《热质交换原理与设备》习题答案(第2章)
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第二章
1、答:单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。传质通量等于传质速度与浓度的乘积。
以绝对速度表示的质量通量:,,A A A B B B A A B B m u m u m e u e u ρρ===+ 以扩散速度表示的质量通量:(),(),A A A B B B B A B j u u j u u u j j j ρρ=-=-=+
以主流速度表示的质量通量:1()()
A A A A
B B A A B e u e e u e u a m m e ⎡⎤
=+=+⎢⎥⎣⎦
()B B A B e u a m m =+
2、答:碳粒在燃烧过程中的反应式为22C O CO +=,即为1摩尔的C 与1摩尔的2O 反应,生成1摩尔的2CO ,所以2O 与2CO 通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。
3、从分子运动论的观点可知:D ∽31
2
p T -
两种气体A 与B 之间的分子扩散系数可用吉利兰提出的半经验公式估算:
4
10D -=
若在压强
5
001.01310,273P Pa T K =⨯=时各种气体在空气中的扩散系数0D ,在其他P 、T 状态下的扩散系数可用该式计算32
00
0P T D D P T ⎛⎫
= ⎪⎝⎭
(1)氧气和氮气:
2233025.610/()32o V m kg kmol μ-=⨯⋅= 223331.110/()28N N V m kg kmol μ-=⨯⋅=
52
5233 1.5410/1.013210(25.631.1)D m s -==⨯⨯⨯+
(2)氨气和空气:
51.013210P Pa =⨯ 25273298T K =+=
5
0 1.013210P Pa =⨯ 0273T K =
3221.0132980.2()0.228/1.0132273D cm s
=⨯⨯=
2-4、解:气体等摩尔互扩散问题
12423
0.610(160005300)
()0.0259/()8.3142981010A A A D N P P kmol m s RT z --⨯⨯-=-==⋅∆⨯⨯⨯
m 2s
R 0通用气体常数单位:J/kmol ﹒K
5、解:250
C 时空气的物性:
35
1.185/, 1.83510,kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ 6242015.5310/,0.2210/m s D m s υ--=⨯=⨯
32
4200066
4
0.2510/40.08
Re 2060515.531015.53100.62
0.2510o c P T D D m s
P T u d v v S D ----⎛⎫
==⨯ ⎪⎝⎭⨯=
==⨯⨯===⨯
用式子(2-153)进行计算
0.830.440.830.444
0.0230.023206050.6270.95
70.950.25100.0222/0.08
m e c m m sh R S sh D h m s
d -==⨯⨯=⨯⨯===
设传质速率为A G ,则
211
2
20000()()()
4
4ln
4A A A m A s A A l
A
m A s A
A s A m A s A dG d dx h d u d du d dx h du l h ρρπ
πρρρρρρρρρρ⋅⋅⋅⋅=-==--=-⎰⎰
2-6、解:20℃时的空气的物性:(注:状态不同,D 需修正)
353
35
2
2
442
005
05
5
4
1.205/, 1.8110,
1.013102930.22100.2410/1.0132102730.053 1.205
Re 99901.81101.81100.626
1.2050.2410o c kg m Pa s P T D D m s P T u d
v S D ρμρμρ------==⨯⋅⎛⎫⨯⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⨯⨯=
=
=⨯⨯===⨯⨯
(1)用式0.830.44
0.023m
e c sh R S =计算m h 0.830.444
0.02399900.6260.24100.01875
0.05m m sh D h d -⨯⨯⨯⨯===
(2)用式13
3
4
0.0395e c sh R S =计算m h
13
4
3
4
0.0395(9990)(0.626)0.24100.01621/0.05m sh D h m s
d -⨯⨯===
2-7、错解:氨在水中的扩散系数92
1.2410/D m s -=⨯,空气在标准状态下的物性为;
3535
91.293/, 1.7210,
Pr 0.708, 1.00510/()
1.721010727.74
1.293 1.2410p c kg m Pa s c J kg k S D ρμμρ----==⨯⋅==⨯⋅⨯===⨯⨯
由热质交换类比律可得
23
1Pr m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⎝⎭
2
23
3
5
1Pr 560.7087.0410/1.293100110727.74m p c h m s h c S ρ-⎛⎫⎛⎫==⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭
✧ 1)(第3版P25)用水吸收氨的过程,气相中的NH3(组分A )通过不扩散的空气(组
分B ),扩散至气液相界面,然后溶于水中,所以D 为NH3在空气中的扩散。 ✧ 2)刘易斯关系式只对空气——水系统成立,本题为氨——空气系统,计算时类比关系
不能简化。
✧ 3)定压比热的单位是J/kgK
正解:组分A 为NH3,组分B 为空气,空气在0℃时物性参数查附录
3-1
)2-2P36(/102.0708
.0Pr 664
.0102.01028.13244
6
表查s m D D S c ---⨯===⨯⨯==υ
23
1Pr m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⎝⎭
h m s m Sc c h h p
m /10161/98.44708.0664.0005.1293.156Pr 33
/23
/2⨯==⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎭
⎫ ⎝⎛⋅=
--ρ
8、解:
32
5
100.04036/8314(27325)i CO P C kmol m RT ===+
22N CO C C =
2
2222
0.5
N N CO N CO C x x C C ==
=+