冶金传输原理课后习题答案

【篇一：冶金传输原理课后答案(朱光俊版,第一章)】/m3 10001?273

prt

prtprt1-16 , r=(1) (2)

1-21 dvxdy6501

0.5?0.001

dvx dy=

vd1-23,,o=vx=hdy0.181.3?0.001=0.1385?1000 1/s

dvx dy=1.011?1030.1385?107.2 pa.s

【篇二：《冶金传输原理》吴铿编质量传输习题参考答

案】

s=txt>1. 解：（1）?ch4?

ych4mch4

ych4mch4?yc2h6mc2h6?yc3h8mc3h8?yco2mco2

?90.27%

（2）?ych4mch4?yc2h6mc2h6?yc3h8mc3h8?yco2mco2?16.82 （3）pch4?ych4p?9.62?104pa

2. 解：

dab?

1/3b

1/3pva?v?1.56?10?5m2/s

3. 解：ch4的扩散体积2

4.42，h2的扩散体积7.07

dab?

1/3b

1/3pva?v?3.19?10-5m2/s

4. 解：（1）v??co2vco2??o2vo2??h2ovh2o??n2vn2?3.91m/s （2）vm?yco2vco2?yo2vo2?yh2ovh2o?yn2vn2?4.07m/s （3）jco2??co2?co2???

mco2pco2

rtpco2rt

co2

????0.212kg/?m2?s? ?

（4）jco2?cco2?co2??m?

????

co2

??m??5.33mol/?m2?s? ?

5. 解：（1）21% （2）21%

m?15.46kg （3）m?nm?rtm

（4）?o2??0.117kg/m3

（5）?n2??0.378kg/m3

（6）?空气??0.515kg/m3

（7）c空气?

?空气

?17.4mol/m3

（8）29.6g/mol

（9）pn2?yn2p?7.9?104pa

6. 证明：?a?

manamaxama

mnama?nbmbxama?xbmb

得证。

7. 证明：根据第6题的结果，微分。过程略。

第十七章习题参考答案（仅限参考）

17-1由控制体流出的组分a的净质量流率+控制体内组分a质量积累的净质量流率-控制体内组分a通过反应生成的净质量流率=0

g1?g2?g3?0

组分a沿y轴方向从左侧流入微元体，从右侧流出，它们的质量流率分别为：

(?a?a?jay)dxdz

[(?a?a?jay)?

?(?a?a?jay)

dy]dxdz

所以组分a沿y轴方向流出与流入微元体的质量流率差为：

[

于是，可以得出g1：

?(?a?a)?jay

?]dxdydz ?y?y

g1?{[

?(?a?a)?jax?(?a?a)?jay?(?a?a)?jaz

?]?[?]?[?]}dxdydz ?x?x?y?y?z?z

组分a在微元体内积蓄的质量流率g2：

g1?

??a

dxdydz ?t

控制体内组分a的化学反应生成速率为ra，化学反应对控制体内a 的质量速率g3为：

g3?radxdydz

根据质量守恒定律，得到质量传输平衡方程：

?(?a?a)?(?a?a)?(?a?a)?jax?jay?jaz??a

???????ra?0 ?x?y?z?x?y?z?t

有费克第一定律得：

jax??d

对于不可压缩流体：

??a??a??a

；jay??d；jaz??d ?x?z?y

??a??a??a??a?2?a?2?a?2?a

?vx?vy?vz?d(2??)?ra 22?t?x?y?z?x?y?z

根据随体导数定义：

d?a?2?a?2?a?2?a

?d(2??2)?ra dt?x?y2?z

若传质时，介质为静止流体或固体，并且控制体内无化学反应，则可得到：

??a?2?a?2?a?2?a

?d(2??) ?t?x?y2?z2

上式则为组分a在静止组分b中无化学反应的三维非稳态扩散方程 17-2

通常在扩散空间中没有反应，故ra?0。因此，表面反应为硅薄层通过sih4沉积到硅表面.扩散区域的气体与外界不相混，由此可知分子扩散占主要地位。流入气体sih4的量远远超过反应消耗的量，因此可将扩散区域内的sih4浓度视为常数。sih4流密度的方向在空间沿

单一的z方向。硅薄片的厚度与z方向上扩散途径的长度?几乎无关，即?实质上为常数。扩散区域内的传质过程为稳态过程。

sih4流密度（a组分）在z方向上呈线性，气体混合物中有三种组分。考虑相对于固定坐

标空间的质量和摩尔流密度式na??cdab?ya?ya(na?nb)可得：

naz??cda?mix

dya

?ya(naz?nbz?ncz) dz

式中，da?mix是sih4在氢气（b组分）、惰性气体（c组分）的

混合气体中的扩散系数，c为体系的总摩尔量。

气体反应物流密度与气体生成物流密度方向相反。硅薄层表面上的

化学反应计量数提供了

sih4与各扩散组分之间的关系为：

naz1

?? nbz2

由于无传质沉淀

ncz?0。

将前面的带入到naz??cda?mix

naz

或

dya

?ya(naz?nbz?ncz)可以得到： dz

??cda?mixa?ya(naz?2naz?0)

naz??

cda?mixdya

1?yadz

第十八章习题参考答案

18-1

解：na?

dab(pa1?pa2)

rt(z2?z1)

p?1.01325?105pa,z2?z1?0.1m,t?294kpa1?pa2?(dab

0.8?0.4

)?1.013125?105?337701.2

?0.763?10?4m2/s

所以na?0.0105mol/(m2?s)

18-2

解：由公式16-6

dab?

pva?vb

dab

?6.05?10?5m2/s ?

0.98?41.1?18-3

解：此处由气体通过固体平板计算：

niz?p?

?q??

p??p0exp?p? ??

代入数据可得

niz?0.0031

18-4

c?caw?wa

?as?erf解：as

cas?ca0was?wa0

【篇三：材料加工冶金传输原理习题答案】

顿粘性定律（计算题）

第三章：连续性方程、伯努利定律（计算题）

第四章：雷诺系数、水头损失（计算题）

第九章：p109 9-14的公式

第十章：影响对流换热的因素（简答）

第十一章：辐射换热与导热及对流换热的不同点（简答）

第十四章：等摩尔逆向扩散（简答）

(黄色标注为老师上课讲过的题目) 第一章流体的主要物理性质

1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。它包括液体和气体。

流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：

??g??g?900?9.8?8820(n/m3) v

∴质量体积为??1

??0.001(m3/kg)

1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2mn／m2时体积为995cm3，当压强为1mn／m2时体积为1000 cm3，问它的等温压缩率kt为多少?

解：等温压缩率kt公式(2-1): kt??1??v? ??v??p?t

将v=1000cm3代入即可得到kt=5*10-9pa-1。

注意：式中v是指液体变化前的体积

1.6 如图1.5所示，在相距h＝0.06m的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是

另一种油的粘度的2倍。当薄板以匀速v＝0.3m/s被拖

动时，每平方米受合力f=29n，求两种油的粘度各是多

少?

解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力

为

?yx?f???0 ay

平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即

f??合??1?0

h/2??2?0

h/2?6??0

第二章流体静力学（吉泽升版）

2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点?

解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。

2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何?

解：流体静压强指单位面积上流体的静压力。

静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。

2-3写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。解:流体静力学基本方程为：z1?p1

??z2?p2

?或p?p0??gh?p0??h

同一静止液体中单位重量液体的比位能可以不等，比压强也可以不等，但比位能和比压强可以互换，比势能总是相等的。

2-4如图2-22所示，一圆柱体d＝0.1m，质量m＝50kg．在外力

f＝520n的作用下压进容器中，当h=0.5m时达到平衡状态。求

测压管中水柱高度h＝? 解：由平衡状态可知：

（f?mg)??g(h?h) ?(d/2)2

代入数据得h=12.62m

2.5盛水容器形状如图2.23所示。已知hl＝0.9m，h2＝0.4m，h3＝1.1m，h4＝0.75m，h5＝

1.33m。求各点的表压强。

解：表压强是指：实际压强与大气压强的差值。

p1?0(pa)

p2?p(pa) 1??g(h1?h2)?4900

p(pa) 3?p1??g(h3?h1)??1960

p4?p(pa) 3??1960

f3f2??gh?22 p(pa)dd5?p4??g(h5?h4)?7644???????????2??2? 2-6两个容器a、b充满水，高度差为a0为测量它

们之间的压强差，用顶部充满油的倒u形管将两

=900kg／m3，h＝0.1m，a＝0.1m。求两容器中的

压强差。

解：记ab中心高度差为a，连接器油面高度差为h，b球中心与油面高度差为b；由流体静力学公式知：

p2??水gh?p4??油gh

pa?p2??水g（a?b)

pb?p4??水gb

?p?pa?pb?p2?p4??水ga?1079.1pa

2-8一水压机如图2.26所示。已知大活塞直径d＝

11.785cm，小活塞直径d=5cm，杠杆臂长a＝15cm，b＝

7.5cm，活塞高度差h＝1m。当施力f1＝98n时，求大活

塞所能克服的载荷f2。

解：由杠杆原理知小活塞上受的力为f3：f3?b?f?a

由流体静力学公式知：

f3f2??gh? 22?(d/2)?(d/2)

∴f2=1195.82n

如果不计盖板自重以及盖板与铰链间的摩擦力，问开起盖板的力t

为

解：建立如图所示坐标系oxy，o点在自由液面上，y轴沿着盖板壁面斜向下，盖板面为椭圆面，在面上取微元面da,纵坐标为y，淹深

df??ghda??gysin?da

板受到的总压力为

f??df??gsin??yda??gsin?yca??hca

压力中心距铰链轴的距离为：

a3bjch0d1l?yc?????0.44h0?ycasin45?2sin45???a???absin45 ????

x=d=0.6m,由理论力学平衡理论知，当闸门刚刚转动时，力f和t对铰链的力矩代数和为零，即：

?m?fl?tx?0

故t=6609.5n

ao垂直放置，b端封闭，管中盛水，其液面到o点的距离l2＝

0.23m，

此管绕ao轴旋转。问转速为多少时，b点的压强与o点的压强相同?ob段中最低的压强是多少?位于何处?

相对静止液体压强分布为：

p?p0???2r2

2??z

以a点为原点，oa为z轴建立坐标系

o点处面压强为p0?pa??gl2

b处的面压强为pr2

b?pa???2

2??gz

其中：pa为大气压。r?l1sin45?,z?l1cos45??l2

ob中的任意一点的压强为

p??2r2

p??

a????2?g(r?l2)??

对上式求p对r的一阶导数并另其为0得到，r?g

即ob中压强最低点距o处l??45??0.15m

代入数据得最低压强为pmin=103060pa

第三章习题（吉泽升版）

x ?u z ?? 33.1已知某流场速度分布为 u x ? 2 , u y ? ? 3 y ,z ，试求过点(3，1，4)的流线。

解：由此流场速度分布可知该流场为稳定流，流线与迹线重合，此流场流线微分方程为：

即：

3求解微分方程得过点(3,1,4)的流线方程为： ??(x?2)y?1?

3??(z?3)y?1

333.2试判断下列平面流场是否连续? ux?xsiny,uy?3xcosy

解：由不可压

缩流体流动的空间连续性方程（3-19，20）知：

，

3.4三段管路串联如图3.27所示，直径d1=100 cm，

d2=50cm，d3＝25cm，已知断面平均速度v3＝10m/s，

求

v1,v2，和质量流量(流体为水)。

解：可压缩流体稳定流时沿程质量流保持不变，

质量流量为： m???q??水v3a3?490?kg/s?