化工传递过程 试题与解答 一.doc

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
2． 连续方程矢量式中哈密顿算符“”的物理意义可以理解为计算质量通量的（ 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 表示出了流场的（ b ）性。
a 不可压缩 b 不确定 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（ a ）。
a b c
5．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（ c ）。
a b c
6．推导雷诺方程时，i方向的法向湍流附加应力应表示为（ b ）。
a b c
7．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
8．依据普兰特混合长理论，湍流传热时，涡流热扩散系数可表示为（ c ）。
a b c
9．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，最终趋于稳定
10．利用雷诺类似求解湍流传质问题的前提是假定（ c ）。
a b c

二．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 ）
1．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 ）
2．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 ）
3．流体流动中若满足势函数条件，涡旋运动分量必定为零。（ 正 ）
4．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 ）
5．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 ）
6. ( )
7．采用数值法求解一维非稳态导热问题时，若取 ， 而得到某边界节点温度方程为 ，则该边界必为绝热边界。（ 正 ）
8．利用边界层热流方程求解层流传热问题时，壁面上满足 。（ 误 ）
9．若定义彼克列(Peclet)准数描述流动对扩散的影响： ，则彼克列准数的物理意义可理解为分子扩散与对流扩散之比。（ 正 ）
10．依据溶质渗透模型，传质系数应与分子扩散系数的1/2方成正比。（ 正 ）

三．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， 、、，其物理意义分别为（动量、能量、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=（-扩散系数）×（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。

四．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：
r分量

θ分量

z分量

连续方程：
r2
r1
rmax
式中表示时间。
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的表达式。
解：
取流动为z方向，对不可压缩流体有 ，稳态流动，对任意物理量A有，考虑重力的水平分量为零，并忽略圆管内重力影响有
套管环隙内稳态层流有，，， 连续方程化简为 ，考虑到流动对称，，代入N-S方程得到：
z 方向 n-s 方程
r 及 θ 方向
将Z方向方程变形
因压力p仅为z的函数，速度u仅为r的函数，必有
或
直管稳态流动，为常数，去掉下标，对上式积分得：

时代入上式确定积分常数得 ，原式变形为：，分离变量，按对应积分限积分：
或
得到 或
将两式联立得到

2．在摄氏时纯水以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，试计算(1)距离平板前缘0.3m处的浓度边界层厚度；（2）若此时有机板的平衡溶解度为,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，边界层的求解结果为：

层流
湍流

时水的密度、粘度分别为：、；
有机板的密度：；摩尔质量：。
解：
据已知，对整个平板 边界层属于层流
在距离平板前缘0.3m处

传质从平板前缘开始，，浓度边界层厚度为：

对整个平板，按层流计算式：

水中的有机物含量为零，溶解后浓度很低，，有机物的扩散系数很小，扩散微弱，，所以 ，有：

有机板厚度z减薄后，若平板面积为A，根据物料衡算：

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