传递过程原理作业题和答案要点.doc

《化工传递过程原理（Ⅱ）》作业题 粘性流体在圆管内作一维稳态流动。设r表示径向距离，y表示自管壁算起的垂直距离，试分别写出沿r方向和y方向的、用（动量通量）＝-（动量扩散系数）×（动量浓度梯度）表示的现象方程。 1．1-1) 解： (，， 0 (，, 0) 试讨论层流下动量传递、热量传递和质量传递三者之间的类似性。 2. (1-3) 解：从式（1-3）、（1-4）、（1-6）可看出： （1-3） （1-4） （1-6） 它们可以共同表示为：通量 = －（扩散系数）×（浓度梯度）； 扩散系数 、、具有相同的因次，单位为 ； 传递方向与该量的梯度方向相反。 试写出温度t对时间的全导数和随体导数，并说明温度对时间的偏导数、全导数和随体导数的物理意义。 3.（3-1） 解：全导数： 随体导数： 物理意义： ——表示空间某固定点处温度随时间的变化率； ——表示测量流体温度时，测量点以任意速度、、 运动所测得的温度随时间的变化率 ——表示测量点随流体一起运动且速度、、时，测得的温度随时间的变化率。 有下列三种流场的速度向量表达式，试判断哪种流场为不可压缩流体的流动。 （1） （2） （3） 4.（3-3） 解：不可压缩流体流动的连续性方程为：（判据） 1. ，不可压缩流体流动； 2. ，不是不可压缩流体流动； 3. 某流场可由下述速度向量式表达： 试求点（2，1，2，1）的加速度向量。 5. （3-6） 解： ∴ 流体在两块无限大平板间作一维稳态层流。试求算截面上等于主体流速ub的点距板壁面的距离。又如流体在圆管内作一维稳态层流时，该点与管壁的距离为多少？ 6. （4-2）解：（1）两块无限大平板间的一维稳态层流的速度分布为： 取， 则 则与主体流速速度相等的点距板壁面的距离为： （2）对于圆管的一维稳态层流，有 取，解之得： 某流体运动时的流速向量用下式表示： 试导出一般形式的流线方程及通过点（，） 由 分离变量积分，可得： 此式即为流线方程的一般形式： 将点（2，1）代入，得： 已知某不可压缩流体作平面流动时的速度分量，，试求出此情况下的流函数。 8. （4-9） 解： 常压下温度为20℃的水，以每秒5米的均匀流速流过一光滑平面表面，试求出层流边界层转变为湍流边界层时临界距离xc值的范围。 常压下20℃水的物性：， 9. （5-1）解： ∵ ∴ 常压下，温度为30℃的空气以10m/s的流速流过一光滑平板表面，设临界雷诺数为3.2×105，试判断距离平板前缘0.4m及0.8m两处的边界层是层流边界层还是湍流边界层？求出层流边界层相应点处的边界层厚度。 此题条件下空气的物性：， 10. （5-3）解：（1） ∴ 为层流边界层 （2） ∴为湍流边界层 温度为20℃的水，以1m/s的流速流过宽度为1m的光滑平板表面，试求算： 距离平板前缘x=0.15m及x=0.3m两点处的边界层厚度； x=0～0.3m；物性见第9 题 11．（5-4） 解：（1） ∴ 为层流边界层