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本文格式为Word版,下载可任意编辑——冶金传输原理第9、10章质量传输基本概念
题1、由O2(组分A)和CO2(组分B)构成的二元系统中发生一维稳态扩散。已知
cA?0.0207kmol/m3,cB?0.0622kmol/m3,uA?0.0017m/s,uB?0.0003m/s,试计
算:(1)u,um;(2)NA,NB,N;(3)nA,nB,n。
解:(1)
?A?cAMA?0.0207?32?0.6624kg/m3?B?cBMB?0.0622??44?2.737kg/m3???A??B?0.662?2.737?3.399kg/m则
3
c?cA?cB?0.0207?0.0622?0.0829kmol/m3u?1?(?AuA??BuB)?1(0.662?0.0017?2.737?0.0003)?5.727?10?4m/s3.399um?11(cAuA?cBuB)?(0.0207?0.0017?0.0622?0.0003)?6.496?10?4m/sc0.0829(2)NA?cAuA?0.0207?0.0017?3.519?10?5kmol/(m2?s)
NB?cBuB?0.0622?0.0003?1.866?10?5kmol/(m2?s)
则N?NA?NB?3.519?10?5?1.866?10?5?5.385?10?5kmol/(m2?s)
?32(3)nA??AuA?0.662?0.0017?1.125?10kg/(m?s)nB??BuB?2.737?0.0003?8.211?10kg/(m?s)则n?nA?nB?1.946?10kg/(m?s)
题2、在101.3Kpa,52K条件下,某混合气体各组分的摩尔分数分别为:CO2为0.080;
O2为0.035;H2O为0.160;N2为0.725。各组分在z方向的绝对速度分别为:2.44m/s;3.66m/s;5.49m/s;3.96m/s。试计算:
(1)混合气体的质量平均速度u;(2)混合气体的摩尔平均速度um;(3)组分CO2的质量通量jCO2;(4)组分CO2的摩尔通量JCO2。
解:已知
?32?42xCO2?0.08xO2?0.035xHO2?0.16xN2?0.725vCO2?2.44m/svCO2?3.66m/svCO2?5.49m/svCO2?3.96m/sMCO2?44MCO2?32MCO2?18MCO2?28
wCO2??xCO2MCO2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN20.08?44
0.08?44?0.035?32?0.16?18?0.725?283.523.52???0.12653.52?1.12?2.88?20.327.82wO2?xO2MO2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN2xHO2MHO2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN2xN2MN2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN2?1.12?0.040327.822.88?0.103527.82wHO2?wN2???20.3?0.729227.82
(1)
v?wCO2vCO2?wO2vO2?wHO2vHO2?wN2vN2?0.1265?2.44?0.0403?3.66?0.1035?5.49?0.7297?3.96?3.914vm?xCO2vCO2?xO2vO2?xHO2vHO2?xN2vN2?0.08?2.44?0.035?3.66?0.160?5.49?0.725?3.96?4.0727pCO2RT2(2)
(3)cCO2?
?101300?0.08?18.745mol/m3
8.314?522?CO?cCOMCO?18.745?44?824.78g/m3
2jCO2??CO(vCO?v)?824.78?(2.44?3.914)??1215.73g22m2?s
)??30.60mol(4)JCO2?cCO2(vCO2?vm)?18.745?(2.44?4.0727m2?s
5
题3、求1.013×10Pa气压下,298K的空气与饱和水和水蒸气的混合物中的水蒸气浓
5
度。已知该温度下饱和水蒸气压强pA=0.03168×10Pa,水的相对分子质量MA=18,空气相对分子质量MB=28.9.
解:空气的分压
pB?p?pA?1.01325?105?0.03168?105?0.9816?105Pa
水蒸气浓度
(1)摩尔分数
pA0.03168?105xA???0.0313
p1.01325?105(2)质量分数
wA?xAwAxAwA0.0313?18??xAwA?xBwBxAwA?(1?xA)wB0.0313?18?(1?0.0313)?28.9
0.0197(3)物质的量浓度
pA0.03168?105cA???1.28mol/m3
RT8.314?298(4)质量浓度
?A?cAMA?1.28?18?23g/m3
题4、半导体扩散工艺中,包围硅片的气体中含有大量的杂质原子,杂质不断地通过硅片表面向内部扩散,在以下两种状况下试确定该硅片的边界条件。
(1)半导体的扩散工艺是恒定表面浓度扩散,即硅片表面的杂质浓度保持一定;(2)半导体的扩散工艺是限定源扩散,没有外来的杂质通过硅片表面进入硅片。解:(1)由于半导体的扩散工艺是恒定表面浓度扩散,硅片的边界就是它的表面z=0和z=l,可以看成一维问题,边界上杂质的浓度保持为常数c0,此时边界条件可写为
c(z?0,?)?c0,c(z?l,?
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