化工传递过程复习
“化工传递过程”复习大纲
一课程基本内容
(1)动量传递建立动量传递方程组，介绍方程组礁层流、湍流中的应用。其应用是指在特定的条件下求解：流体的速度分布、应力分布及流量计算。介绍边界层概念和方程，湍流概念和方程。这部分内容是学习传递过程的基础，务必一开始就扎扎实实地加以掌握。
(2)热量传递在这部分内容中首先建立了热量传递方程组，接着在稳态、非稳态热传导和稳态层流、湍流传热领域展开讨论。主要解决在定解条件下固体、流体内的温度分布、局部热量通量和总热流率。稳态导热中要掌握一维导热例子(直角坐标和柱坐标)。在非稳态导热中注意对毕渥特数(Bi)的判别，掌握集总热容法(Bi<0.1)，和无限大物体导热的高斯误差函数法，其它情况可采用图解法计算。对沿板的精确解、近似解所导出的公式会正确使用，如利用公式求解温度分布、边界层层厚及热流通量。类比解主要是用在湍流传递中，其思想是利用较易得到的摩擦阻力系数类推得出湍流传热系数和湍流传质系数或是用对流传热系数类推出对流传质系数，类比解注意对J因数类似法的掌握运用。
(3)质量传递在上述部分基础上，进一步讨论了与化工生产最为密切的质量传递，它是传递与分离过程间的桥梁。在这部分中建立了组元的质量传递方程，用于解决浓度分布问题，介绍了传质方式和原理，介绍了对流传质系数的定义和在层流、湍流下传质系数的求解公式。这部分内容在方程的建立，求解思路和所用的数学解法与(1)(2)部分雷同，学习时可注意借鉴上述知识。学完这部分内容后，注意全篇的融会贯通、归纳整理。如每一部分开始都是建立各自的微分方程。三传的层流解、湍流解、类比解、图解等都可加以归纳。进行对比找出一些共性的规律。
二课程考核目标(知识要点、内容难点和考核要求)
第一章传递过程概论
(一)知识要点
1、传递过程的研究对象。
2、传递过程的研究方法。
3、传递过程的名词和三传定义。
(二)考核要求
1、分子传递唯象律表达式及各项物理意义。
2、涡流传递唯象律表达式及各项物理意义。
3、传递通量的表述。
第二章连续性方程与运动方程
(一)知识要点
1、连续方程的建立(微分质量方程)。
2、微分动量方程的建立。
3、方程的简化、特例和在其他坐标系下的方程。
(二)内容难点
1、方程建立的思路、依据、步骤和推导。
2、连续性方程的两种表达式的形式与物理意义。
(三)考核要求
1、根据具体的物理过程和特定条件建立简单的微分质量方程(推导)。
2、根据所给条件对连续性方程进行简化。
3、随体导教的正确表达、各项的物理意义的说明。
4、认识并理解其他坐标系下的连续方程。
5、总衡算方程不作要求。
第三章运动方程的应用(奈维-斯托克斯方程的应用)
(一)知识要点
1、奈维-斯托克斯方程在稳定、层流状态下，沿平板、圆管流动时的应用-求解速度分布。
2、流线定义、特点及流线方。
3、流函数定义、使用条件及表达式。
4、势(位)函数定义、使用条件及表达式。
(二)内容难点
1、方程的简化。
2、简化后方程的求解。
(三)考核要求
1、奈维-斯托克斯方程在直角坐标、柱坐标和球坐标系下正确使用和简化过程。
2、速度分布和应力分布的计算。
3、流线、流函数、位函数的概念、使用条件、对应方程和方程的应用。
第四章边界层流动
(一)知识要点
1、速度边界层定义、边界层的形成、发展和分离。
2、边界层微分方程的建立。
3、边界层积分方程的建立
(二)内容难点
1、准数方程、量级分析和边界层微分方程的建立。
2、边界层积分方程的建立
(三)考核要求
l、边界层的概念及定义。
2、掌握边界层分离条件和分离后果。
3、沿平板流动时，层流边界层的速度分布，应力分布、流量的求取。
第五章湍流
(一)知识要点
l、湍流的特点、起因及表征。
2、瞬时量、脉动量和时均量。
3、湍流运动方程。
4、混合长及动量涡团传递理论。
5、通用速度方程。
6、粗糙管中的湍流
(二)内容难点
1、湍流的表征。
2、用均时量表征瞬时量的思想及表述方法。
3、湍流公式的推导。
(三)考核要求
1、湍流概念瞬时值的表达;混合长概念及表达;光滑管和粗糙管概念;水力光滑、半粗糙及完全粗糙概念。
2、通用速度分布方程的熟练使用包括：计算层流内层、缓冲层、核心层内的速度分布和各层层厚计算。
3、光滑管和粗糙管的阻力计算。
4、沿平板湍流计算。
第六章热量传递概论与能量方程
(一)知识要点
1、传热的三种方式及机理。
2、能量微分方程的推导
(二)考核要求
l、熟悉不同坐标系下的能量方程表达式。
2、根据已知条件对能量方程进行简化。
3、根据已知条件建立简单情况下的能量衡量方程。
第七章热传导
(一)知识要点
l、热传导的基本微分方程。
2、一维稳态热传导。
3、不稳态热传导。
4、速算图及多维热传导(Newmare法则)
(二)内容难点
l、毕涡特数Bi(BiotNumber)的定义及物理意义。
2、三类边界条件的分类、识别、互相转换关系。
3、解析解的推导和不同边界条件下的解。
4、各坐标系下的速算图的运用及图中各个参数的含义。
(三)考核要求
1、熟悉基本热传导的微分方程。
2、集总热容法的判别和正确运用。
3、无限大物体不稳态导热的计算。
4、对薄平板双向或单向不稳态导热要求会用速算图求解。
5、上述的运用、计算、求解要求求出具体的温度随时间、地点的分布规律：求出热量通量(单位面积所传递的热量，J/m2.s)和传热速率(J/S)
6、扩展表面的导热和二维稳态导热的数值解不作要求。
第八章对流传热
(一)知识要点
l、对流传热机理及对流传热系数的定义。
2、温度边界层概念。
3、层流下沿板热量传递的精确解和近似解。
4、湍流传热的类似律(类比解)
(二)内容难点
l、精确解的推导思路。
2、近似解的推导过程。
3、类比解的思想。
(三)考核要求
l、温度边界层的概念。
2、努赛尔准数(Nu)定义、物理意义及与Bi数的区别。
3、层流、湍流沿平板稳态流动时的边界层内的温度分布、对流传热系数的计算、传热通量和传热速率的计算。
4、类比解，尤其是要掌握Jh因子类似法，会用阻力系数f(或(Cd)求取对流传热系数。
5、冷凝和沸腾传热不在本课程要求范围。
第九章质量传递概论与传质微分方程
(一)知识要点
l、分子扩散传质与对流传质的概念与机理。
2、浓度、速度与通量的定义。
3、质量传递微分方程的建立。
(二)内容难点
1、质量基准、摩尔基准两种基准下的浓度、速度、通量的表达式。
2、同种基准和不同基准下浓度、速度和通量的互相转换关系。
(三)考核要求
l、不同坐标系下的质量传递微分方程的识别。
2、上述方程在特定条件下的简化。
3、双组分混合物扩散传质时，总通量、扩散通量，组元传质量的表达式;各项对流传质贡献;通量之间的关系，通量与对应速度的关系，不同基准之间的转换方法。
第十章分子传质
(一)知识要点
1、气相、液相和固相分子扩散系数的表达式。
2、组分A通过静止组分B的稳态扩散传质(NB=0)。
3、等摩尔反向稳态扩散传质(NA=NB)。
4、在静止介质(或固定介质)中不稳定扩散。
(二)内容难点
1、平板、圆柱内一维稳态扩散。
2、不稳态扩散传质的分析解、图解及相平衡关系。
(三)考核要点
1、分子扩散系数的计算。
2、一维稳态扩散(NB=0，NA=NB)时，浓度分布和传质通量的计算。
3、一维不稳态扩散，半无限大物体中的不稳态扩散(用公式求解)。
4、多组分混合物扩散不作本课程的要求。
第十一章对流传质
(一)知识要点
l、浓度边界层的概念与温度、速度边界层的区别。
2、对流传质系数定义。
3、沿平板层流传质的精确解和近似解。
4、沿圆管层流传质的精确解和近似解。
5、湍流传质的类比解。
6、沿平板湍流传质的近似解。
7、相际传质理论
(二)内容难点
l、各个对流传质系数的定义及彼此转换关系。
2、精确解的求解过程。
3、u
≠0对对流传递系数的影响。
ys
(三)考核要点
l、浓度边界层、温度边界层、速度边界层的对比讨论。
2、浓度边界层对传质的影响。
3、对流传质系数的求取和传质速率方程。
4、沿板层流传质的浓度分布及传质通量(uys=0)。
5、沿板湍流传质的浓度分布及传质通量(uys=0)。
6、湍流传质的类比解，着重掌握J因子法。
7、相际传质理论的概念，物理意义与模型的计算。模型指：双膜模型、溶质渗透模型和表面更新模型8、对流传质系数关联式，有壁面速度影响的传质不作要求
三本课程考试试卷采用的题型分为基本概念题和计算题。概念题(70%)又分为：单选题、填空题、名词解释、简答题; 计算题(30%)。
四模拟复习题
一思考问答题
1 何谓拉格郎日观点，何谓欧拉观点
2 不可压缩流体，可压缩流体，粘性流体，理想流体，非牛顿流体，非牛顿流体的几种类型？
3 动量浓度，热量浓度，质量浓度稳态流动。非稳态流动
4 热量扩散系数，动量扩散系数，质量扩散系数。分别列出其表达式和单位
5 连续性方程所谓物理意义
6 对稳态流动，连续性方程如何简化，对于不可压缩流体。连续性方程又如何简化。
7 导热系数和热扩散系数的定义式，并说明两者的物理意义
8 推导奈维-斯托克斯方程的物理定律？
9何为充分发展的流动? 如何判断充分发展的流动，
10 普兰德边界层理论的基本内容？
11 试比较浓度边界层，温度边界层和浓度边界层的差异
12 将流体在圆管内层流和湍流时的边界条件和速度分布进行比较
13 在推导下降液膜内的速度分布时，作了那些假设，所获得的结果在那些情况下可以应用
14 传递过程中，恒算有几种形式
15 湍流有那些特点
16 分别说明瞬时量，时均量和脉动量的意义，比较之间的关系
17 何为普兰德混合长，混合长大小与那些因素有关
18 无论层流还是湍流流动，管壁粗糙度对速度分布和摩擦阻力都有影响吗？
19 阐述普兰德混合长与分子自由程的类似与区别
20 试比较管内层流流动和湍流流动时 速度分布，平均速度和最大速度的关系？
21 如何判断管内层流和湍流是否为充分发展的流动， 层流和湍流进口段长度如何人确定。 22 何为爬流，何为势流，如何判断
23 热传导过程中能量传递机理？
24 说明导热微分方程中各项的物理意义：
p c q t t ραθ +?=??2'
25 列出导热的三种特例及其简化的导热微分方程
26 对流传热系数的定义
27 分析湍流边界层内热量传递机理？
28 热量传递的几种形式及其传热机理
29 毕奥数的定义式及其物理意义
30 付立叶数的物理意义
31 努塞尔数的物理意义？
32 普兰德数的物理意义？
33 阐明层流边界层和湍流边界层与固体壁面之间的传热机理，并分析两者与固体壁面间
传热的相同点和不同点。
34 列出局部对流传热系数与平均对流传热系数之间的关系
35 写出下列情况下组分A 的扩散通的表达式
A 等摩尔反向扩散
B 等质量方向扩散
C 组分A 通过滞留组分B 的扩散
36 分析化学反应对分子扩散过程的影响，在何条件下为反映控制，在何条件下为扩散控制 37 组分A 通过滞留B 扩散，在何条件下可以忽略整体流动的影响
38 阐述三种传质理论的主要论点，比较三种理论导出的对流传质系数与分子扩散系数之间的关系
39 列出有无整体流动条件下对流传质系数的定义式，阐明两者之间的关系，并分析两者的大小与那些因素有关
40 动量传递，热量传递和质量传递在那些条件下具有类比性，在那些条件下不能类比 41 分析雷偌类比，普兰德-泰勒类比，冯卡们类比，柯尔帮类比各自的特点，说明在那种类比对层流和湍流均适用，那种只适用于湍流？
二 计算与推导（注意：请将这部分题目做在作业本上交）
例2-6 一块厚度为150mm 的无限大平板，其左侧保持80℃不变，其右侧与空气接触，空气的温度为40℃，空气与右侧壁面间的对流传热系数为6W/(m 2·℃)。若平板的导热系数为
8.5 W/(m ·℃)，试求稳态导热情况下，平板右侧的温度。
例2-8 CO 2在管中通过N 2进行稳态分子扩散。管长0.5m ，管两端CO 2的物质的量的浓度分别为0.024kmol/m 2和0.004 kmol/m 2。常压25℃下CO 2在N 2中的扩散系数D AB =1.67×10-5 m 2/S,试求CO 2的扩散通量和传质系数。
例 2-22 证明描述二维不可压缩流体的速度分布
u x =x 2y-2x-y 3/3
u y =x 3/3+2y-xy 2
是可能存在的，并计算点（1，1）处的流速。
例3-1试导出平壁间稳态平行层流时的摩擦因子表达式。
例3-7 101.325kPa,20℃的空气在内径为0.02m 的管内流动，平均速度为1.2m/s.已知速度分布为
2max 1()z i
u r u r =-
试求：（1）壁面处的剪应力；(2)摩擦因子。20℃空气的物性：ρ=1.205kg/m 3,μ=1.8147×10-5pa ·s.
例 3-32 若流体沿平壁流动时层流边界层的速度分布可用下式表达：
sin()2x u y u πδ
∞= 试导出：（1）边界层厚度的表达式；（2）局部摩擦因子的表达式；（3）总曳力的表达式。
例4-4 20℃的水在内径为2m 的直管内呈湍流流动。测得其速度分布为100.8ln x u y =+，在离管内壁1/3m 处的剪应力为103Pa ，试求该处的涡流黏度、混合长。
已知20℃下水的物性：33
998.2/, 1.00510kg m Pa s ρμ-==??。
例4-12 试由140.079Re
f -=导出
1/7max ()x i
u y u r = 例4-21 由例4-20所得数据： 1.28/av u m s =、75d mm =、621.00610/m s ν-=?和
3998.2/kg m ρ=，用1/n 方速度分布式计算管中心流速和离管中心25mm 处的流速。 例4-33 温度为20℃的水，以3m/s 的流速流过平板壁面。试计算距平板前缘0.1m 及1m 处的边界层厚度，并求水在该两处通过边界层截面的质量流率。
例5-5 由变导热系数材料构成的平壁，其导热系数随温度平方按下式变化20(1)k k t β=+ 试导出平壁导热速率的表达式。
例5-16 热量沿长圆筒壁径向传递。已知i r r =处，i t t =；0r r =处，0t t =。又导热系数随温度变化000
()i i i t t k k k k t t -=+-- 试导出通过圆筒壁的导热速率；若圆筒壁很薄，结果如何？
例5-27 大平壁内具有发热率随温度变化的内热源[1()]L L q q t t β=+- 式中，β为常数。试导出如图5-19所示平壁内的温度分布。
例6-3 流体沿平板流动时的局部传热系数为1
2x h Cx -=，式中C 为常数。求0x L = 间
的平均传热系数和平均努赛尔数与x L =处的局部值之比。
例6-6 21℃的水以0。512m/s 的速度沿平板流动，平板在流动方向长1m ，其宽度为0.3m ，设计要求从平板传递给谁的热流速率为3517W ，试求平板表面所需维持的温度为多少？
例7-3 试证明在由组分A 和B 组成的双组分混合物中进行分子扩散时，质量平均速度u 与摩尔平均速度M u 不等，且其关系为()M A A B B A B
u N M N M u M N N +=+式中, B M M A M 、、分别为组分A 、B 的相对分子质量和混合物的平均相对分子质量，且A B M M ≠。
例8-1 在288.5K 时，萘的蒸气压为4.838Pa,萘的密度为1152kg/m 3,萘在空气中的扩散系数取42
0.057110m /s -?，试计算直径为12.7mm 的萘粒在空气中的蒸发速率。
例8-3 在0.3mm 的塑料膜两侧，分别维持氢气压力为5310Pa ?和5
110Pa ?，温度为20℃。已知氢气在塑料膜中的扩散系数为828.710/s m -?，在塑料膜中的溶解度为831.510/()kmol m Pa -??，试求氢气通过膜的扩散通量。
例8-6 如图8-7所示，试管内盛有液态氯仿，干空气不断从试管上方吹过，用以测定氯仿在空气中的扩散系数。测定开始时，自氯仿液面至管子顶部的高度为7.4cm ，温度保持25℃，压力维持在101325Pa ，经10h 后，液面下降多少？已知20.093/AB D cm s =，氯仿的饱和蒸气压为26648Pa ，密度为1485kg/m 3。
例9-3 299K 的纯水平行流过固体苯甲酸平板。平板在流动方向的长度为0.25m ，水的速度为0.06m/s ，苯甲酸在水中的溶解度为0.0295kmol/m 3，苯甲酸在水中的扩散系数为
921.2410/m s -?。试求平均传质系数。
例9-4 常压下，0℃的空气以10m/说的速度流过一厚10mm 、长0.2m 的萘板。已知常压下、0℃时萘在空气中的扩散系数625.1410/AB D m s -=?，萘的饱和蒸气压
20.785/As p N m =，固体萘的密度31152/
A k g m ρ=。0℃时空气的物性：31.293/
B kg m ρ=，521.7510/B N s m μ-=??。试求经10h 后，萘板减薄了多少？
例9-23 要使某物质A 溶于一有机液体，达90%饱和。使不溶于水的有机液体以刚性小滴（直径为2mm ）的形态通过A 的饱和水溶液上升，上升速度为2
410/m s -?。组分A 在有机液滴中的初始浓度为零。为使有机液滴中心处的A 达到90%饱和，水相的高度应为多少？ 已知A 在水中及在有机液体中的扩散系数皆为92110/m s -?，有机液体中A 的溶解度为水中的1/200，且连续水相中的浓度基本不变。
例10-3 水以1.0kg/s 的流量通过一个内径为25mm 、长为1.5m 的管子，其压降为7kPa ，壁温维持在50℃，水的进口温度为20℃，试求水的出口温度。
例10-9 温度为7℃的水在内壁涂有肉桂酸的圆形直管内流动，管内径为50mm ，流速为
1.5m/s 。已知7℃下，水的密度3999.8/kg m ρ=，水的黏度31.4510Pa s μ-=??，肉桂酸溶于水中的施密特数Sc=2920。试用雷诺类比和柯尔邦类比计算传质系数并加以分析。
五 模拟试题
一、填空题（20分 每空1分）
1. 分子扩散系数（ν ，α ，D AB ）是物质的物理性质常数，它们仅与____ ， ______
和_____等因素有关。
2. 涡流扩散系数（E ）则与流体的______无关、而与_______，流体在管道中的
________和________等因素有关。
3. 三种最常用的相间传质模型分别为：_ ______，_ 和 。
4. 依据流体有无粘性，可以将流体分为___________流体和_______流体。
5. 用于描述涡流扩散过程传递通量计算的三个公式分别为：____ _、_______ 和________ __。
6. 微分恒算得两种观点分别是_______和 ________，奈维-斯托克斯方程得推
导采用 观点。
7. 对于伴有化学反应的分子扩散过程，如果满足___________ _，则过程为化
学反应控制，如果满足 ，过程为扩散控制。
二、简述题 (15分，每题5分)
1.分析爬流和势流的特点，如何判断流动是爬流或势流。
2. 分析雷偌类比，普兰德-泰勒类比，冯卡们类比，柯尔帮类比各自的特点，说明在那种类比对层流和湍流均适用，那种只适用于湍流？
3 无论层流还是湍流流动，管壁粗糙度对速度分布和摩擦阻力都有影响吗? 说明理由。
3．三，推导证明题 （30分， 每题10分）
1，已知费克第一定律得普遍表达形式为：)(B A A AB A N N x D N ++-= 根据费克定律，推导如下情况下组分A 的扩散通量的表达式：
A 等摩尔反向扩散；
B 组分A 通过滞留的B 组分扩散。
2，已知流体在水平圆管内稳态层流流动时的速度分布为：
()
2221i x r r x p u -??=μ 证明：A )(212max i r x
p u -??=μ。 B max 21u u B = 3，已知导热微分方程为：
p c q t t ραθ
+?=??2' 请根据下列条件将导热微分方程简化：
A 无内热源；
B 有内热源的稳态导热；
C 无内热源稳态导热。
四，计算题（35分,1,3题各10分，2题15分）
1、在直径为50mm 、长度为2m 的圆管内壁面上有一薄层水膜，常压和25℃的绝干空气以0.5m/s 的流速吹入管内，试求平均传质系数k cm 。
2、20℃的水稳态流过内径为10mm 的光滑圆管，流动已充分发展。试求在下述两种质量流率下半径中点处水的流速及每米管长的压降－Δp.
（1） 质量流率为50kg/h;（2） 量流率为500kg/h 。
已知 20℃时水的物性：23/.101m s N -?=μ 3/998m kg =ρ 湍分布满足：7/1max 21??? ??-=D r u u x 范宁摩擦系数计算式为：层流：Re
16=f 湍流（4000 3 设平板壁面上层流边界层的速度分布和温度分布分别为： 2111y c y b a u ++= 22122y c y b a t ++= 试利用适当的边界条件确定其中的常数，并给出速度分布和温度分布的函数关系 《传递过程原理》课程第三次作业参考答案 1. 不可压缩流体绕一圆柱体作二维流动，其流场可用下式表示 θθθsin ; cos 22??? ? ??+=??? ? ??-=D r C u D r C u r 其中C ，D 为常数，说明此时是否满足连续方程。 解：由题意，柱坐标下的连续性方程一般表达式为： ()()11()0r z u ru u t r r r z θρρρρθ???? +++=???? 不可压缩流体：0t ρ ?=?且上式后三项可去除密度ρ 二维流动： ()0z u z ρ? =? 则连续性方程简化为： ()110r u ru r r r θ θ ??+=?? 22()111(cos )cos r ru C C r D D r r r r r r r θθ?????? =-=-- ? ??????? 22111(sin )cos u C C D D r r r r r θθθθθ?????? =+=+ ? ??????? 故：22()()1111cos cos 0r u ru C C D D r r r r r r r θθθθ??????+=--++= ? ??????? 由题意，显然此流动满足连续方程。 2. 判断以下流动是否可能是不可压缩流动 (1) ??? ??-+=--=++=z x t u z y t u y x t u z y x 222 (2) () () () ?????????? ?=-==-=22 221211t tz u xy u x y u z y x ρρρρ 解：不可压缩流动满足如下条件： 0y x z u u u x y z ???++=??? （1）2110y x z u u u x y z ???++=--=???故可能为不可压缩流动 （2）122(222)0y x z u u u t x x t x y z t ρρ???++=-+-=-=-≠???2t ρ=且。 显然不可能是不可压缩流动。 3. 对于下述各种运动情况，试采用适当坐标系的一般化连续性方程描述，并结合下述具体 一．选择填空，将正确答案的标号填入括号内。(每空2分) 例：Ｒe数小于2０00的管内流动是（a）。 a层流ｂ湍流ｃ过渡流 1．采用拉格朗日导数描述大气压力变化时,反映的应是置于(ｂ）上的气压计的测量值。 a 高山顶ｂ气球 c 飞机 2．进行流体微分能量衡算时，若采用随动坐标，可得到的结论是流体的( a ）变化为零。 a 动能、位能 b 体积、密度 c 膨胀功、摩擦功 ３.小雷诺数蠕动流求解中，(c )作用无关紧要,可以忽略。 a动压力ｂ粘滞力 c 惯性力 4．小直径粒子自由沉降时,粒子所受流体总曳力中( a )。 a 以表面曳力为主 b 以形体曳力为主 c形体曳力与表面曳力所占比例相等 5.依据普兰特混合长理论，湍流附加应力可按(ｂ)式计算。 a bｃ 6. 依据管内极度湍流流动时摩擦曳力计算式可知,随雷诺数增加，摩擦系数f的数值应该( c )。 a 逐渐增加 b 逐渐减小 c 趋于恒定 7. 采用数值解求解一维非稳态导热问题时，（b ）边界ｎ处节点温度方程为:。 a 对流b绝热 c 与其他物体相接的导热 ８. 管内流动时，若摩擦系数与对流传热系数均趋于稳定则表明边界层内速度与温度分布属于( ｃ)。 ａ发展着的速度分布和温度分布 b 充分发展了的速度分布和发展着的温度分布 c充分发展了的速度分布和温度分布 9. A组分通过静止的B组分稳态单向扩散时,两组份的分子扩散通量的关系应该是:（ｂ)。ａ b c 1０.若流体与固体壁面之间发生对流传质时，溶质从壁面进入流体将导致流动边界层厚度（ａ） ａ增大b不变c减小 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.若取水平坐标x为距离的标准量级,竖直坐标为y,则水平平板壁面上流动边界层内可有(） ２．可用以描述流体微元在x-y平面的旋转角速度。() 3．冯－卡门边界层动量积分方程不仅可以用于层流，也可用于湍流流动。（）4．理想流体流过曲线或不规则形壁面（如突然扩大、突然缩小、绕圆柱体等)时必然会出现边界层分离现象。( ) 采用时均化方法对湍流进行描述时瞬时速度的时均值必定为零。（） 通过雷诺转换可知时均速度满足连续方程（） 毕渥准数Bi的物理意义可以解释为固体内导热热阻与外表面对流传热热阻之比。（) 8. 普兰特数Pr等于1是动量传递与热量传递可以简单类比的必要条件。() 9. 按照传质的当量膜理论,对流传质时传质系数应与传递组分分子扩散系数的1/2次方成正 《化工传递过程》课程教学大纲 第一部分：课程基本信息 一、课程名称：化工传递过程/TRANSPORT PROCESSES IN CHEMICAL ENGINEERING 二、课程性质：硕士研究生学位课（专业方向课） 三、适用专业：应用化学、化学工程、生物化工等专业 四、先修课程：化工原理、化工热力学、化工数值计算等课程 五、学时学分：36学时，2学分 六、教学方法：课堂讲授 七、考核方法：考试 第二部分：教学目标 本课程为技术基础课，是化学工程与工艺专业的骨干课程。通过该课程的学习，使学生掌握动量、热量传递和质量传递的基本原理、传递速率的计算、相关数学模型的建立及求解，掌握速度、浓度及温度分布规律，能针对具体问题对模型方程进行简化，了解解决实际传递问题的方法，为未来的科研和教学工作打下坚实的理论基础。 第三部分：教学内容 第一章传递过程概论 一、传递过程的基本概念 第二章动量传递的变化方程 一、动量传递的两种方式 二、对流传递系数的定义式 三、对流传递系数求解的一般途径 第三章动量传递方程的若干解 一、层流流动时的动量传递方程 二、层流流动时的动量传递方程的典型求解 第四章传热概论与能量方程 一、热量传递的基本方式 二、传热过程的机理 三、能量方程的推导 第五章热传导方程 一、热传导方程的推导 二、热传导方程的求解方法 第六章对流传热方程 一、对流传热方程的推导 二、对流传热方程的求解方法 第七章传质概论与传质微分方程 一、质量传递的基本方式 二、传质的速度与通量 三、传质微分方程的推导 第八章分子传质 一、气体、液体和固体内部的分子扩散速率与通量 二、稳态扩散与等分子反方向扩散 第九章对流传质 一、平壁对流传质方程的求解 二、管内对流传质方程的求解 三、动量、热量与质量传递的类似性 第四部分：教材及参考书目 一、推荐教材 《化工传递过程》，谢舜韶，谷和平，肖人卓，化学工业出版社，2008年 二、参考书目 1.《化工传递过程基础》，王绍亭，化学工业出版社，1987年 2.《动量、热量与质量传递》，王绍亭，天津科技出版社，1988年 3.《传递现象导论》，戴干策，化学工业出版社，1996年 西交《化工传递过程》第二章动量传递概论与动量传递微分方程 单元操作中常用的一些基本概念 在研究化工单元操作时，经常用到下列四个基本规律，即物料衡算，能量衡算，物系的平衡关系，传递速率等。这四个基本概念贯串于本课程的始终，在这里仅作简要说明，详细内容见各章。 1.物料衡算 依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即 ∑m f - ∑m p = A （0-1） 式中：∑m f ——输入量的总和 ∑m p ——输出量的总和； A——∑累积量 对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即为稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累。则物料衡算关系为： ∑m f ＝∑m p （0-2） 用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。物料衡算可按下列步骤进行：（1）首先根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。（2）在写衡算式之前，要计算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知量。 例0-1 用连续操作的蒸发器把含盐浓度为（质量分率）的含盐水溶液蒸发到浓度为（质量分率）的浓盐水溶液，每小时含盐水溶液的进料量为Fkg。试求每小时所得浓盐水溶液量W及水分蒸发量V各为多少。 解：计算基准取1小时，由于是连续稳定操作， 总物料衡算式为F＝V＋W 由此两式解得 W=（x F /x w ）F，V=（1-x F /x w ）F 2.能量衡算 本教材中所用到的能量主要有机械能和热能。能量衡算的依据是能量守恒定律。机械能衡算将在第一章流体流动中说明；热量衡算也将在传热、蒸馏、干燥等章中结合具体单元操作有详细说明。热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。 3.物系的平衡关系 一．选择填空，将正确答案的标号填入括号内。（每空2分） 例： Re 数小于2000的管内流动是（ a ）。 a 层流 b 湍流 c 过渡流 1．采用拉格朗日导数描述大气压力变化时，θ D Dp 反映的应是置于（b ）上的气压计的测量值。 a 高山顶 b 气球 c 飞机 2．进行流体微分能量衡算时，若采用随动坐标，可得到的结论是流体的（ a ）变化为零。 a 动能、位能 b 体积、密度 c 膨胀功、摩擦功 3．小雷诺数蠕动流求解中，（c ）作用无关紧要，可以忽略。 a 动压力 b 粘滞力 c 惯性力 4. 小直径粒子自由沉降时，粒子所受流体总曳力中（ a ）。 a 以表面曳力为主 b 以形体曳力为主 c 形体曳力与表面曳力所占比例相等 5. 依据普兰特混合长理论，湍流附加应力可按（ b ）式计算。 a 2???? ??=dy du l ρτ b 2 2???? ??=dy du l ρτ c ??? ? ??=dy du l 2ρτ 6. 依据管内极度湍流流动时摩擦曳力计算式2 max 1142.0? ?? ? ??-=b u u f 可知，随雷诺数增加，摩擦系数f 的数值应该（ c ）。 a 逐渐增加 b 逐渐减小 c 趋于恒定 7. 采用数值解求解一维非稳态导热问题时，（ b ）边界n 处节点温度方程为：1-='n n t t 。 a 对流 b 绝热 c 与其他物体相接的导热 8. 管内流动时，若摩擦系数与对流传热系数均趋于稳定则表明边界层内速度与温度分布属于（ c ）。 a 发展着的速度分布和温度分布 b 充分发展了的速度分布和发展着的温度分布 c 充分发展了的速度分布和温度分布 9. A 组分通过静止的B 组分稳态单向扩散时，两组份的分子扩散通量的关系应该是：（ b ）。 a B A J J -> b B A J J -= c B A J J -< 中国海洋大学继续教育学院命题专用纸 试题名称 ：化工传递过程 学年学期： 2019学年第一学期 站点名称： 层次: 专业： 年级： 学号： 姓名： 分数： 一、选择题（共10小题，每小题4分，共40分） 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 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 《化工传递过程原理》课程教学大纲 课程名称：化工传递过程原理/Chemical Transfer Process(中文/英文) 课程类别：专业课 学时/学分：32/2.0 开课单位：化学与制药工程系 开课对象:化学工程与工艺专业（本科） 选定教材：《化工传递过程基础》，陈涛，北京，化学工业出版社，2008。 参考书：《动量，热量与质量传递原理》，威尔特（美），北京，化学工业出版社，2005。 一、课程性质、目的和任务 《化工传递过程原理》是针对化学工程与工艺方向的必修课。是一门探讨自然现象和化工过程中动量、热量和质量传递速率的课程。化学工程中各个单元操作均被看成传热、传质及流体流动的特殊情况或特定的组合，对单元操作的任何进一步的研究，最终都是归结为这几种传递过程的研究。将化工单元操作（化工原理）的共性归纳为动量、热量和质量传递过程（"三传"）的原理系统地论述，将化学工程的研究方法由经验分析上升为理论分析方法。各传递过程既有独立性又有类似性，虽然课程中概念、定义和公式较多，基本方程又相当复杂给学习带来一定的困难，但可运用"三传"的类似关系进行研究理解，使学生掌握化学工程专业中有关动量、热量和质量传递的共性问题。 本课程的教学目的是了解和掌握三传现象的机理及其数学描述，建立微分方程。确定边界条件从而分别求出过程的解析、数值解或转化为准数关联式，培养学生分析和解决化学工程中传递问题的能力，为在工程上进一步改善各种传递过程和设备的设计、操作及控制过程打下良好的理论基础。具体为包括动量传递、热量传递和质量传递过程、非牛顿流体中的传递现象、粘弹性及广义牛顿流体连续性方程和运动方程及其应用、边界层方程及其应用、湍流理论评价、能量方程、对流传热的解析、温度边界层、平壁和楔形强制层流传热的数学描述、湍流传热的解析计算、自然对流的传热过程等。 二、课程内容的基本要求 本课程系统论述了化学工程中“三传”的基本原理，数学模型和求解方法，传递速率的理论计算，“三传”的类比及传递理论的工程应用等内容，全书共分三篇，共12章。 1、绪论。传递过程概论，阐述流体流动导论，了解三传的类似性和衡算方法。 2、第一篇（第2章~第5章）。动量传递，包括动量传递概论与动量传递微分方程，动量传递方程的若干解，边界层流动和湍流。了解平壁间的稳态平行层流，掌握圆管与套管环隙中的稳态层流及 传递过程原理复习题（2013） 1.何为“连续介质假定”，这一假定的要点和重要意义是什么，何 种条件下流体可处理为连续介质。 2.如何理解“三传之间存在着共同的、内在的联系”的说法？试 从分子传递的角度阐述三传的共性。 3.试解释流体力学研究中经常使用的两种分析观点。采用上述两 种分析观点的主要特点是什么。 4.什么是陏体(拉格朗日)导数，其物理意义如何? 以气压测试为例 说明全导数，偏导数，陏体导数各自的含义。 5.试解释连续性方程的物理意义，如何依据特定条件对连续方程 进行简化。 6.试从不可压缩流体流动的? n方程和连续性方程出发，经简化 -s 推导出描述垂直于重立方向的单向稳态层流流动的方程形式。 并对无限大平行平板间的剪切流和库特流进行求解。 7.何为惯性力，何为粘性力，为何爬流运动中可忽略惯性力，而 当1 R时却不能忽略粘性力的影响。 >> e 8.何为流函数，何为势函数，二者间存在何种关系，理想流体的 有势无旋流动的条件如何。 9.边界层学说的内容如何，什么是边界层的形成与发展，什么是 临界距离，临界点前后边界层有何异同，试以流体进入圆直管流动为例解释曳力系数以及传热、传质系数沿程变化规律。 10.什么是边界层分离，发生边界层分离的原因以及对流动造成的 后果是什么。 11.如何依据数量级比较法从N-S方程出发推导出普兰特层流边界 层方程，如何估计边界层厚度。 12.边界层内不同区域中传递机理有何区别，总结比较三种传递现 象中下列内容的异同。 ①边界层及边界层方程。 ②边界层的求解方法与结果。 ③无因次准数及其物理意义。 化工传递过程主观题 简述题 1. 如何从分子传递的角度理解三传之间存在的共性。 1. 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。 2. 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。 计算题 1. 试求与速度势=2534x xy y ?-++相对应的流函数ψ。 1. 解：由4352++-=y xy x ? 可得y y x u x ?ψ?=-=??=53?,通过此式对y 积分得 )(2522x g y y +- =ψ x g x x y u y ??-=?ψ?-=-=??= 53?，可得 C x x g +-= 32 52 故 C x x y y +-+- =ψ32525222 2. 含乙醇(组分A)12％(质量分数)的水溶液，其密度为980kg/m 3，试计算乙醇的摩尔分数及物质的量浓度。 2. 解：乙醇的摩尔分数为： ()0507.018 /88.046/12.046/12.0//21=+==∑=i i i A A A M a M a x 溶液的平均摩尔质量为： kmol kg /42.19189493.0460507.0M =?+?= 乙醇的物质的量浓度为： 3/558.20507.042.19980m kmol x M Cx c A A A =?===ρ 《化工传递过程》习题三答案 一、单项选择题（本大题共30小题，每小题2分，共60分） 1、流体处于手里平衡时指的是受到的（ D ）为零。 A 、表面力 B 、质量力 C 、压力 D 、合力 2、压力较大时气体粘度随压力升高（ C ）。 A 、不变 B 、变小 C 、变大 D 、不确定 3、环形截面的当量直径为（ D ） A 、1d B 、2d C 、 122d d + D 、21d d - 4、费克定律A A AB d j D dy ρ=-描述的是（ C ） A 、动量传递 B 、热传导 C 、质量传递 D 、内摩擦 5、气溶胶粒子的运动中，惯性力（ B ）。 A 、重要，不可忽略 B 、不重要，可忽略 C 、不确定 D 、有时重要有时不重要 6、拉格朗日观点选取的研究对象边界上物质和能量（ D ） A 、只能进不能出 B 、可以与外界传递 C 、只能出不能进 D 、不能进行传递 7、脉动速度的时均值为（ C ） A 、时均速度 B 、正值 C 、0 D 、负值 8、充分发展的平壁间的层流平均速度与最大速度为（ B ）。 A 、1:2 B 、2:3 C 、1:3 D 、1:1 9、温度边界层厚度定义为0s t s t t y t t δ-=-（ C ） A 、10% B 、90 C 、99% D 、100% 10、在水力光滑管中，阻力系数与（ B ）有关。 A 、相对粗糙度 B 、Re 数 C 、Re 数和相对粗糙度 D 、粗糙度和Re 数 11、当观察者站在岸边，观察得到河流中某一固定位置处鱼的浓度随时间的变化率时最好应该用（ A ）描述。 A 、偏导数 B 、全导数 C 、随体导数 D 、都可以 12、空气已速度u 0分别沿平板的长度方向和宽度方向（长是宽的3倍）层流流动，在此情况平板 所受到的摩擦阻力是（ C ） A 、不变 B 、前者大 C 、后者大 D 、前者是后者3倍 化工传递Array过程过程 性考核试 卷 （一） 一．填空题（每空1分，本大题共41分） 1. 流体静力学基本方程的应用包括压力压差的测量、液位的测量和液封高度的计算。 2. 甲地大气压为100 kPa，乙地大气压为80 kPa。某刚性设备在甲地，其内部的真空度为25 kpa，则其 内部的绝对压强为75 kpa；若将其移至乙地，则其内部的表压强为-0.5 mH2O。 3. 流体流动有两种基本形态，即层流和湍流。判断流体流动形态的无量纲数群为雷诺数， 其表达形式为Re=duρ/μ，物理意义为表示流体惯性力与与黏性力比值。 4. 复杂管路分为分支管路和并联管路。 5. 常用的流量计中，孔板流量计和文丘里属于差压流量计；转子流量计属于截面流量计； 测速管可测量点速度。 6. 流体在圆形直管内做层流流动，若流量不变，将管径变为原来的两倍，则平均流速变为原来的1/4 ， 流动摩擦系数变为原来的2倍，直管阻力损失变为原来的1/16 。 7. 流体在一套管环隙内流动，若外管内径为50 mm，内管外径为25 mm，则其流动当量直径为 25 mm． 8. 流体在圆形直管内做稳态层流流动，若管截面上平均流速为0.05 m/s ，则最大流速为 1.0 m/s 。 9. 联系各单元操作的两条主线为 传递过程 和 研究工程问题的方法论 。 10. 湍流边界层可以分为 层流底层 、 过渡层 和 湍流主体 ，其中传热、传质阻力主要集中在 层流底层 。 11. 随体导数的表达形式为 z u y u x u θz y x ??+??+??+??=θD D 。 12. 不可压缩流体连续性方程的一般表达形式为0=??u 。 13. 量纲分析的基础是 量纲一致性原则 和 π 定理。 14. 在研究流体的运动时，常采用两种观点，即 欧拉 观点和 拉格朗日 观点。 15. 牛顿黏性定律的表达形式为y u x d d μ τ-=。 16. 流体质点的运动轨迹称为 迹线；在某一时刻，在流线上任一点的切线方向与流体在该点的速度方向 相同 。 17. 流体在管路中的流动总阻力应为 直管 阻力和局部阻力之和，其中局部阻力的计算方法有 局部 阻力系数 法和 当量长度 法。 18. 流体静力学基本方程适用于 连通着的 、 同一种连续的 、 不可压缩 的静止流体。 二、单项选择题：（每空1分，本大题共8分） 在每小题列出的四个备选项中选出一个正确答案的代号填写在题后的括号内。 19. 流体在并联的两支管内层流流动，两支管的长度之比l 1: l 2=2: 1，内径之比d 1: d 2=1: 2，则两支管内的 流量之比Q 1: Q 2为（ D ） A. 1/4 B. 1/8 C. 1/16 D. 1/32 20. 黏度为1 cP ，密度为800 kg/m 3的流体以16 m 3/h 的流量在Ф89 mm×4.5 mm 的管内流动，其流动雷诺数为（ B ） A. 4.3×104 B. 5.7×104 C. 3.3×104 D. 7.8×104 21. 一般说来，温度升高，液体的黏度（ B ），气体的黏度（ A ） A. 升高 B. 降低 C. 不变 D. 不确定 22. 在摩擦系数图中，在层流区，摩擦系数λ与平均流速的（ A ）成正比；在完全湍流区，摩擦系数λ 《传递过程原理》课程第三次作业参考答案 1. 不可压缩流体绕一圆柱体作二维流动，其流场可用下式表示 θθθsin ;cos 22??? ? ??+=???? ??-=D r C u D r C u r 其中C ，D 为常数，说明此时是否满足连续方程。 解：由题意，柱坐标下的连续性方程一般表达式为： ()()11()0r z u ru u t r r r z θρρρρθ????+++=???? 不可压缩流体：0t ρ?=?且上式后三项可去除密度ρ 二维流动：()0z u z ρ?=? 则连续性方程简化为：()110r u ru r r r θ θ??+=?? 22()111(cos )cos r ru C C r D D r r r r r r r θθ??????=-=-- ? ??????? 22111(sin )cos u C C D D r r r r r θθθθθ??????=+=+ ? ??????? 故：22()()1111cos cos 0r u ru C C D D r r r r r r r θθθθ??????+=--++= ? ??????? 由题意，显然此流动满足连续方程。 2. 判断以下流动是否可能是不可压缩流动 (1) ?????-+=--=++=z x t u z y t u y x t u z y x 222 (2) ()()()???????????=-==-=22221211t tz u xy u x y u z y x ρρρρ 解：不可压缩流动满足如下条件： 0y x z u u u x y z ???++=??? （1）2110y x z u u u x y z ???++=--=???故可能为不可压缩流动 （2）122(222)0y x z u u u t x x t x y z t ρρ???++=-+-=-=-≠???2t ρ=且。 显然不可能是不可压缩流动。 3. 对于下述各种运动情况，试采用适当坐标系的一般化连续性方程 描述，并结合下述具体条件将一般化连续性方程加以简化，指出简化过程的依据。 (1) 在矩形截面流道内，可压缩流体作定态一维流动； (2) 在平板壁面上不可压缩流体作定态二维流动； (3) 在平板壁面上可压缩流体作定态二维流动； (4) 不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向定态流动； 第 1 页 共 4 页 试题名称 ：化工传递过程 层次: 专业： 年级： 学号： 姓名： 分数： 一、选择题（共10小题，每小题4分，共40分） 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 (单选题) 1: 流体处于手里平衡时指的是受到的（）为零。 A: 表面力 B: 质量力 C: 压力 D: 合力 正确答案： (单选题) 2: 以下与涡流扩散系数无关的是（）。 A: 流体性质 B: 湍动程度 C: 流道中的位置 D: 边壁粗糙度 正确答案： (单选题) 3: 不稳态热传导中给出任何时刻物体端面的温度分布的边界条件是（） A: 第一类边界条件 B: 第二类边界条件 C: 第三类边界条件 D: 混合边界条件 正确答案： (单选题) 4: 温度边界层厚度（）速度边界层厚度。 A: 大于 B: 等于 C: 小于 D: ABC都有可能 正确答案： (单选题) 5: 对流动流体中流体委员进行进行受力分析时,微元所受法向应力应该包括( ) A: 静压力和粘滞力 B: 静压力和体积力 C: 粘滞力和体积力 正确答案： (单选题) 6: 无界固体壁面上的稳态湍流主体速度分布形状为（） A: 均匀分布 B: 线性分布 C: 抛物线 D: 对数 正确答案： (单选题) 7: 湍流边界层包括（） A: 层流内层 B: 湍流核心 C: 层流内层、缓冲区和湍流核心 D: 层流内层和湍流核心 正确答案： (单选题) 8: 一流体以u0沿板层流流动，已知层流时的摩擦阻力系数为 f=1.328Re-1/2，当流速增为2u0时（仍为层流），阻力增为原来的（）倍。 A: 4 B: 2.38 C: 2.83 D: 2 正确答案： (单选题) 9: 对于大Re数的流动问题，粘滞力的作用远（）惯性力。 A: 大于 B: 等于 C: 小于 (单选题) 10: 斯蒂芬玻尔兹曼定律描述黑体辐射与物体热力学温度的（）次方成正比 A: 1 B: 2 C: 3 D: 4 正确答案： (单选题) 11: 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（）。 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 正确答案： (单选题) 12: Re数是（）之比 A: 惯性力和粘性力 B: 惯性力和重力 C: 局部加速度和对流加速度 D: 压强梯度和惯性力 正确答案： (单选题) 13: 导热系数的单位是：（） A: W/(m2.K) B: W/m2 C: W/(m.K) 正确答案： (单选题) 14: 在完全粗糙状态下，阻力系数与（）有关。 A: 相对粗糙度 B: Re数 C: Re数和相对粗糙度 D: 粗糙度和Re数 正确答案： (单选题) 15: A: A B: B C: C 正确答案： (单选题) 16: 流体掠过平板对流传热时，在下列边界层各区中，温度降主要发生在（）。 A: 主流区 B: 湍流边界层 C: 层流底层 正确答案： (单选题) 17: 充分发展的平壁间的层流平均速度与最大速度为（）。 A: 1:2 B: 2:3 C: 1:3 D: 1:1 正确答案： (单选题) 18: 小雷诺数蠕动流求解中，惯性力作用（）。 A: 无关紧要，可以忽略 B: 很重要，不能忽略 C: 有时候重要，有时候不重要 D: 不确定 正确答案： (单选题) 19: 热传导中的傅里叶数表示（） 一．选择填空，将正确答案的标号填入括号内。 （ 每空2分 ） 例： Re 数小于2000的管内流动是（层流 ）。 1．采用拉格朗日导数描述大气压力变化时，θ D Dp 反映的应是置于（ 气球 ）上的气压计的测量值。 2．进行流体微分能量衡算时，若采用随动坐标，可得到的结论是流体的（ 动能、位能）变化为零。 3．小雷诺数蠕动流求解中，（ 惯性力）作用无关紧要，可以忽略。 4. 小直径粒子自由沉降时，粒子所受流体总曳力中（ 以表面曳力为主 ）。 5. 依据普兰特混合长理论，湍流附加应力可按（ 2 2??? ? ??=dy du l ρτ）式计算。 6. 依据管内极度湍流流动时摩擦曳力计算式2 max 1142.0? ?? ? ??-=b u u f 可知，随雷诺数增加，摩擦系数f 的数值应该（ 趋于恒定）。 7. 采用数值解求解一维非稳态导热问题时，（ 绝热 ）边界n 处节点温度方程为：1-='n n t t 。 8. 管内流动时，若摩擦系数与对流传热系数均趋于稳定则表明边界层内速度与温度分布属于（ 充分发展了的速度分布和温度分布 ）。 9. A 组分通过静止的B 组分稳态单向扩散时，两组份的分子扩散通量的关系应该是：（ B A J J -=）。 10．若流体与固体壁面之间发生对流传质时，溶质从壁面进入流体将导致流动边界层厚度（ 增大 ） 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 ） 冯-卡门边界层动量积分方程不仅可以用于层流，也可用于湍流流动。（ 正 ） 通过雷诺转换可知时均速度满足连续方程（ 正 ） 毕渥准数Bi 的物理意义可以解释为固体内导热热阻与外表面对流传热热阻之比。（ 正 ） 普兰特数Pr 等于1是动量传递与热量传递可以简单类比的必要条件。（ 正 ） “化工传递过程”复习大纲 一课程基本内容 (1)动量传递建立动量传递方程组，介绍方程组礁层流、湍流中的应用。其应用是指在特定的条件下求解：流体的速度分布、应力分布及流量计算。介绍边界层概念和方程，湍流概念和方程。这部分内容是学习传递过程的基础，务必一开始就扎扎实实地加以掌握。 (2)热量传递在这部分内容中首先建立了热量传递方程组，接着在稳态、非稳态热传导和稳态层流、湍流传热领域展开讨论。主要解决在定解条件下固体、流体内的温度分布、局部热量通量和总热流率。稳态导热中要掌握一维导热例子(直角坐标和柱坐标)。在非稳态导热中注意对毕渥特数(Bi)的判别，掌握集总热容法(Bi<0.1)，和无限大物体导热的高斯误差函数法，其它情况可采用图解法计算。对沿板的精确解、近似解所导出的公式会正确使用，如利用公式求解温度分布、边界层层厚及热流通量。类比解主要是用在湍流传递中，其思想是利用较易得到的摩擦阻力系数类推得出湍流传热系数和湍流传质系数或是用对流传热系数类推出对流传质系数，类比解注意对J因数类似法的掌握运用。 (3)质量传递在上述部分基础上，进一步讨论了与化工生产最为密切的质量传递，它是传递与分离过程间的桥梁。在这部分中建立了组元的质量传递方程，用于解决浓度分布问题，介绍了传质方式和原理，介绍了对流传质系数的定义和在层流、湍流下传质系数的求解公式。这部分内容在方程的建立，求解思路和所用的数学解法与(1)(2)部分雷同，学习时可注意借鉴上述知识。学完这部分内容后，注意全篇的融会贯通、归纳整理。如每一部分开始都是建立各自的微分方程。三传的层流解、湍流解、类比解、图解等都可加以归纳。进行对比找出一些共性的规律。 二课程考核目标(知识要点、内容难点和考核要求) 第一章传递过程概论 (一)知识要点 1、传递过程的研究对象。 2、传递过程的研究方法。 3、传递过程的名词和三传定义。 (二)考核要求 1、分子传递唯象律表达式及各项物理意义。 2、涡流传递唯象律表达式及各项物理意义。 3、传递通量的表述。 化工传递过程导论 课程名称：化工传递过程导论 英文名称：Chemical transference processes 课程编号：11080002 课程类别：化工类方向课 学时/学分：48/3 开设学期：六 开设单位：化学化工学院 适用专业：化工工艺 说明 一、课程性质与说明 1．课程性质 必修课 2．课程说明 本课程是化学工程系本科生的专业基础课，是学生学习专业课和从事本专业的科研、生产工作必备的理论基础。通过本课程的学习使学生进一步概括地了解存在于各单元操作过程的传递现象，系统地学习传递基本原理和动量、热量、质量的基本微分方程。该课程的学习有助于学生深入了解各类传递过程的机理，为改进各种传递过程和设备的设计，操作和控制提供理论基础；为今后的科学研究提供各种的基础数学模型；为速度、温度、浓度分布及传递速率的确定提供必要的帮助。为分析和解决过程工程和强化设备性能等问题提供坚实的理论基础。 二、教学目标 本课程的教学与学习侧重于熟悉掌握传递过程的各种基本理论；掌握传递过程的微分方程并达到能够熟练地运用方程的水平；能够正确地分析、简化三传基本微分方程；对实际情况建立必要的数模；正确的提供所求强度量的分布规律及传递速率表达式；了解传递过程的发展趋势、方向和其在化学工程中的具体运用领域。通过学习加深对化学工程基本原理的理解，使学生能顺利学习后续的专业课，提高自学与更新本专业知识的能力。 三、学时分配表 教学以课堂教学、老师讲授为主，开展启发式教学，鼓励学生提出问题，展开讨论，最后进行归纳总结。教学中应注意理论联系生产实际，突出应用，使学生尽量能够灵活应用所学的知识。教学中要结合专业、工艺特点，多举一些生活、应用中的实际事例结合相关的实物、教具和电化教学手段提高教学效果。 五、课程考核及要求 1．考核方式：考试（√） 2．成绩评定： 计分制：百分制（√） 成绩构成：总成绩= 期中考核30% + 期末考核60%+平时成绩10% 六、参考书目 [1] 阎建民，刘辉.2009.化工传递过程导论.北京：科学出版社 [2] 戴干策，任德呈，范自晖.1996.传递现象导论.北京：化学工业出版社 [3] 陈涛，张国亮.2002.化工传递过程基础.北京：化学工业出版社. 化工传递过程基础 一、填空题（本题共20分，共10小题，每题各2分） 1、相对压力又分为和两种。 2、流体静压力常采用两种不同的基准表示：一种是以为零作为基准计量；另一种是以作为基准计量。 3、当流体流过任一截面时，不随时间变化，称为稳态流动或定常流动。 4、当流体流动时，任一截面处的有关物理量中随时间变化，则称为非稳态流动或不定常流动。 5、、和费克定律都是描述分子运动引起的传递现象的基本定律。 6、传递过程也称传递现象，指物系内某物理量从区域自动地向区域转移的过程，是自然界和生产中普遍存在的现象。 7、壁面附近速度梯度的流体层称为边界层。边界层外，速度梯度接近于的区称为主流区。 8、由于分子的无规则热运动使该组分由处传递至处，这种现象称为分子扩散。 9、当化学反应的速率大大高于扩散速率时，扩散决定传质速率，这种过程称为；当化学反应的速率远远低于扩散速率时，化学反应决定传质速率，这种过程称为。 10、由流体运动引起的物质传递称为。 二、计算题（本题共20分） 三、简答题（本题共60分，每题12分，共5题） 1、如何从分子传质和边界层理论两个角度理解三传之间存在的共性。 2、简述流体流动的两种观点欧拉法和拉格朗日方法。 3流体在圆管中流动时“流动已充分发展”的含义是什么？在什么条件下会发生充分发展的层流，又在什么条件下会发生充分发展的湍流？ 4、惯性力？粘性力？为何说爬流运动中可忽略惯性力，什么时候却不能简单的忽略粘性力的影响？ 5、当流体绕过物体运动时，什么情况下会出现逆向压力梯度？是否存在逆向压力梯度条件下一定会发生边界层分离？为什么？ 答案 一、填空题（本题共20分，共10小题，每题各2分） 1、表压力真空度 2、绝对真空的状态的压力当时当地的大气压力为零 3、流速、流率和其他有关的物理量 4、只有一个随 5、牛顿粘性定律傅里叶定律和 6、高强度低强度 7、较大零 8、高浓度低浓度 9、扩散控制过程反应控制过程。 10、对流传质 三、计算题（本题共20分） 三、简答题（本题共60分，每题12分，共5题） 1、如何从分子传质和边界层理论两个角度理解三传之间存在的共性 答：（1）通量=－扩散系数×浓度梯度 （2）动量、热量、和质量的扩散系数的量纲相同，其单位均为m2/s （3）通量为单位时间内通过与传递方向相垂直的单位面积上的动量、热量和质量各量的量的浓度梯度方向相反，故通量的表达式中有一负号。 边界层理论：速度、温度、浓度边界层的定义是类似的，它们均为流动方向距离x的函数。设流体流动方向为x方向，垂直壁面的方向为y方向。《化工传递过程导论》课程作业参考答案
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