化工传递过程基础习题答案详解(完成版)
新版化工原理习题答案第五章传热过程基础
第五章 传热过程基础
1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m2，厚度为0.02 m，实验测得电流表读数为0.5 A，伏特表读数为100 V，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。
解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即
LttSQ21
式中 W50W1005.0IVQ
m02.0C50C200m02.0212LttS，，，
将上述数据代入，可得
CmW333.0CmW5020002.002.05021ttSQL
2．某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200 mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t，绝缘砖的导热系数为20.30.0003t，W/(mC)。两式中的t可分别取为各层材料的平均温度。
解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即
QQQ21 （5-32）
或
23221211bttSbttSQ （5-32a）
式中 115000.80.00060.80.00061.250.00032ttt
21000.30.00030.30.00030.3150.000152ttt
北京化工大学《化工传递过程导论》课程第四次作业参考答案精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版
4
2-7流体流入圆管进口的一段距离内，流动为轴对称的沿径向和轴向的二维流动，试采用圆环体薄壳衡算方法，导出不可压缩流体在圆管入口段定态流动的连续性方程。
解：参考右图的坐标体系及微分体，对圆环体做微分质量衡算，方法如下：
（质量积累速率）=（质量输入速率）-（质量输出速率）+（质量源或质量汇）[kg-or-mol/s]
由题意可知：定态流动，故（质量积累速率）为0；
且该流动体系不存在质量源或质量汇，即（质量源或质量汇）为0；
故守恒方程简化为：（质量输入速率）-（质量输出速率）=0.
该流动为轴对称的径向和轴向二维流动：
对于径向：质量输入速率=2rurdz；
质量输出速率=
22rrurdzurdzdrr。
对于轴向：质量输入速率=2zurdr；
质量输出速率= 22zzurdrurdrdzz。
代入简化守恒方程，得到：
22(2)(2)(22)0zrzrzrurdrurdzurdrdzurdzdrurdrurdzzr 220zrurdrurdzdzdrzr（略去2drdz）
0zrururzr（流体不可压缩，进一步转化为）
10zruurzrr
故该连续性方程最终表达式为：10rzururrz
3-1流体在两块无限大平板间作定态一维层流，求截面上等于主体速度ub的点距离壁面的距离。又如流体在圆管内作定态一维层流，该点距离壁面的距离为若干？
解：（1）流体在两块无限大平板间作定态一维层流
20max1yyuux，max32uub 当时bxuu， max20max321uyyu，02033)321(yyy
化工传递I-II 作业题解(1-7章)
第一章
1.扩散传递方式有分子传递和涡流传递；其中分子传递是因流场中存在速度梯度，分子的随机热运动引起的，涡流传递时有微团的脉动引起的(湍流)。P9
2.“通量=－扩散系数×浓度梯度”称为现象方程。“－”表示通量的方向与梯度的方向相反。P26-27
3.Dt/Dθ=…(略)
第二章
1. 对于在r平面内的不可压缩流体的流动，r方向的速度分量为2cos/ruAr。试确定速度的分量。
解：柱坐标系的连续性方程为
11()()()0rzruuurrrz
对于不可压缩流体在r平面的二维流动，常数，0,0zzuuz，故有
11()0rururrr
即 22coscos()()ruAArurrrrr
将上式积分，可得
22cossin()ArAudfrr
式中，()fr为积分常数，在已知条件下，任意一个()fr都能满足连续性方程。令()0fr，可得到u的最简单的表达式：
2sinAur
2．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）在矩形截面管道内，可压缩流体作稳态一维流动；
（2）在平板壁面上不可压缩流体作稳态二维流动；
（3）在平板壁面上可压缩流体作稳态二维流动；
（4）不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向稳态流动；
（5）不可压缩流体作球心对称的径向稳态流动。
解： 0u
（1） 在矩形截面管道内，可压缩流体作稳态一维流动
0xzxyzuuuuuuxyzxyzy 稳态： 0，一维流动：0xu， 0yu
化工传递过程基础(第三版)习题答案详解_部分4
·105·第九章 质量传递概论与传质微分方程
9-1 在一密闭容器内装有等摩尔分数的O2、N2和CO2，试求各组分的质量分数。若为
等质量分数，求各组分的摩尔分数。
解：当摩尔分数相等时，O2，N2和CO2的物质的量相等，均用c表示，则O2的质量为
32 c，N2的质量为28 c，CO2的质量为44 c，由此可得O2，N2和CO2的质量分数分别为
132
0.308
322844ac
ccc==
++
228
0.269
322844ac
ccc==
++
344
0.423
322844ac
ccc==
++
当质量分数相等时，O2，N2和CO2的质量相等，均用m表示，则O2的物质的量为m/32，
N2的物质的量为m/28，CO2的物质的量为m/44，由此可得O2，N2和CO2的摩尔分数分
别为
1/32
0.3484
/32/28/44xm
mmm==
++
2/28
0.3982
/32/28/44xm
mmm==
++
3/44
0.2534
/32/28/44xm
mmm==
++
9-2 含乙醇（组分A）12％（质量分数）的水溶液，其密度为980 kg/m3，试计算乙醇
的摩尔分数及物质的量浓度。
解：乙醇的摩尔分数为
AA
A
1/0.12/46
0.0507
0.12/460.88/18
(/)iiN
iaM
x
aM
====
+
∑
溶液的平均摩尔质量为
0.0507460.94931819.42M=×+×= kg/kmol
乙醇的物质的量浓度为
AAA980
0.05072.558
19.42cCxx
Mρ
===×=kmol/m3
9-3 试证明由组分A和B组成的双组分混合物系统，下列关系式成立：
（1）ABA
A2
AABBd
d
()MMx
a
xMxM=
+；（2）A
A2
AB
AB
ABd
da
x
aa
MM
MM=
+
。
证：（1）AAAA
A
AABBAAAB(1)MxMx
a
xMxMxMxM==
++−
·106· AAAABBAAAB
2
AAABB
ABAB
2
AABB
化工传递过程习题三答案
化工传递过程习题三答案
《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
传递过程基本方程习题答案
传递过程基本方程习题答案
传递过程是化学工程中的一个重要领域，它涉及到动量、热量和质量的传递。以下是一些传递过程基本方程的习题及其答案。
习题1：动量传递
假设在一个圆形管道中流动的流体是不可压缩的，且流动是层流。求管道中心处的流速。
答案1：
对于圆管中的层流，流速分布是抛物线形的。可以使用哈根-泊肃叶定律来求解流速分布。设管道半径为R，管道中心处的流速 \( U_c \)
可以通过以下公式计算：
\[ U_c = \frac{2 \mu Q}{\pi R^4} \]
其中，\( \mu \) 是流体的动态粘度，\( Q \) 是体积流量。
习题2：热量传递
在一个长直管道中，热水以恒定的流速流动。如果管道壁面的温度保持恒定，求管道中心的温度分布。
答案2：
在这种情况下，可以使用热传导的基本方程来求解温度分布。对于稳态条件下的一维热传导，温度分布 \( T(x) \) 可以用以下方程表示：
\[ \frac{d^2T}{dx^2} = 0 \]
其中，\( x \) 是沿管道长度的方向。根据边界条件，管道中心的温度是恒定的，而管道壁面的温度是已知的。解这个方程可以得到温度分布。
习题3：质量传递 在扩散过程中，一个气体组分在静止的另一气体中扩散。假设扩散是一维的，求浓度分布。
答案3：
对于一维稳态扩散，可以使用菲克定律来求解浓度分布。菲克定律的方程为：
\[ \frac{dC}{dx} = -D \frac{dC}{dx} \]
其中，\( C \) 是浓度，\( D \) 是扩散系数，\( x \) 是沿扩散方向的位置。解这个方程可以得到浓度随位置的变化。
习题4：传递过程的耦合问题
在一个垂直上升的管道中，水蒸气和冷空气进行热质交换。如果水蒸气以恒定速度上升，求水蒸气的浓度和温度分布。
答案4：
这是一个动量、热量和质量传递耦合的问题。可以使用守恒方程来描述这一过程。对于水蒸气，质量和能量守恒方程可以联立求解。这通常需要数值方法来求解，因为解析解可能不存在。