《冶金傳輸原理》期末復(fù)習(xí)試題及答案6

傳輸原理

得分閱卷人

_、選擇題（10分）

1、下面哪一項(xiàng)為質(zhì)量傳輸?shù)幕痉绞剑ǎ?/p>

（1）分子擴(kuò)散傳質(zhì)（2）對(duì)流（3）輻射（4）傳導(dǎo)熱

2、質(zhì)量平衡方程推導(dǎo)依據(jù)為（）

（1）能量守恒（2）動(dòng)量守恒（3）質(zhì)量守恒

3、下面哪一個(gè)為質(zhì)量濃度單位（）

（1）mol/m3（2）Kg/m3（3）Kg/mol、

4、當(dāng)傳質(zhì)過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，質(zhì)量傳輸方程的形式下面哪一個(gè)正確（）

產(chǎn)

a2c4/c=0

dx2辦2dz2

5、對(duì)氣體分子擴(kuò)散系數(shù)影響較大的因素是（）

（1）擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的種類和溫度（2）擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的壓強(qiáng)和和濃度（3）擴(kuò)

散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的壓強(qiáng)及溫度（4）擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的濃度及溫度

6、物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)由小到大排列正確的是（）

（1）氣體、液體、固體（2）氣體、固體、液體（3）固體、液體、氣體（4）液體、

氣體、固體

7、金屬晶格內(nèi)和非金屬晶體內(nèi)的擴(kuò)散方式為（）

（1）分子擴(kuò)散和間位擴(kuò)散（2）間位擴(kuò)散和空穴擴(kuò)散（3）紐特孫擴(kuò)散和分子擴(kuò)散（4）

空穴擴(kuò)散和紐特孫擴(kuò)散

8、非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，介質(zhì)遵循的規(guī)律為（）

(1)菲克第一定律(2)菲克第二定律(3)菲克第一定律和菲克第二定律

9、對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì)過(guò)程中，其準(zhǔn)數(shù)方程的一般形式為()

(1)=(2)Nu=/(Re,Pr,Gr)(3)Nu=/(Re,Pr)(4)

Sh=f(Re,Pr)

10、下列哪一個(gè)準(zhǔn)數(shù)表述了動(dòng)量傳輸過(guò)程與熱量傳輸過(guò)程的類比()

(1)St(2)Sc(3)Le(4)Pr

得分閱卷人

二、多項(xiàng)選擇題(5分)

I、下面哪一項(xiàng)不是質(zhì)量傳輸?shù)幕痉绞?)

A對(duì)流B分子擴(kuò)散傳質(zhì)C導(dǎo)熱D輻射

2、對(duì)氣體分子擴(kuò)散系數(shù)影響較大的因素有()

A擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的種類B擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的壓強(qiáng)

C擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的溫度D擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的濃度

3、金屬晶格內(nèi)和非金屬晶體內(nèi)的擴(kuò)散方式為()

A分子擴(kuò)散B間位擴(kuò)散C空穴擴(kuò)散D紐特孫擴(kuò)散

4、費(fèi)克第一定律描述的正確的是()

A、物體擴(kuò)散的質(zhì)量傳輸量與物體兩面的濃度差，擴(kuò)散是和垂直于傳質(zhì)方向的截面積成

B、物體擴(kuò)散的質(zhì)量傳輸量與擴(kuò)散方向上的距離成反比

C費(fèi)克第一定律是在穩(wěn)態(tài)濃度場(chǎng)條件下建立起來(lái)的，因此只適用于分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起

的擴(kuò)散過(guò)程。

D費(fèi)克第一定律適用于非穩(wěn)態(tài)的擴(kuò)散。

5、下面所描述的傳質(zhì)過(guò)程，哪些不是液、固兩相間的傳質(zhì)：()

A燃燒B還原C吸附D浸出

得分閱卷人

三、判斷對(duì)錯(cuò)（對(duì)的打“V”錯(cuò)的打“X”）（5分）

1、對(duì)于二元混合物等摩爾逆向擴(kuò)散，兩個(gè)組份各自的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)是相等的。（）

2、熱擴(kuò)散率、動(dòng)力粘度、質(zhì)擴(kuò)散率都具有相同的量綱。（）

3、組分的總傳質(zhì)通量等于分子擴(kuò)散通量加上主體流動(dòng)通量。（）

4、質(zhì)量傳輸發(fā)生的原因是物系中某一組分存在著濃度梯度。（）

5、菲克第一定律涉及了擴(kuò)散系統(tǒng)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的微觀過(guò)程。（）

得分閱卷人

四、簡(jiǎn)答題（40分）

1.質(zhì)量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)，摩爾濃度與摩爾分?jǐn)?shù)有何不同，它們之間關(guān)系如何？（10分）

2.某組分的絕對(duì)速度，擴(kuò)散速度和平均速度表示什么意義？（10分）

3.分子傳質(zhì)（擴(kuò)散）與分子傳熱（導(dǎo)熱）有什么不同？（10分）

4.試簡(jiǎn)述雙膜模型、溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型的主要論點(diǎn)。

得分閱卷人

五、計(jì)算題（40分）

1,求L013X105Pa氣壓下，298K的空氣與飽和水和水蒸氣的混合物中的水蒸氣濃度.已

知該溫度下飽和水蒸氣壓強(qiáng)pA=0.03168X105Pa,水的相對(duì)分子質(zhì)量MA=18,空氣相對(duì)分子

質(zhì)量MB=28.9。（10分）

2、在鋼水底部鼓入氮?dú)?，設(shè)氣泡為球冠形，其曲率半徑萬(wàn)為0.025cm。氮在鋼水中的擴(kuò)散

系數(shù)分5乂10-4頌2%,若氣-液界面氮的濃度為0.011%,鋼水內(nèi)部氮的濃度為0.001%。試

根據(jù)溶質(zhì)滲透理論計(jì)算氮在鋼水中的傳質(zhì)流密度。設(shè)鋼水密度為7.Ig/cm3。（10分）

3、溫度為280K的水以l.5m/s的流速在內(nèi)壁上掛有玉桂酸的圓管內(nèi)流動(dòng)，圓管內(nèi)徑為50mm。

已知玉桂酸溶于水的施密特準(zhǔn)數(shù)Sc=292（1試用雷諾數(shù)計(jì)算充分發(fā)展后的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)。

（10分）

已知在280K水的物性分別為：4=1.45x10-3..￡0=1000左又已知，當(dāng)流體在

管內(nèi)進(jìn)行湍流流動(dòng)時(shí)，其摩擦阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式可以表示為：

Cf=0.046Re"

4、干空氣以5m/s的速度吹過(guò)O.3〃zxO.3根的淺水盤，在空氣溫度20℃、水溫15C的條件

下，問水的蒸發(fā)速率為多少？已知。=0.244（%2/5。a。分）

已知，本題條件下，空氣的粘度＞，=15'10一6m2/$,水的飽和蒸氣壓為uMPa。

一、選擇題（10分）

1,(1)2、⑶3、(2)4,(3)5、(1)6,(3)7,(2)8,(2)9,1)

10.(1)

二、多項(xiàng)選擇題（5分）

1、ACD2、AC3、BC4、ABC5、ABI）

三、判斷對(duì)錯(cuò)（對(duì)的打“錯(cuò)的打“X”）（5分）

1、J2、X3、J4、45、4

四、簡(jiǎn)答題（40分）

4.質(zhì)量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)，摩爾濃度與摩爾分?jǐn)?shù)有何不同，它們之間關(guān)系如何？（10分）

答：?jiǎn)挝惑w積混合物中含某組分的質(zhì)量稱某組分的質(zhì)量濃度，質(zhì)量濃度的單位為

%、,單位體枳混合物中含某組分的摩爾數(shù)稱為某組分的摩爾濃度,摩爾濃度。A、。召單

位為〃啖3。

混合物中某組分的質(zhì)量與混合物息質(zhì)量之比，稱為該組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)a。

混合物中某組分摩爾數(shù)與混合物總摩爾數(shù)之比，稱為該組分的摩爾分?jǐn)?shù)x。

質(zhì)量濃度與摩爾濃度的關(guān)系為：pA=CAMAf式中M為組分A的分子量。

質(zhì)量分?jǐn)?shù)a與摩爾分?jǐn)?shù)x之間的關(guān)系為：/=—/"/aA=—土也一

5.某組分的絕對(duì)速度，擴(kuò)散速度和平均速度表示什么意義？（10分）

答：在多組分的傳質(zhì)過(guò)程中，各組分均以不同的速度運(yùn)動(dòng)。設(shè)系統(tǒng)有A、B兩組分組成，組

分AB通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)任一靜止平面的速度以、/，該二元混合物通過(guò)此平面的速度為u或小

（V以質(zhì)量為基準(zhǔn)，%以摩爾為基準(zhǔn)），它們之間的差值為以一口，以-口或丫4一匕”，以一心，

在上述過(guò)程中，以、也分別表示實(shí)際移動(dòng)速度，稱為絕對(duì)速度，分別代表混合物的移動(dòng)速

度，稱為平均速度，而以一^，為一u或以-匕”、以一小分別代表組分相對(duì)于主體的流動(dòng)

速度和移動(dòng)速度，稱為擴(kuò)散速度。

6.分子傳質(zhì)（擴(kuò)散）與分子傳熱（導(dǎo)熱）有什么不同？（10分）

答：導(dǎo)熱是熱量有高溫度區(qū)向低溫度區(qū)流動(dòng)。此時(shí)在熱流方向上，僅存在熱的流動(dòng)而不存在

流體的速度問題。而分子擴(kuò)散中，由于流體內(nèi)一個(gè)或數(shù)個(gè)組分的分子由高濃度向低濃度區(qū)移

動(dòng)，各組分的分子擴(kuò)散速度不同，故出現(xiàn)了各組分之間的相對(duì)流動(dòng)速度以及整個(gè)混合物的運(yùn)

動(dòng)速度。但分子移動(dòng)所留下的空隙須由流體來(lái)補(bǔ)充，于是整個(gè)介質(zhì)也必定處于宏觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài),

也就出現(xiàn)了由于擴(kuò)散所產(chǎn)生的各組分及整個(gè)混合物的宏觀運(yùn)動(dòng)速度問題。

4.試簡(jiǎn)述雙膜模型、溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型的主要論點(diǎn)。（10分）

答：雙膜模型的基本論點(diǎn)是：互不混溶的兩相流體在進(jìn)行傳質(zhì)時(shí)，在流體界面兩側(cè)分別存在

一個(gè)層流膜，傳質(zhì)阻力全部集中在膜內(nèi)，在膜內(nèi)只有垂直于流體流動(dòng)方向的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散;

在相界面上，兩相處于平衡狀態(tài)，不存在傳質(zhì)的阻力；流體主體的運(yùn)動(dòng)速度影響著層流膜的

厚度，在層流膜外，由于強(qiáng)烈的湍流而使膜外的主體濃度均勻，傳質(zhì)阻力很小，可忽略不計(jì)。

溶質(zhì)滲透模型，考慮了雙膜模型所忽略的、形成濃度梯度的過(guò)渡時(shí)間，認(rèn)為相際傳質(zhì)過(guò)程

是兩相之間反復(fù)而短暫的接觸過(guò)程，由于接觸時(shí)間很短，流體內(nèi)尚未能形成穩(wěn)態(tài)的濃度分布,

溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散也不可能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在該接觸時(shí)間內(nèi)，存在溶質(zhì)由相界面向液膜深

度的方向逐步滲透的不穩(wěn)定階段。

表面更新模型的主要論點(diǎn)是；氣液進(jìn)行相際傳質(zhì)時(shí)，液相可以分成“界面”和“主體”兩

個(gè)區(qū)域。在界面區(qū)，質(zhì)量傳遞按滲透理論進(jìn)行，但與滲透模型不同的是界面上的微元并不固

定，而是不斷地和主體區(qū)發(fā)生交換而使得表面不斷更新。在主體區(qū)，液體濃度均勻?致，但

由渦流帶到界面上的液體微元，暴露時(shí)間并不相等，而是存在一個(gè)隨機(jī)的年齡分布，界面上

各種不同年齡的液面單元都存在，只是年齡越大者，占據(jù)的比例越小

五、計(jì)算題（40分）

1、求1.013X105Pa氣壓下，298K的空氣與飽和水和水蒸氣的混合物中的水蒸氣濃度。已

知該溫度下飽和水蒸氣壓強(qiáng)pA=0.03168X105Pa,水的相對(duì)分子質(zhì)量MA=18,空氣相對(duì)分子

質(zhì)量MB=28.9。（10分）

解：空氣的分壓：

55

pB=P-PA=1.01325xlO-0.03168xlO=0.9816x10

水蒸氣濃度：

（1）摩爾分?jǐn)?shù)

=^=09816x100()313

P1.01325xlO5

（2）質(zhì)量分?jǐn)?shù)

4叫二工產(chǎn)人=__________0.0313X18__________

=0.0197

/以+/WB4%+（1一/）%-0.0313x18+(1-0.0313)x28.9

（3）物質(zhì)的量濃度

P0.03168xlO5

A=1.28w<?7/

而一8.314x298

(4)質(zhì)量濃度

3

pA=CAMA=1.28X18=23^/W

2、在鋼水底部鼓入氮?dú)?，設(shè)氣泡為球冠形，其曲率半徑個(gè)為0.025cm。氮在鋼水中的擴(kuò)散

系數(shù)/5乂10-40112人，若氣-液界面氮的濃度為0.011斬鋼水內(nèi)部氮的濃度為0.001%。試

根據(jù)溶質(zhì)滲透理論計(jì)算氮在鋼水中的傳質(zhì)流密度。設(shè)鋼水密度為7.Ig/cm3。（10分）

e=2居

解：根據(jù)溶質(zhì)滲透理論，傳質(zhì)系數(shù)可由V7tz求出；

t=d_

式中，［為氣泡與鋼液的平均接觸時(shí)間，—u,

對(duì)于球冠形氣泡其上浮速度：v=-Ji7=-x7980x0.025=3.3cm/s

3"3

所以t=0.025/3=0.0076s,傳質(zhì)系數(shù)：K,-2xJ—----------0.29c?n/s

dv3.14x0.0076

傳質(zhì)流密度:

029x-42

n=kdp((os-ty0)=7.1x(0.000)1-0.00001)=2.06x10g/(cm/5)

3、溫度為280K的水以1.5m/s的流速在內(nèi)壁上掛有玉桂酸的圓管內(nèi)流動(dòng)，圓管內(nèi)徑為50mm。

已知玉桂酸溶于水的施密特準(zhǔn)數(shù)Sc=292Q試用雷諾數(shù)計(jì)算充分發(fā)展后的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)。

（10分）

已知在280K水的物性分別為："=1.45x10-3尸々.￡0=1000&g/陽(yáng)3。又已知，當(dāng)流體在

管內(nèi)進(jìn)行湍流流動(dòng)時(shí)，其摩擦阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式可以表示為：

Cf=0.046Re"

「dv^p0.05x1.5x1