，故滿足：，那么不存在 該式在壁面附近不能成立.14. 常壓和303K的空氣，以0.1m3/s的體積流率流過內(nèi)徑為100mm的圓管，對于充分開展的流動，試估算層流底層、緩沖層以及湍

6、流主體的厚度。 此題條件下空氣的物性：，14.6-8 解： 該流動為湍流 層流內(nèi)層： 緩沖層：湍流中心：15. 溫度為20的水流過內(nèi)徑為50mm的圓管，測得每米管長流體的壓降為1500N/m2,試證明此情況下的流體流動為湍流，并求算：（1） 層流底層外緣處水的流速、該處的y向距離及渦流粘度；（2） 過渡區(qū)與湍流中心交界處水的流速、該處的y向距離及渦流粘度；（3） r=ri/2 ri為圓管半徑處水的流速、渦流粘度和混合長的值。 提示： 此題水的物性：，15.6-6，6-7解：見書1-12a 流動為湍流.1. 層流內(nèi)層無湍動 2. 為湍流中心3. ，16. 有一半徑為25mm的鋼球，其導熱系數(shù)為4

7、3.3W/m·K，密度為7849kg/m3，比熱為0.4609 kJ/kg，鋼球的初始溫度均勻，為700K，現(xiàn)將此鋼球置于溫度為400K的環(huán)境中，鋼球外表與環(huán)境之間的對流傳熱系數(shù)為11.36 W/m2·K。試求算1小時后鋼球所到達的溫度。16. 8-7解： 可用集總熱熔法進展求解17. 常壓和394K下的空氣流過光滑平板外表，平板壁面溫度為373K，空氣流速u0=15m/s， =5×105。試求算臨界長度xc，該處的速度邊界層厚度和溫度邊界層厚度，局部對流傳熱系數(shù)hx和層流段平均對流傳熱系數(shù)hm的值。注：tm=(394+373)/2=383.5K，tm下空氣物性：

8、，K=3.27×10-2W/m·K17.9-4解：18. 某油類液體以1m/s的均勻流速沿一熱平板壁面流過。油類液體的均勻溫度為293K，平板壁面維持353K。設(shè)=5×105，在邊界層的膜溫度下液體密度為750kg/m3，粘度為3×10-3Pa·s，導熱系數(shù)k為0.15W/m·K，比熱Cp為200J/kg·K，試求算：（1） 臨界點處的局部對流傳熱系數(shù)hx；（2） 由平板前緣至臨界點這段平板壁面的對流傳熱通量。18. 9-7 19. 水以2m/s的平均流速流過直徑為25mm、長度為2.5m的圓管，管面溫度恒定，為320K，水

9、的進、出口溫度分別為292K和295K，試求算柯爾本jH因數(shù)的值。此題水的物性：，19.9-13解： 管內(nèi)流動為湍流20. 試證明組分A、B組成的雙組分系統(tǒng)中，在一般情況下進展分子擴散時有主體流動，且NANB，在總濃度C恒定條件下，DAB=DBA。20. 10-4證明： 1 2 1+2：21. 將溫度為298K、壓力為1atm的He和N2的混合氣體，裝在一直徑為5mm、長度為0.1m的管中進展等分子反方向擴散，管子雙端He的分壓分別為0.06atm和0.02atm，在上述條件下擴散系數(shù)=0.687×10-4m2/s，試求算：（1） He的擴散通量；（2） N2的擴散通量；（3） 在管

10、的中點截面上He和N2的分壓。21. 11-2解： 設(shè) 為組分，為組分 1. 等分子反方向擴散， 2. 3. 穩(wěn)態(tài)22. 在氣相中，組分A由某一位置點1處擴散至固體催化劑外表點2處，并在催化劑外表處進展如下反響：2ABB為反響產(chǎn)物氣體。反響產(chǎn)物B生成后不停地沿相反方向擴散至氣體相主體中?？倝篜維持恒定，擴散過程是穩(wěn)態(tài)的，在點1和點2處A的分壓分別為PA1和PA2，設(shè)擴散系數(shù)DAB為常數(shù)，點1至2的距離為，試導出計算NA的表達式。22. 11-3解：，23. 常壓和45的空氣以3m/s的流速在萘板的一個面上流過，萘板的寬度為0.1m，長度為1m，試求算萘板厚度減薄0.1mm時所需的時間。45和1atm下，萘在空氣中的擴散系數(shù)為6.92×10-6 m2/s，萘的飽和蒸汽壓為0.555mmHg。固體萘密度為1152kg/m3，分子量為128kg/kmol。此題空氣物性：，23. 12-6解： 為層流邊界層苯甲酸的濃度很低，可以認為 24. 溫度為26的水，