江蘇自考傳遞分離：傳遞部分復(fù)習(xí)題

1、化工傳遞過程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題一、填空1、密度不隨空間位置和時(shí)間變化的流體，稱為不可壓縮流體。2、流體平衡微分方程推導(dǎo)過程中，任取一流體微元分析可知，作用在其上的外力分為兩類，一類是作用在流體每一質(zhì)點(diǎn)上的外力，稱為質(zhì)量力；另一類是作用在流體微元表面上的力，稱為表面力。3、由分子運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量傳遞，可采用牛頓粘性定律描述;由分子運(yùn)動(dòng)引起的熱量傳遞為熱傳導(dǎo)的一種形式，可采用傅立葉定律描述;而分子運(yùn)動(dòng)引起的質(zhì)量傳遞稱為分子擴(kuò)散，則采用費(fèi)克定律描述。4、在湍流流體中，由于存在著大大小小的旋渦運(yùn)動(dòng)，所以除了分子傳遞外，還有渦流傳遞存在。5、不可壓流體的微分質(zhì)量衡算方程為：也+£%+2=0二x:v二z6

2、、歐拉觀點(diǎn)以相對(duì)于坐標(biāo)固定的流場(chǎng)內(nèi)的任一空間點(diǎn)為研究對(duì)象、研究流體流經(jīng)每一空間點(diǎn)的力學(xué)性質(zhì)。7、以流體運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)或微團(tuán)為著眼點(diǎn)，研究每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)自始至終的運(yùn)動(dòng)過程的觀點(diǎn)稱為拉格朗日觀點(diǎn)。8、一般地，隨體導(dǎo)數(shù)的物理意義是：流場(chǎng)中流體質(zhì)點(diǎn)上的物理量隨時(shí)間和空間的變化率。因此，隨體導(dǎo)數(shù)亦稱為質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)。9、密度對(duì)時(shí)間的隨體導(dǎo)數(shù)由兩部分組成：一為密度隨時(shí)間的局部導(dǎo)數(shù)：另一個(gè)為密度的對(duì)流導(dǎo)數(shù)。10、密度對(duì)時(shí)間的隨體導(dǎo)數(shù)口？的物理意義為：當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)在de時(shí)間內(nèi)，由Du空間的一點(diǎn)(x,y,z)移動(dòng)到另一點(diǎn)(x+dx,y+dy,z+dz)時(shí)，流體密度對(duì)時(shí)間的變化率。11、式1Di=V,U的左邊表示流體微元的體積

3、膨脹率或形變速率；右側(cè)表Di示速度向量的散度。12、對(duì)于不可壓縮流體，其連續(xù)性方程可寫為：也+空+2=0。二x：ytz13、當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，法向應(yīng)力由兩部分組成：其一是流體的壓力,它使流體微元承受壓縮，發(fā)牛體積形變,:其二是由流體的粘性作用弓I起的、它使流體微元在法線方向上承受拉伸或壓縮發(fā)生線性形變。14、牛頓阻力平方公式的數(shù)學(xué)表述為：Fd=CD.A。215、對(duì)于平壁間的穩(wěn)態(tài)層流，主體流速Ub與最大流速Umax之間的關(guān)系為：16、對(duì)于圓管中的軸向穩(wěn)態(tài)層流，管內(nèi)主體流速Ub與最大流速Umax之間的關(guān)系加-1為"Ub=二Umax0217、對(duì)于大Re數(shù)的流動(dòng)問題，粘滯力的作用遠(yuǎn)小于慣性力。1

4、8、所謂勢(shì)流，是指理想流體的無旋運(yùn)動(dòng)。19、邊界層學(xué)說是普蘭德于1904年提出的，其理論要點(diǎn)為：當(dāng)實(shí)際流體沿固體壁面流動(dòng)時(shí)，緊貼壁面的一層流體，由于粘性作用將粘附在壁面上而不“滑脫”，即在壁面上的流速為零；而由于流動(dòng)的Re數(shù)很大，流體的流速將由壁面處的零值沿著與流動(dòng)相垂直的方向迅速增大，并在很短的距離內(nèi)趨于一定值。（邊界層）20、對(duì)于大雷諾數(shù)的流動(dòng)問題，可將整個(gè)流動(dòng)劃分為兩個(gè)性質(zhì)截然不同的區(qū)域；其一為緊貼物體壁面的非常薄的一層區(qū)域稱為邊界層；物二為邊界層之外的區(qū)域，稱為外部流動(dòng)區(qū)。21、在與壁面相垂直的方向上，在層流內(nèi)層一湍流邊界層之間，流體的流動(dòng)既非層流，又非完全的湍流，稱為緩沖層或過渡層。

5、22、當(dāng)一粘性流體以均勻流速流進(jìn)水平圓管過程中，可將管內(nèi)的流動(dòng)分為兩個(gè)區(qū)域：一是邊界層會(huì)合以前的區(qū)域，稱之為進(jìn)口段流動(dòng)；另一是邊界層匯合以后的流動(dòng)，稱為充分發(fā)展的流動(dòng)。23、為了定義邊界層厚度，通常人為規(guī)定：當(dāng)流體的流速沿壁面的法向達(dá)到外部流速的99%時(shí)的距離為邊界層厚度。24、管道進(jìn)口段摩擦阻力大的原因有兩個(gè)：一為進(jìn)口附近諫度梯度較大、此速度梯度沿流體流動(dòng)方向逐漸減小，面當(dāng)流動(dòng)充分發(fā)展時(shí)變?yōu)槌?shù)；二是由于流體流動(dòng)的連續(xù)性,使得邊界層外部的流體流速增大。25、產(chǎn)生邊界層分離的必要條件有兩個(gè)：一是物面附近的流動(dòng)區(qū)域中存在逆壓梯度；二是流體的粘性，二者缺一不可。26、邊界層分離是產(chǎn)牛形體電力的主耍

6、原因。27、飛機(jī)的機(jī)翼采用流線形是為了減小功界層分離造成的流體能量的損失。28、質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng)是湍流最基本的特點(diǎn)。29、湍流的特點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng):流動(dòng)阻力沅大于層流阻力:流速分布較層流均勻。30、流體由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳎杈邆淙缦聝蓚€(gè)必要條件：漩渦的形成；。渦形成后脫離原來的流層或流束進(jìn)入鄰近的流層或流束。31、漩渦的形成主要取決于如下因素：一是流體的粘性：二是流層的流動(dòng)。除此之外，還有兩個(gè)原因促成漩渦的形成：一是邊界層的分離；另一個(gè)原因是當(dāng)流體流過某些尖緣處時(shí)、也促進(jìn)漩渦的形成。32、瞬時(shí)速度=時(shí)均速度+脈動(dòng)速度。33、湍流強(qiáng)度用I值來表征，I值越大湍流強(qiáng)度越大。34、對(duì)連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行時(shí)均

7、值轉(zhuǎn)換意味著考察各個(gè)方程在91時(shí)間內(nèi)物理量的平均變化情況，從而獲得描述湍流流動(dòng)時(shí)物理量的時(shí)均值所滿足的方程。此轉(zhuǎn)換過程稱為雷諾轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的方程稱為雷諾方程。35、管壁的粗糙度通常可用絕對(duì)粗糙度和相對(duì)粗糙度表示。36、對(duì)于每一個(gè)相對(duì)粗糙度，都存在著一個(gè)對(duì)應(yīng)的較小的雷諾數(shù)區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)，粗糙管的流動(dòng)阻力與光滑管的相同，即f僅和雷諾數(shù)有關(guān)。37、當(dāng)雷諾數(shù)超過某一數(shù)值后，f變成與Re數(shù)無關(guān)的某一常數(shù)，此時(shí)f僅與e/d的大小有關(guān)，而且e/d愈大，f也愈大。在此區(qū)域內(nèi)，流動(dòng)阻力與流速的平方成正比，稱為阻力平方區(qū)。38、在水力光滑管內(nèi)，f僅與Re有關(guān)，而與粗糙度無關(guān)。39、根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，熱的傳遞有

8、三種基本方式：熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱和輻射傳熱。40、理想輻射體(黑體)向外發(fā)射能量的速率與物體熱力學(xué)溫度的四次方成正比。41、方程工且=±稱為傅立葉第二導(dǎo)熱定律。a一.d2t42、對(duì)于無內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)，其熱傳導(dǎo)方程可表述為：兄=0。dx43、不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中的傳熱速率取決于介質(zhì)內(nèi)部熱阻和表面熱阻。44、假設(shè)物體內(nèi)部熱阻與外部熱阻相比較，可忽略不計(jì)的一種分析方法稱為總熱容法。45、畢渥數(shù)表示了物體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻與表面對(duì)流熱阻之比。46、將一維分析解推廣到二維和三維導(dǎo)熱問題，此種處理問題的方法稱為牛曼(Newman)法貝U。47、對(duì)于無內(nèi)熱源的、溫度僅沿徑向變化的無限長(zhǎng)圓筒壁內(nèi)一維穩(wěn)

9、態(tài)導(dǎo)熱，其熱傳導(dǎo)方程可用柱坐標(biāo)的形式表述為：(r)=0o-fSt-o2drdr48、流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)的雷諾類似律的表達(dá)式為:49、卡門認(rèn)為，湍流邊界層由湍流主體、緩沖層和層流內(nèi)層組成，此即所謂的三層模型。50、柯爾本類似律的表達(dá)式為：務(wù)=工。251、描述傳熱的無因次數(shù)Nu,Pr,分別對(duì)應(yīng)于傳質(zhì)中的無因次數(shù)是Sh(舍伍德數(shù)）Sc（施密特?cái)?shù)）。52、分子傳質(zhì)是由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象53、對(duì)流傳質(zhì)的速率不僅與質(zhì)量傳遞的特性因素（如擴(kuò)散系數(shù)）有關(guān)，而且與動(dòng)量傳遞的動(dòng)力學(xué)因素（如流速）等密切相關(guān)。54、多孔固體中的擴(kuò)散問題可分為費(fèi)克型分子擴(kuò)散、紐特遜擴(kuò)散、過渡區(qū)擴(kuò)散55、對(duì)流傳

10、質(zhì)模型中最具代表性的是雙膜模型、溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型。二、簡(jiǎn)答題1、試寫出溫度t對(duì)時(shí)間9的全導(dǎo)數(shù)和隨體導(dǎo)數(shù)，并說明溫度對(duì)時(shí)間的偏導(dǎo)數(shù)、全導(dǎo)數(shù)和隨體導(dǎo)數(shù)的物理意義。答：溫度t對(duì)時(shí)間9的全導(dǎo)數(shù)：dtft；tdxftdyftdz=+d?FxduFydufzdu表示觀察者在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)觀察到的溫度與時(shí)間、位置之間的關(guān)系;溫度t對(duì)時(shí)間9的隨體導(dǎo)數(shù)：DtftftftftUxUyUzD?x:y：z表示流場(chǎng)中流體質(zhì)點(diǎn)上的溫度隨時(shí)間和空間的變化率；溫度t對(duì)時(shí)間8的偏導(dǎo)數(shù)：骸表示觀察者位于某固定位置所觀察到的溫度隨時(shí)間的變化率。2、同一流體通過相同的流道時(shí)，湍流流動(dòng)的阻力系數(shù)比層流的小，為何阻力反而比層流的大

11、，試以流體沿平板流動(dòng)為例加以說明。FPu2A答：根據(jù)阻力表達(dá)式：2,雖然阻力系數(shù)比層流的小，但總阻力遂速度成平方關(guān)系，湍流速度顯然要比層流大的多，所以湍流阻力大。3、在什么情況下，可視導(dǎo)熱過程為忽略表面熱阻的不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。答：在不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中物體表面熱阻比內(nèi)熱阻小許多的情況下，可視為可忽略表面熱阻的不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。4、寫出畢渥準(zhǔn)數(shù)的定義和物理意義，并說明為何Bi<0.1可按集總熱容法處理。hV物體導(dǎo)熱熱阻Bi二一一二答：畢渥準(zhǔn)數(shù)kA對(duì)加傳熱熱阻，即表示物體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻之比；Bi<0-1,說明物體內(nèi)的導(dǎo)熱熱阻較小，所以可按集總熱容法處理。5、有效直徑和質(zhì)量都相同的流線型物體和

12、圓球，在粘性很大的流體中緩慢地下落，試討論哪個(gè)物體先落地，您的根據(jù)是什么？答：圓球先落地，物體所受的阻力由2部分組成，即形體阻力和表面阻力；在低速流動(dòng)中以表面摩擦阻力為主，圓球表面積小于同直徑的其他物體所以圓球先落地。6、在傳質(zhì)理論中分別敘述了哪3個(gè)相間傳質(zhì)模型？在這三個(gè)模型中流體傳質(zhì)系數(shù)分別于擴(kuò)散系數(shù)成什么關(guān)系？答：在傳質(zhì)理論中分別敘述了雙膜模型，溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型。雙膜模型：對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)成一次方關(guān)系；溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型：對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)平方根成正比關(guān)系。7、流體流動(dòng)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧餍杈邆淠膸讉€(gè)條件？答：流體流動(dòng)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧餍杈邆淙缦聝蓚€(gè)必要條件：(1)漩

13、渦的形成；(2)漩渦形成后應(yīng)能脫離原來的流層或流進(jìn)相鄰的流層。8、湍流與層流有何不同？湍流的主要特點(diǎn)是什么？試討論由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯倪^程。答：湍流與層流主要區(qū)別有：它們的速度分布不同，從而雷諾數(shù)不同；層流無微團(tuán)作徑向運(yùn)動(dòng)，即無脈動(dòng)現(xiàn)象，而湍流有脈動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生；湍流流動(dòng)時(shí)的阻力損失與管內(nèi)的相對(duì)粗糙度有關(guān)，而層流與相對(duì)粗糙度無關(guān)。湍流的主要特征是有速度的脈動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。由于流體具有粘性并且隨流動(dòng)速度的增加引起流動(dòng)的波動(dòng)，產(chǎn)生漩渦；漩渦形成后脫離原來的流層或流束進(jìn)入鄰近的流層或流束，形成更多漩渦，進(jìn)一步加劇湍動(dòng)，即達(dá)到完全湍流。9、何為圓管湍流傳熱的一層模型，兩層和三層模型，各模型分別用哪一個(gè)類比關(guān)系式

14、表達(dá)？答：圓管湍流傳熱的一層模型即是說雷諾類似律；其意思是管內(nèi)流動(dòng)可以認(rèn)為湍流中心一直延伸至壁面。具類比表達(dá)式:St二,二RePr圓管湍流傳熱的二層模型即是說普蘭德-泰勒類似律；其意思是湍流邊界層由湍流主體和層流內(nèi)層組成。其類比表達(dá)式St=_Nu_=h=f2RePr：sCp15f2Pr-1圓管湍流傳熱的三層模型即是說馮卡門類似律；其意思是湍流邊界層由湍流主體、緩沖層和層流內(nèi)層組成。其類比表達(dá)式：TNuhm"f2st=-=RePrUbCp15mf2Pr-1In15Pr三、計(jì)算題1、20c的空氣以10m/s的流速流過平板，壓力為101.325kPa。試求:(1)離平板前緣0.3m處的邊界

15、層厚度;(2)板寬以1m計(jì)，從平板前緣開始到(3)在x=0.3m、y=6/2處的流速。(已知：101.325kPa20c下空氣的物性:0.3m處總的曳力;p=1.205kg/m3,仙=1.81x10-5Pas)Rexxu0：0.3101.205_51.8110一一一5=1.99710層流解：首先計(jì)算雷諾數(shù)，以判斷流動(dòng)類型。(1)求邊界層厚度C=4.64xRex,/2=4.640.3(1.997105),/2=3.1210，m(2)總的曳力曳力系數(shù)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處的流速3=10(31-11)=6.875m/s22282、有一薄平板浮于水面上，平板長(zhǎng)1m,寬0.49m,今以0.2m/s速度牽引平板沿長(zhǎng)度方向和狂度方向，在水平面上移動(dòng)，試求兩種運(yùn)動(dòng)方向時(shí)的阻力比，即F長(zhǎng)/F寬=已知：水的運(yùn)動(dòng)粘度v=1><10J6m2/s；臨界雷諾數(shù)：Rexc=5><105xc平均阻力系數(shù)：Cd=ARe'/2(層流)；CD=BRe/5(湍流)解：當(dāng)沿長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，有:Re10.2110*=2105:二Rex流體屬于層流當(dāng)沿寬度方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，同樣可有:=9.8104:二RexLu：=0.

17、490.2、110$同樣屬于層流流動(dòng)。故均可使用層流條件下的阻力計(jì)算公式:u2F長(zhǎng)=CD長(zhǎng)bL2匚:u"G.CD寬bLF長(zhǎng)/F寬=1。4、將直徑為0.5mm的球形熱電偶接點(diǎn)置于300c的流體中測(cè)溫。已知接點(diǎn)的導(dǎo)熱系數(shù)為74W/(mC),密度為8600kg/m3,接點(diǎn)的初始溫度為20C。試求將熱電偶分別置于自然對(duì)流環(huán)境h=20W/(m2C)和強(qiáng)制對(duì)流環(huán)境h=200W/(m2C)中測(cè)定溫度到達(dá)99.99%流體溫度所經(jīng)歷的時(shí)間各為多少？解：(1)自然對(duì)流環(huán)境Bi=hV7.3320(0.510)36200.510，kA74二32(0.510)674一一_5=2.2510Bi<0.1,可

18、用集總熱容法。1nzt0-tb：Vc8600(0.510，)33976hAt-tbhAtb-t_3220二(0.510)2ln300-20300-3000.9999-130s(2)強(qiáng)制對(duì)流環(huán)境Bi=hVkAji200(0.5103)33.274二(0.510)2000.51012.25104674Bi<0.1,可用集總熱容法。1nt-tbhAt°-tbVc&-338600(0.510)33976hAt-tbhAtb-t-32200二(0.510)ln300-20300-3000.9999=13s可見，將熱電偶置于傳熱系數(shù)較大的強(qiáng)制對(duì)流環(huán)境中，反應(yīng)要靈敏得多4、101.325kPa20c的空氣流經(jīng)長(zhǎng)0.9m的無限寬平板，空氣的主體流速為3.0m/s,平板表面維持60c不變。試求：(1)x=0.3m,Ux=2.25m/s處的y值；(2)x=0