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传递原理1
广西科技大学2013-2014年第一学期
《化工传递过程基础》期末考试试卷
一、填空题(2分每空共20分)
1、随体导数的物理意义。
2、在奈维-斯托克斯方程中,对流体流动起决定作用的是和
。
3、是指由于流体的宏观运动,流体各部分之间发生相对位移,冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
4、不可压缩流体的能量方程为。
5、质量传递的方式可分为和。
6、组分的总传质通量=+。
7在某一组分通过另一停滞组分的稳态扩散的扩散通量表达式中,
(漂流因数),反映了
。
二、选择题(2分每题共10分)
1、不可压缩流体的连续性方程为()
A、
B、
C、
D、
2、在推导连续性方程和运动方程时,分别采用的观点是()
A、拉格朗日观点欧拉观点B、欧拉观点拉格朗日观点
C、拉格朗日观点拉格朗日观点D、欧拉观点欧拉观点
3、关于热量传递,说法错误的是()
A、热传导是介质内无宏观运动时的传热现象。
B、对流传热只能发生在有流体流动的场合。
C、辐射传热的机理与导热和对流传热相同,均需在介质中进行。
D、通常将运动流体与固体壁面之间的热量传递过程统称为对流传热。
4、对流传质系数kc的影响因素中,最为显著的影响因素是()
A、界面的几何形状B、流体的物性C、流型D、浓度差
5、关于分子传质与对流传质,下列说法正确的是()
A、分子传质过程一直进行到各物质的浓度完全均匀为止,此时通过任一界面的物质的净扩散通量为零,扩散过程停止。
B、在气体中的分子扩散中,组分A通过停滞组分B扩散时的浓度分布为直线,等分子反方向扩散的浓度分布为对数型。
C、对流传质的速率与质量传递的特征因素有关,而与动量传递的动力学因素无关。
D、当两不互溶流体相接触时,组分由一流体向相界面传递,然后通过相界面向另一相中的流体传递的过程则为两相的对流传质。
三、判断题(1分每题共10分)
1、对于非均质流体,由于空间各点单位体积所包含的的流体质量数值不同,流体的密度可用某一点处的值(点密度)表示。
()
2、动量、热量和质量传递既可由分子的微观运动引起,也可由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。
()
3、欧拉观点的着眼点不是流体空间上的固定点,而是流体运动的质点或微团,研究每个流体质点自始至终的运动过程。
()
4、圆管中的流体采用柱坐标系,而对于绕过球体的爬流则采用球坐标系。
()
5、微细粒子在流体中的自由沉降气溶胶粒子的运动以及某些润滑问题均属于典型的爬流问题。
()
6、产生边界层分离的必要条件有两个:
一是物面附近的流动区域中存在逆压梯度,二是流体的黏性。
只要两个因素都有,就一定会产生边界层分离。
()
7、黏性对流体的湍动起制约作用。
此外,湍流现象的产生仅与流动的内在因素有关,与外界因素无关。
()
8、在湍流中,雷诺应力比黏性应力大得多,因此,对湍流而言,在许多场合仅考虑雷诺应力而忽略黏性应力。
()
9、导热在固体、液体和气体中都可以发生,且它们的导热机理也相同。
()
10、距平板前缘的局部对流传热系数与温度边界层厚度成反比。
()
四、简答题(共20分)
1、热量传递和质量传递的基本方式分别有哪些?
(4分)
2、平板上边界层流动有哪些特点?
在对边界层流动的分析中应选取哪两个标准量阶?
(8分)
3、湍流与层流有什么不同?
湍流的主要特点是什么?
(8分)
五、计算题(10分每题共40分)
1、圆筒形多孔管内不可压缩流体沿径向的流动可用如下速度分布描述:
ur=−
(C为常数),uθ=uz=0,试证明此速度分布满足连续性方程式。
2、某黏性流体的速度场为u=5x2yi+3xyzj−8xz2k已知流体的动力黏度μ=0.144Pa.s,在点(2,4,–6)处的法向应力τyy=−100N/m2,试求该点处的压力和其他法向应力与剪应力。
3、有一厚度为L(x方向)的固体大平板,其初始温度为t0,突然将其与x轴垂直的两端面的温度升至ts,并维持此温度不变。
已知平板内只发生沿x方向的导热。
试由一般化的热传导方程式(6-27)出发,简化成上述情况下的热传导方程,并写出定解条件。
4、有一含有可裂变物质的圆柱形核燃料长棒,其内部单位体积中的中子生成的速率正比于中子的浓度,试写出描述该情况的传质微分方程,并指出简化过程的依据。
试题答案
一、填空题
1、流场中流体质点上的物理量随时间和空间的变化率
2、惯性力;黏性力
3、对流传热
4、
5、分子传质;对流传质
6、分子扩散通量;主体流动通量
7、主体流动对传质速率的影响
二、选择题
1、D2、B3、C4、C5、D
三、判断题
1-5√√×√√6-10××√×√
四、简答题
1、答:
热量传递的基本方式有:
热传导、对流传导、辐射传导;质量传递的基本方式有:
分子传质、对流传质。
2、答:
研究表明,大Re数下的边界层流动有以下两个重要性质:
⑴与物体的特征尺寸相比,边界层的厚度要小得多;⑵边界层内黏性力与惯性力的量级相同。
选取如下两个标准量阶:
①取x为距离的标准量阶,外流速度u0为流速的标准量阶,以符号O表示,这两个物理量的量阶相当;②取边界层厚度为另一个量阶。
3、答:
(1)层流是在低临界雷诺数下发生的,而湍流是在高雷诺数下发生的;
(2)层流时的流体是规则地层层向下游流动,层与层之间的质点互不混合;而湍流时流体的质点是杂乱无章地沿各个方向以大小不同的流速流动,发生强烈地混合;(3)层流中仅存在粘性力和质量力,而湍流中除上述力外,还存在着由于流体质点脉动所产生的雷诺应力;(4)层流中速度分布呈现抛物线形式,而湍流时由于流体质点在主流方向之外存在的高频脉动会使流体的速度分布远较层流均匀;(5)湍流时在壁面附近处存在着层流内层和缓冲层。
湍流主要特点:
①质点的脉动是湍流最基本的特点;②湍流的流动阻力要远远大于层流阻力;③在与流动垂直的方向上流体的速度分布较层流均匀。
五、计算题
1、解:
稳态下不可压缩流体柱坐标系的连续性方程为
将速度分布式代入上式,得
满足连续性方程。
2、解:
依题意,ux=5x2y,uy=3xyz,uz=-8xz2
·u=10xy+3xz-16xz
=10xy,
=3xz,
=-16xz
因为τyy=-p+2μ
-2/3μ
所以p=-τyy+2μ
-2/3μ
代入点(2,4,-6),有
p=-(-100)+2×0.144×(-36)-2/3×0.144×236=67N/m2
所以τxx=-p+2μ
-2/3μ
=-66.6N/m2
同理τzz=-p+2μ
-2/3μ
=-34.4N/m2
τxy=τyx=μ
=0.144×[5×2×2+3×4×(-6)]=-7.5N/m2
τyz=τzy=μ
=0.144×3×2×4=3.5N/m2
τzx=τxz=μ
=0.144×(-8×36)=-41.5N/m2
3、解:
热传导方程式(6-27)为
①固体平板内无热源,
=0
②平板内只发生x方向的导热,
从而热传导方程化为
定解条件为
θ=0,t=t0(对于任何x);
x=0,t=ts(θ>0);
x=L,t=ts(θ>0)
4、解:
描述该情况可采用一般化的柱坐标系传质微分方程
对于固体中的传质
由于燃料棒细长
即
圆柱体轴对称
中子生成的速率正比于中子的浓度
简化可得
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- 传递 原理