化工传递过程基础简答题

化工传递过程基础简答

题

Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

化工传递过程基础简答题

1、如何从分子传质和边界层理论两个角度理解三传之间存在的共性 答：（1）通量=－扩散系数×浓度梯度

（2）动量、热量、和质量的扩散系数的量纲相同，其单位均为m2/s

（3）通量为单位时间内通过与传递方向相垂直的单位面积上的

动量、热量和质量各量的量的浓度梯度方向相反，故通量

的表达式中有一负号。

边界层理论：速度、温度、浓度边界层的定义是类似的，它们均为流动方向距离x 的函数。

设流体流动方向为x 方向，垂直壁面的方向为y 方向。

（1）在边界层内（y <δ），受壁面影响，梯度大，不可忽略粘性力、法向热传导或法 向分子扩散。

（2）在层外主流层(y>δ)，梯度基本不变，可以忽略粘性力、法向热传导或法向分扩 散。

（3）通常约定：边界层的厚度为达到主体浓度99%是流动方向距离距离x 的长度。

2、以雷诺类似律为例说明三种传递现象之间的类似。

答：设流体以湍流流过壁面，流体与壁面间进行动量、热量和质量传

递。雷诺假定，湍流主体一直延伸到壁面。设单位时间单位面积上 ，流体与壁面间所交换的质量为M 。单位时间单位面积上交换的动量为；；

)

(s b s b u u M Mu Mu s

-==-τ2b u f s ρτ=

由：

又：

得

单位时间单位面积上交换的热量为

由:

所以 单位时间单位面积上交换的组分A

的质量为 由

联立得 ；

3、简述流体流动的两种观点欧拉法和拉格朗日方法。

答：欧拉观点：着眼于流场中的空间点，以流场中的固定空间点（控制体）为考察对象，研究流体质点通过空间固定点时的运动参数随时间的变化规律。然后综合所有空间点的运动参数随时间的变化，得到整个流场的运动规律

拉格朗日观点：着眼于流场中的运动着的流体质点（系统），跟踪观察每一个流体质点的运动轨迹及其速度、压力等量随时间的变化。然后综合所有流体质点的运动，得到整个流场的运动规律

b u f M ρ2=0=s u ()b b p p s p s q M

c t Mc t Mc t t A -==-()q h t t s b A =-/p

M h c =)(As Ab As Ab A c c c c M M M N -=-=ρρρ)(0As Ab A c c c k N -=0

c M k ρ=0

2b P c f h M u k c ρρ===

4、体系的温度函数为t=f(θ,x,y,z)，写出温度函数t对时间θ的偏导数、全倒数以及随体导数，并说明其各项的含义。

答：t对时间Θ的偏导函数，全体函数及随体导数（见课本34页）

偏导数：表示温度随时间的变化，而其他量不随时间的变化.。

全体导数：表示不同时刻不同空间的温度变化，还与观察者的运动速度有关。

随体导数：流场质点上的温度随时间和空间的变化率。

5、依据流动的边界层理论，简述流体进入圆管中流动时的边界层形成与发展的规律。

答：（1）速度边界层

黏性流体以u0 的流速流进管内, 在壁面附近有一薄层流体，速度梯度很大；在薄层之外，速度梯度很小，可视为零。u0 较小，在管中心汇合依然为层流边界层。汇合以后为充分发展的层流；u0 较大，在汇合之前已发展为湍流边界层。汇合以后为充分发展的湍流。流体的流速沿壁面的法向达到外界流速的99%时的距离为边界层的厚度。

（2）温度边界层

当流体以 u0、t0流进管道，在进口附近形成温度边界层，其形成过程与速度边界层类似。

（3）浓度边界层

当流体流过固体壁面时，若流体与壁面处的浓度不同，则在与壁面垂直的方向上将建立起浓度梯度，该浓度梯度自壁面向流体主体逐渐减小。壁面附近具有较大浓度梯度的区域称为浓度边界层

6、流体在圆管中流动时“流动已充分发展”的含义是什么在什么条件下会发生充分发展的层流，又在什么条件下会发生充分发展的湍流

答：含义：边界层汇合以后的流动

发展成层流：u0 较小，在管中心汇合依然为层流边界层。汇合以后为充分发展的层流

发展成湍流：u0 较大，在汇合之前已发展为湍流边界层。汇合以后为充分发展的湍流

7、惯性力粘性力为何说爬流运动中可忽略惯性力，什么时候却不能简单的忽略粘性力的影响

答：惯性力：质量与加速度的乘积。

粘性力：流动中的气体，如果各层的流速不相等，那么相邻的两个气层之间的接触面上，形成一对阻碍两气层相对运动的等值而反向的摩擦力，其情况与固体接触面间的摩擦力有些相似，叫做粘性力。

因为流体的惯性力与粘性力的比为Re，而流体的黏性较大、特征尺寸较小，或者流苏非常低的情况，Re数很小，即粘性力起主导作用，即可忽略惯性力。

在流体流动的边界层内不能忽略粘性力的影响。

8、当流体绕过物体运动时，什么情况下会出现逆向压力梯度是否存在逆向压力梯度条件下一定会发生边界层分离为什么答：（1）、在外部势流及边界层内的流动均处于减速加压的状态下，即流动方向流速递减，压力增加的强下会出现逆压梯度。

（2）不一定，发生边界层分离的两个条件是逆压梯度和流体具有粘性，二者缺一不可。

当主流流体和边界层中的流体均处于减速加压状态下时，出现逆压力梯度。在存在逆向压力梯度条件下，只有当存在停滞点即在该点速度能消耗殆尽，速度为零，压力较上游大时，才出现边界层分离现象。