传递工程资料

1、【1】试说明传递现象所遵循的基本原理和基本研究方法。答：传递现象所遵循的基本原理为一个过程传递的通量与描述该过程的强度性质物理量的梯度成正比，传递的方向为该物理量下降的方向。传递现象的基本研究方法主要有三种，即理论分析方法、实验研究方法和数值计算方法。【2】加速度向量可表示为，试写出直角坐标系中加速度分量的表达式，并指出何者为局部加速度的项，何者为对流加速度的项。解：直角坐标系下，速度u有三个分量，因此加速度也有三个分量，其表达式分别为 表达式中对时间的偏导数为局部加速度项，即分别为、和；对流加速度项为后面的含速度分量的三项之和，即分别为、和。【3】为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速

2、度的办法，但发现效果并不显著，试用热量传递原理分析其中原因?冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，故效果不显著。【4】某一流场的速度向量可以下式表述试写出该流场随体加速度向量的表达式。解：由速度向量的表达式得：所以【5】温度为20的甘油以10kg/s的质量流率流过宽度为1m、高度为0.1m的矩形截面管道，流动已充分发展，试求甘油在流道中心处的流速与离中心25mm处的流速；通过单位管长的压降；管壁面处的剪应力。解：已知质量流率w = 10kg/s；查表得甘

3、油密度1261kg/m3；甘油粘度1.5Pa·s；流道宽度B = 1m；流道高度h = 0.1m；所以，b = h/2 = 0.05m；y =0.025 m； 首先判断一下流动类型当量直径 所以流动为层流在流道中心出的流速： 在离流道中心25mm处的流速： 单位管长的压降： 管壁面处的剪应力： 【6】流体在两块无限大平板间作一维稳态层流。试求截面上等于主体速度的点距壁面的距离。又如流体在圆管内作一维稳态层流时，该点与壁面的距离为若干？解：当流体在平板壁面间流动时，速度分布方程为 当截面某处的流速等于主体流速时，有 由此解得：，此处距壁面的距离为（B为流道宽度） 当流体在圆管中流动时，

4、速度分布方程为 当截面某处的流速等于主体流速时，有 由此解得：，此处距壁面的距离为（D为管径）【7】某流体以0.15kg/s的质量流率沿宽为1m的垂直平壁呈膜状下降，已知流体的运动粘度为1×10-4m2/s，密度为1000kg/m3。试求流动稳定后形成的液膜厚度。解：已知质量流率w = 0.15kg/s；密度1000kg/m3；运动粘度1×10-4m2/s；板宽B = 1m；倾角 = 90°先假设该降膜流动为层流，设液膜的厚度为，则 又因为，从而解得 然后验算一下雷诺数：，所以流动为层流，假设正确。 【8】试推导不可压缩流体在圆管中作一维稳态层流时，管壁面剪应力与

5、主体速度的关系。解：因为，而流体在圆管中流动时，速度分布方程为将其代入上式得：【9】在平板壁面上的湍流边界层中，流体的速度分布方程可用布拉修斯1/7次方定律表示试证明该式在壁面附近（即处）不能成立。证：由于该公式中的 为湍流边界层的厚度，而在壁面附近（即处）边界层的流动为层流，此时已不再适用，因此该公式在壁面附近（即处）不能成立。【10】温度为20的水，以5m/s的流速流过宽度为1m的平板壁面，试求距平板前缘2m处的边界层厚度及水流过2m距离对平板所施加的总曳力。解：已知流速u5m/s；查表得20水的密度998.2kg/m3；20水的粘度1.005×10-3Pa·s；b1m

6、；L2m；首先判断一下流型：，所以流动为湍流【11】不可压缩流体沿平板壁面作稳态流动，并在平板壁面上形成湍流边界层，边界层内为二维流动。若方向上的速度分布满足1/7次方定律，试利用连续性方程导出方向上的速度分量表达式。解：由连续性方程可知 （1）平板壁面上的湍流边界层中流体的速度分布的1/7次方定律为 于是， （2） 将式（2）代入式（1）得 （3） 上式对y积分可得 （4）平板壁面上的湍流边界层厚度的表达式为所以 （5）将（5）代入（4）中可得【12】20的水流过内径为0.06m的水平光滑圆管，已知水的主体流速为20m/s，试求距离管壁0.02m处的速度、剪应力及混合长。解：已知20下水的物

7、性值如下：（1）流动的雷诺数为：，所以为湍流流动的阻力系数为：于是，摩擦速度 而无因次壁面距离 ，所以距离管壁0.02m处为湍流核心区。无因次速度 由因为，所以距管壁0.02 m处的速度u为 （2）由得：距离管壁0.02m处的剪应力为当流体在圆管内作稳态流动时，流体内部任意一质点受力平衡，因此单位体积的流体受到的流动阻力相等，而流动阻力来自于剪应力，因此有常数，考虑到壁面附近流体所受的剪应力有 由此可得故距管壁0.02 m处的剪应力为 （3）将式(543)两侧同乘以u*可得 两边对y +求导数得：由于，所以故根据普兰德混合长理论：所以普兰德混合长 l 为【13】标准大气压下，20的空气以15m

8、/s的流速流经直径为0.0508m的光滑管，空气的密度为1.205kg/m3，运动粘度为，范宁摩擦系数可按计算。对于充分发展了的流动，试估算层流内层、过渡层及湍流中心的厚度各位若干？解：已知u15m/s；空气的密度1.205kg/m3；空气的运动粘度；d0.0508m；首先计算一下雷诺数，以判断流型 所以流动为湍流 在上题情况下，试求壁面、层流内层外缘、过渡层外缘以及管中心处的流速和剪应力。解：（1）在壁面处流速为0，剪应力满足下面的关系式 （2）在层流内层外缘处，而此时 所以此处流速为 此处的剪应力为 （3）在过渡层外缘处，而此时所以此处的剪应力为 （4）在管中心处而此时所以或由布拉修斯公式

9、得管中心处最大速度 此处的剪应力为【14】水以2m/s的平均流速流过直径为25mm、长2.5m的圆管。管壁温度恒定，为320K。水的进、出口温度分别为292K和295K，试求柯尔本因数的值。解：定性温度查表得，294K下水的密度：997.95kg/m3；水的粘度98.51×10-5Pa·s首先计算雷诺数以判断流型：，所以为湍流，所以有：【15】试写出费克第一定律的四种表达式，并证明对同一系统，四种表达式中的扩散系数为同一数值，讨论各种形式费克定律的特点和在什么情况下使用。答：以质量浓度、摩尔浓度和质量分数、摩尔分数为基准表示的费克第一定律的四种表达式分别为 （1） （2）

10、（3） （4）菲克扩散定律表达式（1）的特点是扩散通量表达为质量浓度梯度的线性函数，比例系数描述的是质量传递通量与质量浓度梯度之间的关系；菲克扩散定律表达式（2）的特点是扩散通量表达为摩尔浓度梯度的线性函数，比例系数描述的是摩尔传递通量与摩尔浓度梯度之间的关系。表达式（1）和表达式（2）的适用范围是等温、等压下的单向分子扩散。菲克扩散定律表达式（3）的特点是扩散通量表达为质量分数梯度的线性函数，比例系数描述的是质量传递通量与质量分数梯度之间的关系；菲克扩散定律表达式（4）的特点是扩散通量表达为摩尔分数梯度的线性函数，比例系数描述的是摩尔传递通量与摩尔分数梯度之间的关系。表达式（3）的适用范围是

11、等温、等压下的单向分子扩散，且总质量浓度为常数；表达式（4）的适用范围是等温、等压下的单向分子扩散，且总摩尔浓度为常数。下面以表达式（3）和表达式（4）为例，证明其中的比例系数为同一数值。对于双组分而言，由于A组分的质量分数和摩尔分数之间的关系满足而，所以又由于，而，于是有，由此可得，即表达式（3）和表达式（4）实际上是等价的，所以其中的比例系数为同一数值。【16】试证明组分A、B组成的双组分系统中，在一般情况（存在主体流动，）下进行分子扩散时，在总浓度恒定条件下，。证：在扩散体系中选取分子对称面作为研究对象。分子对称面的定义是分子通过该面的静通量为零，即有一个A分子通过这个截面，那么必有一个

12、B分子反方向通过该截面，于是有而，又因为 ，所以，即于是有所以，【17】在容器内装有等摩尔分率的氧气、氮气和二氧化碳，它们的质量分率各为多少？若为等质量分率，则它们的摩尔分率各为多少？解：当容器内的氧气、氮气和二氧化碳为等摩尔分率时，有，这时它们的质量分率分别为当容器内的氧气、氮气和二氧化碳为等质量分率时，有，这时它们的质量分率分别为【18】平板边界层内的对流传质可由下述方程描述层流：，湍流：设边界层由层流想湍流的转变发生在Re=2×105，如果一块大平板上的来流为层流，平板另一端（x=L）的Reynolds数为ReL=3 ×105，试确定发生在平板上方层流区域中质量传递的

13、百分比。【19】水在恒定温度293K下，由细管底部通过在直立的细管向干空气中蒸发。干空气的总压为，温度为293K。水蒸汽在细管内由液面到顶部的扩散距离为，在上述条件下，水蒸汽在空气中的扩散系数为，试求稳态扩散时水蒸汽的摩尔通量及浓度分布方程。解：此题为组分A（水蒸汽）通过停滞组分B（空气）的稳态扩散问题。（1）求水蒸汽的摩尔扩散通量NA在水面（即z1=0）处， 水的饱和蒸汽压在管顶部（即z2=0.15m）处，由于水蒸汽的分压很小，可视为零，即pA20。所以将各分压数据代入得水蒸汽的摩尔通量为（2）求浓度分布 由可得由气相摩尔分数表示的浓度分布方程为其中，将yA1和yA2代入上式可得整理得：浓度

14、分布方程为【20】 当平板壁面与其上的层流边界层中的流体之间同时进行动量、热量和质量的传递时，壁面喷出物质对边界层的速度分布和速度边界层厚度会产生什么影响？壁面由边界层中吸入物质时的影响又为何？为什么？答：当壁面喷出物质时，会产生，使边界层的速度分布和厚度改变。当喷出物质时，它必然由被加速到而消耗一部分动量。与之相毗邻的流体将被减速，从而速度梯度变小，速度分布均匀，边界层加厚。反之当壁面吸入物质时，会使高速层中的微团向壁面低速层中传递，使靠近壁面处的速度梯度增加，边界层减薄。【21】 当平板壁面与其上的层流边界层中的流体同时进行动量、热量与质量传递时，由于壁面向边界层喷出物质而使速度边界层厚度发生变化，试问这种变化相应地对温度边界层和浓度边界层厚度将发生什么影响？又对各传递系数（曳力系数、对流传热