化工传递过程 试题与解答 一

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“k z

j y i x ∂∂+∂∂+∂∂=∇”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

θ

∂∂

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z ω正比于特征量（ a ）。

a

y

u x

u x

y ∂∂-∂∂ b

y

u x

u x y ∂∂+

∂∂ c

x

u y

u x y ∂∂-

∂∂

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 1:1

b 1:2

c 2:1

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 i r ii u '-=ρτ

b 2ιρτu r

ii '-= c j i r ii

u u ''-=ρτ 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h α可表示为（ c ）。

a dy du l h =α

b 2

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛=dy du l h α c dy

du l h 2=α

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 1S >c

b 1

c c 1=Sc

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 c

k ρα=，22=∆∆θαx 而得到某

边界节点温度方程为 1'

-=n n t t ，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 常数=∂∂=0

2

2y y t

。

（ 误 ）

9．若定义彼克列(Peclet)准数描述流动对扩散的影响：AB

D L

u Pe 0=

，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c k 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， ()dy

u d ρντ-=、(

)dy

t c d A

q p ρα

-=、dy

d D J

A

AB

A

ρ-=，

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 z u u r u u r u r u u u r

z

r r r 'r

∂∂+-∂∂+∂∂+∂∂2θθθθ

()⎭

⎬⎫

⎩⎨

⎧∂∂+∂∂-∂∂+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂+∂∂-=2222

22211z u u r u r ru r r r

r p r

r r r θθυρX θ θ分量

z

u u r u u u r u r u u u z r r

'

∂∂+-∂∂+∂∂+∂∂θ

θθθθθθθ ()⎭⎬⎫⎩⎨⎧∂∂+∂∂-∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂+∂∂-=2222222111z u u r u r ru r

r r p

r r θθθθθθυθρX z 分量

z

u u u r u r u u u z

z z z r 'z ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂θθθ ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+∂∂-=22222111z u u r r u r r r z p

z z z z θυρX 连续方程：

()()()011=∂∂+∂∂+∂∂

+

∂∂z r u z

u r ru r r 'ρρθρθρθ 式中θ'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r max 的表达式。 解：

取流动为z 方向，对不可压缩流体有 常数=ρ，稳态流动，对任意物理量A 有

0=∂∂'

A

θ，考虑重力的水平分量为零，并忽略圆管内重力影响有 0===z r X X X θ 套管环隙内稳态层流有，0=r u ，0=θu ，，r u

r 0=∂∂ ，u 0=∂∂θ

θ连续方程化简为

0=∂∂z u z ，考虑到流动对称，022=∂∂θ

z

u ，代入N-S 方程得到：