江苏自考传递分离：传递部分复习题

1、化工传递过程基础复习题一、填空1、密度不随空间位置和时间变化的流体，称为不可压缩流体。2、流体平衡微分方程推导过程中，任取一流体微元分析可知，作用在其上的外力分为两类，一类是作用在流体每一质点上的外力，称为质量力；另一类是作用在流体微元表面上的力，称为表面力。3、由分子运动引起的动量传递，可采用牛顿粘性定律描述;由分子运动引起的热量传递为热传导的一种形式，可采用傅立叶定律描述;而分子运动引起的质量传递称为分子扩散，则采用费克定律描述。4、在湍流流体中，由于存在着大大小小的旋涡运动，所以除了分子传递外，还有涡流传递存在。5、不可压流体的微分质量衡算方程为：也+£%+2=0二x:v二z6

2、、欧拉观点以相对于坐标固定的流场内的任一空间点为研究对象、研究流体流经每一空间点的力学性质。7、以流体运动的质点或微团为着眼点，研究每个流体质点自始至终的运动过程的观点称为拉格朗日观点。8、一般地，随体导数的物理意义是：流场中流体质点上的物理量随时间和空间的变化率。因此，随体导数亦称为质点导数。9、密度对时间的随体导数由两部分组成：一为密度随时间的局部导数：另一个为密度的对流导数。10、密度对时间的随体导数口？的物理意义为：当流体质点在de时间内，由Du空间的一点(x,y,z)移动到另一点(x+dx,y+dy,z+dz)时，流体密度对时间的变化率。11、式1Di=V,U的左边表示流体微元的体积

3、膨胀率或形变速率；右侧表Di示速度向量的散度。12、对于不可压缩流体，其连续性方程可写为：也+空+2=0。二x：ytz13、当流体流动时，法向应力由两部分组成：其一是流体的压力,它使流体微元承受压缩，发牛体积形变,:其二是由流体的粘性作用弓I起的、它使流体微元在法线方向上承受拉伸或压缩发生线性形变。14、牛顿阻力平方公式的数学表述为：Fd=CD.A。215、对于平壁间的稳态层流，主体流速Ub与最大流速Umax之间的关系为：16、对于圆管中的轴向稳态层流，管内主体流速Ub与最大流速Umax之间的关系加-1为"Ub=二Umax0217、对于大Re数的流动问题，粘滞力的作用远小于惯性力。1

4、8、所谓势流，是指理想流体的无旋运动。19、边界层学说是普兰德于1904年提出的，其理论要点为：当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面的一层流体，由于粘性作用将粘附在壁面上而不“滑脱”，即在壁面上的流速为零；而由于流动的Re数很大，流体的流速将由壁面处的零值沿着与流动相垂直的方向迅速增大，并在很短的距离内趋于一定值。（边界层）20、对于大雷诺数的流动问题，可将整个流动划分为两个性质截然不同的区域；其一为紧贴物体壁面的非常薄的一层区域称为边界层；物二为边界层之外的区域，称为外部流动区。21、在与壁面相垂直的方向上，在层流内层一湍流边界层之间，流体的流动既非层流，又非完全的湍流，称为缓冲层或过渡层。

5、22、当一粘性流体以均匀流速流进水平圆管过程中，可将管内的流动分为两个区域：一是边界层会合以前的区域，称之为进口段流动；另一是边界层汇合以后的流动，称为充分发展的流动。23、为了定义边界层厚度，通常人为规定：当流体的流速沿壁面的法向达到外部流速的99%时的距离为边界层厚度。24、管道进口段摩擦阻力大的原因有两个：一为进口附近谏度梯度较大、此速度梯度沿流体流动方向逐渐减小，面当流动充分发展时变为常数；二是由于流体流动的连续性,使得边界层外部的流体流速增大。25、产生边界层分离的必要条件有两个：一是物面附近的流动区域中存在逆压梯度；二是流体的粘性，二者缺一不可。26、边界层分离是产牛形体电力的主耍

6、原因。27、飞机的机翼采用流线形是为了减小功界层分离造成的流体能量的损失。28、质点的脉动是湍流最基本的特点。29、湍流的特点：质点的脉动:流动阻力沅大于层流阻力:流速分布较层流均匀。30、流体由层流转变为湍流，需具备如下两个必要条件：漩涡的形成；。涡形成后脱离原来的流层或流束进入邻近的流层或流束。31、漩涡的形成主要取决于如下因素：一是流体的粘性：二是流层的流动。除此之外，还有两个原因促成漩涡的形成：一是边界层的分离；另一个原因是当流体流过某些尖缘处时、也促进漩涡的形成。32、瞬时速度=时均速度+脉动速度。33、湍流强度用I值来表征，I值越大湍流强度越大。34、对连续性方程和运动方程进行时均

7、值转换意味着考察各个方程在91时间内物理量的平均变化情况，从而获得描述湍流流动时物理量的时均值所满足的方程。此转换过程称为雷诺转换,转换后的方程称为雷诺方程。35、管壁的粗糙度通常可用绝对粗糙度和相对粗糙度表示。36、对于每一个相对粗糙度，都存在着一个对应的较小的雷诺数区域，在此区域内，粗糙管的流动阻力与光滑管的相同，即f仅和雷诺数有关。37、当雷诺数超过某一数值后，f变成与Re数无关的某一常数，此时f仅与e/d的大小有关，而且e/d愈大，f也愈大。在此区域内，流动阻力与流速的平方成正比，称为阻力平方区。38、在水力光滑管内，f仅与Re有关，而与粗糙度无关。39、根据传热机理的不同，热的传递有

8、三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。40、理想辐射体(黑体)向外发射能量的速率与物体热力学温度的四次方成正比。41、方程工且=±称为傅立叶第二导热定律。a一.d2t42、对于无内热源的一维稳态热传导，其热传导方程可表述为：兄=0。dx43、不稳态导热过程中的传热速率取决于介质内部热阻和表面热阻。44、假设物体内部热阻与外部热阻相比较，可忽略不计的一种分析方法称为总热容法。45、毕渥数表示了物体内部的导热热阻与表面对流热阻之比。46、将一维分析解推广到二维和三维导热问题，此种处理问题的方法称为牛曼(Newman)法贝U。47、对于无内热源的、温度仅沿径向变化的无限长圆筒壁内一维稳

9、态导热，其热传导方程可用柱坐标的形式表述为：(r)=0o-fSt-o2drdr48、流体在管内作湍流流动时的雷诺类似律的表达式为:49、卡门认为，湍流边界层由湍流主体、缓冲层和层流内层组成，此即所谓的三层模型。50、柯尔本类似律的表达式为：务=工。251、描述传热的无因次数Nu,Pr,分别对应于传质中的无因次数是Sh(舍伍德数）Sc（施密特数）。52、分子传质是由于分子的无规则热运动而产生的物质传递现象53、对流传质的速率不仅与质量传递的特性因素（如扩散系数）有关，而且与动量传递的动力学因素（如流速）等密切相关。54、多孔固体中的扩散问题可分为费克型分子扩散、纽特逊扩散、过渡区扩散55、对流传

10、质模型中最具代表性的是双膜模型、溶质渗透模型和表面更新模型。二、简答题1、试写出温度t对时间9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。答：温度t对时间9的全导数：dtft；tdxftdyftdz=+d?FxduFydufzdu表示观察者在运动状态时观察到的温度与时间、位置之间的关系;温度t对时间9的随体导数：DtftftftftUxUyUzD?x:y：z表示流场中流体质点上的温度随时间和空间的变化率；温度t对时间8的偏导数：骸表示观察者位于某固定位置所观察到的温度随时间的变化率。2、同一流体通过相同的流道时，湍流流动的阻力系数比层流的小，为何阻力反而比层流的大

11、，试以流体沿平板流动为例加以说明。FPu2A答：根据阻力表达式：2,虽然阻力系数比层流的小，但总阻力遂速度成平方关系，湍流速度显然要比层流大的多，所以湍流阻力大。3、在什么情况下，可视导热过程为忽略表面热阻的不稳态导热。答：在不稳态导热过程中物体表面热阻比内热阻小许多的情况下，可视为可忽略表面热阻的不稳态导热。4、写出毕渥准数的定义和物理意义，并说明为何Bi<0.1可按集总热容法处理。hV物体导热热阻Bi二一一二答：毕渥准数kA对加传热热阻，即表示物体内部的导热热阻与对流热阻之比；Bi<0-1,说明物体内的导热热阻较小，所以可按集总热容法处理。5、有效直径和质量都相同的流线型物体和

12、圆球，在粘性很大的流体中缓慢地下落，试讨论哪个物体先落地，您的根据是什么？答：圆球先落地，物体所受的阻力由2部分组成，即形体阻力和表面阻力；在低速流动中以表面摩擦阻力为主，圆球表面积小于同直径的其他物体所以圆球先落地。6、在传质理论中分别叙述了哪3个相间传质模型？在这三个模型中流体传质系数分别于扩散系数成什么关系？答：在传质理论中分别叙述了双膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型。双膜模型：对流传质系数与扩散系数成一次方关系；溶质渗透模型和表面更新模型：对流传质系数与扩散系数平方根成正比关系。7、流体流动由层流转变为湍流需具备哪几个条件？答：流体流动由层流转变为湍流需具备如下两个必要条件：(1)漩

13、涡的形成；(2)漩涡形成后应能脱离原来的流层或流进相邻的流层。8、湍流与层流有何不同？湍流的主要特点是什么？试讨论由层流转变为湍流的过程。答：湍流与层流主要区别有：它们的速度分布不同，从而雷诺数不同；层流无微团作径向运动，即无脉动现象，而湍流有脉动现象发生；湍流流动时的阻力损失与管内的相对粗糙度有关，而层流与相对粗糙度无关。湍流的主要特征是有速度的脉动现象发生。由于流体具有粘性并且随流动速度的增加引起流动的波动，产生漩涡；漩涡形成后脱离原来的流层或流束进入邻近的流层或流束，形成更多漩涡，进一步加剧湍动，即达到完全湍流。9、何为圆管湍流传热的一层模型，两层和三层模型，各模型分别用哪一个类比关系式

14、表达？答：圆管湍流传热的一层模型即是说雷诺类似律；其意思是管内流动可以认为湍流中心一直延伸至壁面。具类比表达式:St二,二RePr圆管湍流传热的二层模型即是说普兰德-泰勒类似律；其意思是湍流边界层由湍流主体和层流内层组成。其类比表达式St=_Nu_=h=f2RePr：sCp15f2Pr-1圆管湍流传热的三层模型即是说冯卡门类似律；其意思是湍流边界层由湍流主体、缓冲层和层流内层组成。其类比表达式：TNuhm"f2st=-=RePrUbCp15mf2Pr-1In15Pr三、计算题1、20c的空气以10m/s的流速流过平板，压力为101.325kPa。试求:(1)离平板前缘0.3m处的边界

15、层厚度;(2)板宽以1m计，从平板前缘开始到(3)在x=0.3m、y=6/2处的流速。(已知：101.325kPa20c下空气的物性:0.3m处总的曳力;p=1.205kg/m3,仙=1.81x10-5Pas)Rexxu0：0.3101.205_51.8110一一一5=1.99710层流解：首先计算雷诺数，以判断流动类型。(1)求边界层厚度C=4.64xRex,/2=4.640.3(1.997105),/2=3.1210，m(2)总的曳力曳力系数CD=1.292Rex,/2=1.292(1.997105),/2=2.89610，U231.205102曳力Fd=CDbL=2.89610(0.31

16、)=0.0523N2 23 3)x=0.3m、y=6/2处的流速3=10(31-11)=6.875m/s22282、有一薄平板浮于水面上，平板长1m,宽0.49m,今以0.2m/s速度牵引平板沿长度方向和狂度方向，在水平面上移动，试求两种运动方向时的阻力比，即F长/F宽=已知：水的运动粘度v=1><10J6m2/s；临界雷诺数：Rexc=5><105xc平均阻力系数：Cd=ARe'/2(层流)；CD=BRe/5(湍流)解：当沿长度方向运动时，有:Re10.2110*=2105:二Rex流体属于层流当沿宽度方向运动时，同样可有:=9.8104:二RexLu：=0.

17、490.2、110$同样属于层流流动。故均可使用层流条件下的阻力计算公式:u2F长=CD长bL2匚:u"G.CD宽bLF长/F宽=1。4、将直径为0.5mm的球形热电偶接点置于300c的流体中测温。已知接点的导热系数为74W/(mC),密度为8600kg/m3,接点的初始温度为20C。试求将热电偶分别置于自然对流环境h=20W/(m2C)和强制对流环境h=200W/(m2C)中测定温度到达99.99%流体温度所经历的时间各为多少？解：(1)自然对流环境Bi=hV7.3320(0.510)36200.510，kA74二32(0.510)674一一_5=2.2510Bi<0.1,可

18、用集总热容法。1nzt0-tb：Vc8600(0.510，)33976hAt-tbhAtb-t_3220二(0.510)2ln300-20300-3000.9999-130s(2)强制对流环境Bi=hVkAji200(0.5103)33.274二(0.510)2000.51012.25104674Bi<0.1,可用集总热容法。1nt-tbhAt°-tbVc&-338600(0.510)33976hAt-tbhAtb-t-32200二(0.510)ln300-20300-3000.9999=13s可见，将热电偶置于传热系数较大的强制对流环境中，反应要灵敏得多4、101.325kPa20c的空气流经长0.9m的无限宽平板，空气的主体流速为3.0m/s,平板表面维持60c不变。试求：(1)x=0.3m,Ux=2.25m/s处的y值；(2)x=0