化工传递过程 试题与解答 一

1、粘性是指流体受到剪切作用时抵抗变形的能力，其原因是（b ）。a组成流体的质点实质是离散的b流体分子间存在吸引力c流体质点存在漩涡与脉动连续方程矢量式中哈密顿算符“k ”的物理意义可以理解IIdx dy dz为计算质量通量的（C ）。a梯度b旋度c散度3.描述流体运功的随体导数中局部导数项60b不确定表示出了流场的（b ）性。a不可压缩c不均匀4.分析流体微元运动时，在直角坐标x-y平面中微元围绕z轴的旋转角速度正比于特征量（aa 纭也b 也+地dx dydx dy流体爬流流过球形固体时，流动阻力中形体阻力与表面阻力之比应为5.）。c 四匹 yxdydx(c )。a 1:1b 2:1c 1:2推

2、导雷诺方程时，i方向的法向湍流附加应力应表示为（b ）。a T r =p Ub T r _p u，2C （ r _p /iiiiiIiii j固体内发生非稳态导时，若固体内部存在明显温度梯度，则可断定传热 毕渥准数Bi的数值（a ）0.1。a大于等于b等于c小于等于依据普兰特混合长理论，湍流传热时，涡流热扩散系数口可表示为（c ）。a ha .dub/duYc s dua ah=ldyQ ah=氐Jc ah=12dy流体流入溶解扩散管后形成稳定的湍流边界层，溶质溶解扩散进入流体， 则沿管长方向对流传质系数的变化规律应是（b ）。a始终不变b先下降，后上升，最终趋于稳定c先上升，后下降，最终趋于

3、稳定利用雷诺类似求解湍流传质问题的前提是假定（c ）。a Sc 1b Sc 1c Sc = 1判断，在每题后括号内以“正”“误”标记。（每空2分）例：Re数小于2000的管内流动是层流（正）若将流体处理为连续介质，从时间尺度上应该是微观充分小，宏观充分 大。（误）n-s方程不仅适用于牛顿型流体，也适用于非牛顿型流体的流动。（误）流体流动中若满足势函数条件，涡旋运动分量必定为零。（正）若流动满足欧拉方程，则质点所受表面粘滞力的作用可以不计。（正）依据普兰特混合长理论，越是趋向靠近固体壁面的区域，混合长的数值 越大。（误）（）采用数值法求解一维非稳态导热问题时，若取 1，虫2 = 2而得到某p c

4、 aA0边界节点温度方程为广=,，则该边界必为绝热边界。（正） n n-1利用边界层热流方程求解层流传热问题时，壁面上满足 嘉=常数。（误）若定义彼克列（Peclet）准数描述流动对扩散的影响：Pe =住，则彼克D列准数的物理意义可理解为分子扩散与对流扩散之比。（正）依据溶质渗透模型，传质系数kc应与分子扩散系数的1/2方成正比。（正）简述（每小题15分）1.如何从分子传递的角度理解三传之间存在的共性。答：从分子传递的角度出发，动量、热量、质量传递可分别以牛顿粘性定 律，傅立叶定律和费克定律表示，T=_v痴）、q =地h）、j =_D些a，dy A dy A A dy其物理意义分别为（动量、能

5、量、质量）在（速度、温度、浓度）梯度的 作用下从（高速、高温、高浓）区向（低速、低温、低浓）区转移，转移 量与浓度梯度成正比。在数学上其可统一采用现象方程表示为：物理量的通量二（-扩散系数）X（物理量的浓度梯度）2.简述气液相间传质双膜模型，该模型在使用中的缺陷何在?答：怀特曼（Whitman） 1923年提出。在气液接触传质时，气液相间存在稳 定的界面，界面两侧分别有一层稳定、停滞的气液膜。气液在界面上达到 平衡，在膜内为分子扩散，传质系数正比于分子扩散系数，传质阻力集中 于膜内，该模型强调气液相间存在稳定界面和稳定的当量膜，对湍动程度 较高的流动接触情况，界面随机变化不断更新，与该模型的假

6、设相差较大， 导致该模型在使用中出现缺陷，解决的方法是对模型进行改进，如表面更 新和溶质渗透理论等。计算（每小题25分）1.已知柱坐标下的N-S方程、连续方程分别为:N-S方程：。分量z分量8 u8 u u 8 u u 28u+ u + 0 + u s80，r 8 r r 80rz 8 z1 8 p 8=X +u1W)r p 8 r 8 rr 8 r r8u8u u 8u u u8ur分量r+ u 80,+rr 80 2+一 r 0 + u 08 r r 80r z 8 z2 8 2 u2 8 u8 2 u+户 r 2 80 8 z 22 8 u8 2u+I1 8 2u00r 2 80 2 r

7、 2 80 8 z 28 uz + U80，8 u * % 8 u * 8 u8 r r 80 z 8 z1 _8_r 8 r1 8 2u8 2u+T +r2 80 2n +1 A(pru)+ 1(pu )+Kpu)=0 80， r 8rr r 80 0 8z z式中0，表示时间。连续方程：空试对图示水平圆形套管环隙内不可压缩流体稳态层流进行求解，给出环隙内速度分布方程以及最大速度所对应半径rmax的表达80，套管环隙内稳态层流有，,=0也=0，考虑到流动对称，竺 = 08z80 2式。解:取流动为z方向，对不可压缩流体有p=常数，稳态流动，对任意物理量A有竺=0，考虑重力的水平分量为零，并忽

8、略圆管内重力影响有X =x0 = x =0 u0 = 0，岑=0，备=0,连续方程化简为 代入N-S方程得到：z方向n-s方程=vr及。方向四=P = 0a r 50将Z方向方程变形a 2u a u a 2u 1 a ua r 2 a r a r 2 r a r因压力p仅为z的函数，速度u仅为r的函数，必有1 迎二% +1 虬=const 或 dfrz = 1 玄rdr r d z d r 2 r drI dr J r dz直管稳态流动，也为常数，去掉下标，对上式积分得: dzdu 1 dp r 2r=+ cdr r dz 2r = r时du/ = 0 ,代入上式确定积分常数得c 1尘M，原式

9、变形为: max drr dz 2r生=空(r2 - r2 )，分离变量，按对应积分限积分：dr 2r dz maxj uudu =!空 jfV02r dz r1r /或/“du = _!空 j r f rax 02r dz r2r /dr得到u = -1空2r dz(f - r 2 lnr)2 max rl 匕r1 J1 dpu =2r dzf r2 - r2r、j - r 2 ln maxr2 J将两式联立得到rr 2_2_max2 In2.在摄氏20c时纯水以0.1m/s的流速流过沿流动方向长度为1m的可溶性 固体有机平板，若有机物在水中的分子扩散系数为1.25x 10-6m2/s，试计

10、算(1) 距离平板前缘0.3m处的浓度边界层厚度5 ； (2)若此时有机板的平衡溶解 度为3x 10-4km)l,m3，不计平板宽度方向边际效应，计算有机板溶掉0.1mm厚度所需要的时间。已知平板进口段临界雷诺数可取为5x 105，边界层的求解结果为:层流湍流8 / x114.64 Re -20.376 Re - 5xxShm1140.646Re 2 Sc3Sh = 0.0365Re 58n11（ x）3 2-8c0.976Sc-3 1 - -0 4I x ）20C 时水的密度、粘度分别为： P = 1000 kg/m3、r = 1.0 x 10一3 Pa - s ； 有机板的密度： P= 1

11、200 kg/m3 ； 摩尔质量：M = 128 kg/kmol。解:据已知，对整个平板Re =墅=1x0.1x 1000 = 1x 105边界层属于层流x R1X10-3在距离平板前缘0.3m处 Re =罪=0.3片1000 = 3X1041 X 10 -3Sc =DpD1000 x 1.25 x 10-6ABAB=0.88 = 4.64xRe-12 = 4.64x 0.3 x（30000）-12 = 8.04x10-3 m x传质从平板前缘开始，幻=0，浓度边界层厚度8为:18 = 0.9765c - 3c1=0.976x0.8-3 x8.04x 10-3 = 8.45x 10-3m对整个平板，按层流计算式:ML646 衅 SC 3 = 646 I x 105 x 083 = 1896k 0cm勺=189.6x 125 x 10-6 = 2.37 x 10-4 m/sL1水中的有机物含量为零，溶解后浓度很低，y聂，有机物的扩散系数很小, Bm扩散微弱，U “，所以如，有：yScm cmN - k (c - c )= k (c