北京化工大学《化工传递过程导论》课程第六次作业参考答案

《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：0tρ∂=∂且上式后三项可去除密度ρ 二维流动：()0z u zρ∂=∂则连续性方程简化为：()110r u ru r r r θθ∂∂+=∂∂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)⎪⎩⎪⎨⎧-+=--=++=zx t u zy t u y x t u z y x 222 (2)()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=-==-=22221211ttz 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 zu u u x y z∂∂∂++=∂∂∂ （1）2110y x zu 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 tρρ∂∂∂++=-+-=-=-≠∂∂∂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。

31. 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 θθ∂∂+=∂∂ 22()111(cos )cos r ru C C r D D r r r r r r r θθ∂∂⎛⎫⎛⎫=-=-- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 111(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∂∂⎛⎫⎛⎫+=--++= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭，满足 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 xy 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。

一、流体阻力实验思考题1、不锈钢管、镀锌钢管实验测量的只是Re改变后的λ值，为什么判断λ受Re和ε/d共同影响答：分析实验结果，不锈钢管与镀锌钢管的摩擦阻力系数均随雷诺数的增大而减小，在Re相同的情况下，、镀锌钢管的摩擦阻力系数λ要高于不锈钢管的，由此说明λ受Re和ε/d共同影响。

2、在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的λ-Re数据能否关联在一条曲线上为什么答：只要ε/d相同，λ-Re数据就能关联在一条曲线上。

3、以水作工作流体所测得的λ-Re关系能否适用于其它种类的牛顿型流体为什么答：对于其他牛顿型流体也适用。

Re反应了流体的性质，其他的流体的密度和黏度都可以在Re上面反应出来。

所以仍然适用。

4、以下测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗它们分别是多少（管径、管长一样，管内走水，且R=R=R）312uuu-gzgz?2211??h????＋＝() ,压差计高度差R 答：无关，21222u??pup?Plu-gzgz21?,因为R=（）＋即反映了两个测压点截面位能和压强能综合变化f??2d2p?p值,21?R=R=R,u=u,所以三种状态下的hf不变，推出λ不变。

232115、柏努利方程的适用条件是什么该条件与本实验有什么联系答：不可压缩的理想流体在稳定状态下恒温流动。

本实验的流体满足柏努利方程，推导水平无变径直管道摩擦阻力系数λ的时候就采用了柏努利方程，满足柏努利方程是该实验的理论基础。

6、在测量前，为什么要将设备中的空气排净怎样才能迅速排净答：本实验所研究的对象为单一连续流体，排净气体是为了使流体连续流动，以达使流体迅速流过各直迅速排净的方法：主管路：开大流量调节阀，到实验的条件要求。

．管，将气泡冲出；引压管：打开引压管控制阀，流体流过引压管，气泡被带出。

排净标志为流量为零时，传感器示数为零。

二、离心泵实验思考题1，根据离心泵的工作原理，分析为什么离心泵启动前要灌泵在启动前为何要关闭调节阀离心泵是靠叶轮旋转产生的离心力把水排出，泵内的水排出后形成真空，又把水吸进泵中，依次循环工作。

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zu y u x u θzy 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yu xd d μτ-=。

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 。

可编辑修改精选全文完整版61. 有一黏性流体沿一无限宽的垂直壁面下流，其运动黏度ν＝2⨯10-4m 2/s ，密度ρ=0.8×103kg/m 3，液膜厚度δ=2.5mm ，假如液膜内流体的流动为匀速定态，且流动仅受重力的影响，流动方向上无压强降，试计算此流体沿壁面垂直下流时，通道单位宽度液膜时的质量流率。

解：由题意可知，流体流动可看成平壁面上的降膜流动，故液膜内流体的主体流速223249.81(2.510)m 0.102s 333210b g g u v ρδδμ--⨯⨯====⨯⨯流体垂直下流，通过单位宽度液膜的质量流率为33kg(1)(0.810)0.102(2.510)10.204sb b w u A u ρρδ-===⨯⨯⨯⨯⨯=以上计算结果仅当液膜内流动为层流时才是正确的。

液膜雷诺数为3444(2.510)0.102Re 5.130210e bb d u u v ρδμ--⨯⨯⨯====<⨯，成立2. 直径为1.5mm ，质量为13.7mg 的钢珠在—个盛有油的直管中垂直等速下落。

测得在56s 内下落500mm ，油的密度为950kg/m 3，管子直径及长度足够大，可以忽略端部及壁面效应。

求油的黏度μ值，并验算Re 数，以验证计算过程所作的假定是否合理。

解：由题意，根据力的衡算可确定液体的黏度。

定态下，作用在小球上的重力与浮力之差必等于小球所受阻力，即006ball liquid ball m g u r gV πμρ=+ 得到油的黏度μ的计算式如下：006ball liquid ballm g gV u r ρμπ-=故，油的黏度计算如下：3333300(13.710)9.819509.81(1.510)60.935Pa s50010 1.51066562ball liquid ballm g gV u r πρμππ----⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-===⋅⨯⨯⨯⨯校验Re :33050010(1.510)95056Re 0.013610.935d u ρμ--⨯⨯⨯⨯===< 属于爬流，计算合理。

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 zj 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 ）。

ay u xu xy ∂∂-∂∂ b y u x u x y ∂∂+∂∂ c xu 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 2:16．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 '-=ρτb 2ιρτu rii '-= c j i r iiu 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 =αb 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 ）。

《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：0tρ∂=∂且上式后三项可去除密度ρ 二维流动：()0z u zρ∂=∂则连续性方程简化为：()110r u ru r r r θθ∂∂+=∂∂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)⎪⎩⎪⎨⎧-+=--=++=zx t u zy t u y x t u z y x 222 (2)()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=-==-=22221211ttz 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 zu u u x y z∂∂∂++=∂∂∂ （1）2110y x zu 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 tρρ∂∂∂++=-+-=-=-≠∂∂∂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。

6.多相系统中的化学反应与传递现象6.1、在半径为R 的球形催化剂上，等温进行气相反应⇔A B 。

试以产物B 的浓度C B 为纵座标，径向距离r 为横座标，针对下列三种情况分别绘出产物B 的浓度分布示意图。

（1） （1） 化学动力学控制 （2） （2） 外扩散控制（3） （3） 内、外扩散的影响均不能忽略图中要示出C BG ，C BS 及C Be 的相对位置，它们分别为气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处B 的浓度，C Be 是B 的平衡浓度。

如以产物A 的浓度CA 为纵座标,情况又是如何?解(1)以产物B 的浓度为纵座标(2)以产物A 的浓度为纵座标6.2 已知催化剂颗粒外表面的气膜传热系数为117w/m 2K,气体的密度和热容分别为0.8kg/m 3和2.4J/kgK,试估算气膜的传质系数. 解:-=====⨯⨯=⨯=2/3321/(/)(/P r),/P r 1/117/0.8 2.410 6.09410/219.4/D H G p s c c G s p J J k C h S S k h C m s m hρρ又6.3 某催化剂,其真密度为3.60g/cm3,颗粒密度为1.65g/cm3,比表面积为100m2/g.试求该催化剂的孔容,孔隙率和平均孔半径. 解:=-=<>=<>====3(1),0.5422/,65.6/0.542/1.650.328/ p t p p a p r p a g p p r S r AV cm g ρρεεερερ由得由得由催化剂6.4 已知铁催化剂的堆密度为 2.7g/cm 3, 颗粒密度为 3.8 g/cm 3,比表面积为16m 2/g,试求每毫升颗粒和每毫升床层的催化剂表面积. 解:==2260.8/43.2/p g g S m m lS m m lρρb 每毫升颗粒的表面积=每毫升床层的表面积=6.5 试推导二级反应和半级反应的扩散有效因子表达式(6.23)和(6.24). 解:(1)二级反应,()()(()=-=-==-±=⎡⎤=-±⎣⎦=-2222222,,/2/1/21,/A w A S G m A G A S w A SG m ww A S w A G G m w A G w A G G m R k C k a C C k C k a k k C k C k a k C k C k a αηA Sx 由上解得:C按定义此即(6.23)式式中D a=(2)半级反应()(=-=-==-±==-+⎛=-+=+- ⎝⎭1/21/21/21/21/21/21/221/2,(),/2/(/2122A w A S G m A G A S w A SA S w G mw A S w A G w G m A GR k C k a C C k C C k k a k C k C k k a C D a D a D αηx 由上解得:按定义:-⎡+⎢=-⎢⎢⎣⎦⎡⎤⎛+⎢⎥ =-⎢⎥ ⎢⎥⎝⎣⎦=1/221/221/222212(6.24),:/w A G G mD a D a D a k C k a 此即式式中6.6 在充填ZnO-Fe2O3催化剂的固床反应器中,进行乙炔水合反应:+→++2223322232C H H O C H C O C H C O H已知床层某处的压力和温度分别为0.10Mpa,400℃,气相中C 2H 2含量为3%(mol),该反应速率方程为r=kC A ,式中C A 为C 2H 2的浓度,速率常数k=7.06×107exp(-61570/RT),h -1,试求该处的外扩散有效因子.数据:催化剂颗粒直径0.5cm,颗粒密度1.6g/cm 3,C 2H 2扩散系数7.3×10-5m 2/s,气体粘度2.35×10-5Pa ﹒s,床层中气体的质量流速0.2kg/m 2s. 解:由已知条件可得()()---=⋅=⨯⨯=⨯+⨯=+===⨯⨯⨯===-=⨯⨯2530.359552/370.24/R e 0.0050.24/2.351051.06260.03180.972730.3303/22.44002730.357/(R e )0.24852.3510/(0.33037.310)0.97460.1837/()615707.0610exp 8.314673D b c G Dc G kg m skg mj S Gk j m sS k ρερ()-⎡⎤= = ⎢⎥⎣⎦==⨯ ⋅⎡⎤=⨯=⎢⎥⎣⎦332221174.6/0.3263//0.203910/10.005/(0.005)16000.756w p m l h l s k k m kg s a m ρππ====+/0.0014810.99851w G m D a k k a D aπη6.7实验室管式反应器的内径2.1cm,长80cm ,内装直径6.35mm 的银催化剂进行乙烯氧化反应,原料气为含乙烯 2.25%(mol)的空气,在反应器内某处测得P=1.06×105Pa,T G =470K,乙烯转化率35.7%,环氧乙烷收率23.2%,已知+→ =-⨯ +→+ =-⨯ 42422412462422222419.6110/232 1.2510/C H O C H O H J m olC H C H O C O H O H J m olC H ∆∆颗粒外表面对气相主体的传热系数为58.3w/m 2K,颗粒密度为 1.89g/cm 3.设乙烯氧化的反应速率为 1.02×10-2kmol/kg ﹒h,试求该处催化剂外表面与气流主体间的温度差. 解:()-= ⋅⎛⎫-=-+--=⨯ ⎪⎝⎭= ⋅=⨯⋅⋅=== -=--= 512252223()10.2/23.223.2()()1 5.00110/35.735.758.3/ 2.09910/0.50/16()()/48.59A r s p pm p pp pg G A r s m R m ol kg h H H H J m ol h w m k J m K h S d a m kgV d T T R H h a Kπρπρ∆∆∆∆6.8 一级连串反应:−−→−−→12A B C在0.1Mpa 及360℃下进行,已知k 1=4.368 s -1,k 2=0.417 s -1,催化剂颗粒密度为1.3g/cm 3,(k G a m )A 和(k G a m )B 均为20cm 3/g ﹒s.试求当C BG /C AG =0.4时目的产物B 的瞬时选择性和外扩散不发生影响时的瞬时选择性.解:外扩散无影响时,由(6.35)式得:⨯'=-=0.41730.410.96184.368S外扩散有影响时,由(6.34)式得:⨯=-=+10.41730.4(1.168)0.940310.01605 4.368(1.01605)S上式中所用的 ====1122/0.168/0.01605a G m a G mk D k a k D k a ρρ6.9 在Pt/Al 2O 3催化剂上于200℃用空气进行微量一氧化碳反应,已知催化剂的孔容为0.3cm 3/g,比表面积为200m 2/g,颗粒密度为1.2g/cm 3,曲节因子为3.7.CO-空气二元系统中CO 的正常扩散系数为0.192cm 2/s.试求CO 在该催化剂颗粒中的有效扩散系数.(----=== ===≥=⨯⨯=⨯ ==⨯ 53822322/30,10,0.36/216.610,,:9.7103010 1.19610// 1.16410/ g g p g pa k k p V S A cm V r D cm sD e D cm sλερλετa 解：r 为努森扩散故有6.10 试推导球形催化剂的内扩散有效因子表达式(6.60). 解:==-=-+2222223,:1122A A AC u dC du u dr r drrd C d uduudr r dr r dr r 令可得用以上各式对教材中(6.55)式进行变量置换得:= =2222p d u b udrb k D e式中 (A)(A) (A) 式为二阶常系数齐次微分方程,边界条件:r=0 du/dr=0; r=R p u=C AS R p (B) 结合边界条件(B)式解(A)得:= sinh()()sinh()p A AS p R br C C C r bR有内扩散影响时的反应速率为:()=-= 24()pA A pr R dC R D e R D drπ()=⎛⎫-=- ⎪⎝⎭(),():114tanh pA r R A p s A S s s dC C D drR R C D e πφφφ由式求出代入式得 按内扩散有效因子的定义:⎛⎫⎛⎫=-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭3411311()3tanh tanh 4p s A S s s s s s p p A S R C D e E R k C πφηφφφφφπ==s p pbR R φ式中==⎛⎫=- ⎪⎝⎭/3():111()tanh(3)3s E F φφηφφφ若令则式可改写为(F)即为教材(6.60)式,(E)式是(6.60)的又一形式.6.11 在球形催化剂上进行气体A 的分解反应,该反应为一级不可逆放热反应.已知颗粒直径为0.3cm,气体在颗粒 中有效扩散系数为 4.5×10-5m 2/h,颗粒外表面气膜传热系数为44.72w/m 2﹒K,气膜传质系数为310m/h,反应热效应为-162kJ/mol,气相主体A 的浓度为0.20mol/l,实验测得A 的表观反应速率为1.67mol/minl, 试估算：（１） （１） 外扩散阻力对反应速率的影响； （２） （２） 内扩散阻力对反应速率的影响； （３） （３） 外表面与气相主体间的温度差． 解：--=⋅=⨯⋅⨯⨯==⨯<*53331.67/m in 1.00210/(1)31.671060.8081100.150.2(310/60),.A A G GR m ol l m ol m h LC k *A判别外扩散阻力的影响用(6.79)式:R故仅从传质考虑外扩散影响可不计==*2(2)(6.82),:2.783s A s A GR LD eC φφ判别内扩散阻力的影响用式先求出====2,2.783,(6.60)3.1,0.288,s s φηφφφη因有从可借助式估算出由此可知内扩散阻力影响严重.(3)计算外表面与气相主体间温度差⊿Ｔm ：=-=⋅⋅⋅*)/m G s A s T T T R h ∆∆r 颗粒体积(H 颗粒外表面积=50.4K6.12 在固体催化剂上进行一级不可逆反应→ ()A B A已知反应速率常数k,催化剂外表面积对气相的传质系数为k G a m ,内扩散有效因子η.C AG 为气相主体中组分A 的浓度. (1)试推导:()()-= +11A G A G mCR B k k a η(2)若反应式(A)改为一级可逆反应则相应的(B)式如何?解:(1)一级不可逆反应A B:()()()()-=-==+==+/1A G A GA S m G m A G G mA G G mR k C C a k k a C k k a C k k a kηηηηA SA SAA SC由上可解得:C 解得:-RC(2)一级可逆反应:A B()()()()()()()()-=-=+-+=+--=+-=++:11 A G m A G A S A SA e G m A G A eG m A G A S A A S A e G m R k a C C k kCC k a C kC k a k C C R k kC C k a k kηηηηηA S由解得:C则有6.13 在150℃,用半径100μm 的镍催化剂进行气相苯加氢反应,由于原料中氢大量过剩,可将该反应按一级(对苯)反应处理,在内,外扩散影响已消除的情况下,测得反应速率常数k p =5min -1, 苯在催化剂颗粒中有效扩散系数为0.2cm 2/s,试问:(1) (1) 在0.1Mpa 下,要使η=0.8,催化剂颗粒的最大直径是多少?(2) (2) 改在 2.02Mpa 下操作,并假定苯的有效扩散系数与压力成反比,重复上问的计算.(3) (3) 改为液相苯加氢反应,液态苯在催化剂颗粒中的有效扩散系数10-5cm 2/s.而反应速率常数保持不变,要使η=0.8,求催化剂颗粒的最大直径. 解:()==⎛⎫- ⎪ ⎪⎝⎭(1)0.107611tanh 33pd φηφφφ1由(6.60)式=用试差法从上二式可解得当η=0.8时,需d p <6.36cm(2)2.02Mpa 时,De ≈0.2×0.101/2.02=0.01 cm 2/s,与此相对应:==0.418pd φ同上法可求得当η=0.8时,需d p <1.42cm(3)液相反应时,De=1×10-6cm 2/s,与此相应的φ为21.51dp,同上法可求得当η=0.8时,需d p <0.0142cm.6.14 一级不可逆反应A B,在装有球形催化剂的微分固定床反应器中进行温度为400℃等温,测得反应物浓度为0.05kmol/m 3时的反应速率为 2.5 kmol/m 3床层﹒min ,该温度下以单位体积床层计的本征速率常数为k v =50s -1 ,床层孔隙率为0.3,A 的有效扩散系数为0.03cm 2/s,假定外扩散阻力可不计,试求:(1) (1) 反应条件下催化剂的内扩散有效因子 (2) (2) 反应器中所装催化剂颗粒的半径()===== --==-==⨯⨯ ⋅3171.43/18.13500.05/p v B B B vvvpB pA v A SV k V V V k k k l sV V V d R k C km ol s m εεφηηp p 解:k k 床层实验测得(-R A )=0.0417 kmol/s ﹒m 3床层, 解上二式得η=0.0167,可见内扩散影响严重.由η=1/φ=1/8.13dp=0.0167,可解出dp=7.38cm,即反应器所装催化剂的颗粒 半径为3.69cm.6.15 在0.10Mpa,530℃进行丁烷脱氢反应,采用直径5mm 的球形铬铝催化剂,此催化剂的物理性质为:比表面积120m 2/g,孔容0.35cm 3/g,颗粒密度1.2g/cm 3,曲节因子 3.4.在上述反应条件下该反应可按一级不可逆反应处理,本征反应速率常数为0.94cm 3/gs,外扩散阻力可忽略,试求内扩散有效因子.解:丁烷分子量为58,λ=10-5cm,<ra>=2Vg/Sg=58.3×10-8cm, λ/2<ra>=8.576,此值与10接近,故可近似扩散是以奴森扩散为主:--=⨯⨯=⨯22970058.3102.10410/k D cm s-==⨯==32/ 2.610/1.736k p m D e D cm sετφ由(6.60)式算得η=0.465.6.16 在固定床反应器中等温进行一级不可逆反应,床内填充直径为6mm 的球形催化剂,反应组分在其中的扩散系数为0.02cm 2/s,在操作温度下,反应式速率常数等于0.01min -1,有人建议改有3mm 的球形催化剂以提高产量,你认为采用此建议能否增产?增产幅度有多大?假定催化剂的物理性质及化学性质均不随颗粒大小而改变,并且改换粒度后仍保持同一温度操作.解:=======0.6,0.02887,0.9995,0.3,0.01444,0.9998p p d cm d cm φηφη故采用此建议产量的增加是很有限的.6.17 在V 2O 5/SiO 2催化剂上进行萘氧化制苯酐的反应,反应在 1.013×105Pa 和350℃下进行,萘-空气混合气体中萘的含量为0.10%(mol),反应速率式为:⎛⎫=⨯-⋅ ⎪⎝⎭50.381353603.82110exp ,/A Ar p km ol kg hR T式中PA 为萘的分压,Pa.已知催化剂颗粒密度为1.3g/cm 3,颗粒直径为0.5cm,试计算萘氧化率为80%时萘的转化速率(假定外扩散阻力可忽略),有效扩散系数等于3×10-3cm 2/s.解:因外扩散阻力可不计,故C AS ≈C AG ,()-= ⋅0.38/A p AGR k C km ol kg h η式中η由教材(6.66)式计算,为此先计算以下数据:--==⨯⎛⎫=⨯-⋅ ⎪⎝⎭⎛⎫ =⨯-⋅ ⎪⎝⎭13250.3850.383/12,310/,1353603.8210exp /1353603.8210exp /p p p A G p A Ga V cmD e cm s k p km ol kg hR T p km ol m h R T ρA 的值由:r 颗粒 将此P AG =C AG RT,ρp =1300kg/m 3颗粒,T=(350+273)K 代入上式,并将小时换为秒计则得:-=⨯⋅40.3832.19610/A AG r C km ol m s 颗粒 由上式得 k p =2.196×10-4又:C AS =C AG =P AG /RT=105×0.1%(1-0.8)/(8314×623)=3.861×10-6 kmol/m 3 将有关数值代入(6.66)式得:()()()()--=====⨯==⨯⎰⎰⎰1/20.3831/20.381/24]1.12:8.76910[][]1.566310A S A CA S A CA S C A A C C A S A G A GA A C C A A a f C dC f C f C C f C dC C dC η式中最后得萘氧化率为80%时的萘的转化速率为:()--==⨯⋅0.38632.15710/A p AGR k C km ol m sη颗粒6.18 乙苯脱氢反应在直径为0.4cm 的球形催化剂上进行,反应条件是0.10Mpa,600℃,原料气为乙苯和水蒸汽的混合物,二者摩尔比为1:9,假定该反应可按拟一级反应处理.⎛⎫''= =-⋅⋅ ⎪⎝⎭913000.1244exp ,/wE B w r k p k km ol kg h Pa R T 苯乙烯(1)当催化剂的孔径足够大,孔内扩散属于正常扩散,扩散系数D’=1.5×10-5m 2/s, 试计算内扩散有效因子.(2)当催化剂的平均孔径为100Å时,重新计算内扩散有效因子. 已知:催化剂颗粒密度为1.45g/cm 3,孔率为0.35,曲节因子为3.0. 解:为计算内扩散有效因子,先求取K p := ⋅= ⋅3//EB p EB r kp km ol kg h k p km ol m hρ由颗粒将 P E B =RTC E B ,T=(600+273)代入上式得:=⨯ ⋅= ⋅3334.50810/ 1.252/BE EB r C km ol m h C km ol m s 颗粒颗粒 由此得K p =1.252 s -1(1) (1) 孔径足够大,属正常扩散时,-==⨯ 62/ 1.7510/p m De D m sετ由此求得Φ=0.564,由(6.60)式算得η=0.85(2) (2) 孔半径为100Å时:λ/2<ra>=10-5/200×10-8=5,属于过渡区扩散,由教材(6.36)式可算得乙苯的Dk=2.784×10-2cm 2/s.--==⨯+⨯2221 2.34810/112.784100.15D cm s--==⨯=⨯32722.73910/ 2.73910/pmD D e cm s m sετ由上数据可算得φ=1.425,由教材(6.60)式算得η=0.5286.19 苯(B)在钒催化剂上部分氧化成顺酐(MA),反应为:这三个反应均为一级反应.实验测得反应器内某处气相中苯和顺酐的浓度分别为 1.27%和0.55%(均为mol%),催化剂外表面温度为623K,此温度下,k1=0.0196 s -1,k2=0.0158 s -1,k3=1.98×10-3 s -1,苯与顺酐的k G a m 均为 1.0×10-4m 3/skg.催化剂的颗粒密度为1500kg/m 3,试计算反应的瞬间选择性并与外扩散无影响时的瞬时选择性相比较.解:()()---==⨯=⨯=⨯⋅====-=+ 55512332312/ 1.30710, 1.05310,0.13210/./0.1307,0.1053,0.0132),w p w w w w G m a a m B G B S w w B S k k k k k m kg s D a k k a D D A a C C k k C ρa12G 由可算出单位均为由可算得D为简化起见以表示顺酐,C 表示(C O +C O 由教材(6.18)式可写出:k ()()(A )-= - (B )-= - (1223)m A S A G w B S w A S m C S C G w A S w B S a C C k C k C a C C k C k C C G G k k=++=+++++1221121(1)/(1)(2)/(1)/[(1)(1)]B S B G a a A s A G a a B G a a a C C D D C C D D C D D D 由得由得 有外扩散影响时的瞬时选择性:()()()()()=-+⎡⎤⎡⎤++=-+⎢⎥⎢⎥++++++⎣⎦⎣⎦⎡⎤++=-+⎢⎥++++⎣⎦=1213121131313213212131131322/1111(1)110.4742w B S w A S w w B Sw w A G a B G a a w w w w a a a a B G w w a a A G a w w w w a B G a S k C k C k k C k k C D C D D k k k k D D D D C k k D D C D k k k k D C D 无外扩散影响时的瞬时选择性:'=-=++1213130.5726w w C G w w w w B G k k C S k k k k C6.20 原题见教材,今补充如下:实验测得A 的气相浓度为1.68×10-5mol/cm 3时的反应速率为1.04×10-5(mol/cm 3床层﹒s).解:已知 ()---=⨯-=⨯ ⋅*5531.0410/(10.4) 1.73310/AR m ol cm s 颗粒若不计外扩散阻力,则C AS =C AG =1.68×10-5mol/cm 3 由教材312页: ()=-*2/s A AG R L DeC φL=dp/6=0.04cm,可算得s φ=0.1375,由(6.82)式=2sφφη,将此式与(6.60)式用试差法联立求解可得:φ=0.387 η=0.92。

∂p ∂x
∂p ∂y
∂ u ∂u y ∂u ∂ u y ∇ p = − ρ u x x + u y x i + u x + uy j ∂y ∂x ∂y ∂x = [(3 − 5 x)(−5)i + (2 − 5 y)(−5) j ] = 5ρ[(3 − 5 x)i + (2 − 5 y ) j ]
ν 4-4 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 Rexc = 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
·37·
c=
uy0
层? 求出层流边界层相应点处的边界层厚度。 解：由物性数据表查得，30℃的物性 ρ = 1.165 kg/m3 ， µ = 1.86 × 10−5 Pa ⋅ s x u ρ 0.4 × 10 × 1.165 5 = 2.505 × 10 < Rexc x1 ＝0.4m 处， Rex1 = 1 0 = µ 1.86 × 10 −5 为层流边界层
所以
点（–2,5）的压力梯度为 ∇p(−2, 5) = ρ (65i + 115 j )
3-25 某平面流可用流函数表示为：ψ = x + x 2 − y 2 。 试求： （1）与此相对应的速度势函数 ϕ ； （2）忽略质量力，求点（–2,4）和点（3,5）之间的压力差。 解： （1）速度势函数 ϕ
xc 的范围为：0.04～0.60m。
4-2 流体在圆管中流动时， “流动已经充分发展”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？ 答：当流体以均匀一致的流速在圆管中流动时，在管内壁周围形成边界层，且逐渐加厚， 在离进口某一距离（Le）处，四周的边界层在管中心汇合，此后便占有管的全部截面，而边 界层的厚度也维持不变，这时的流动称为充分发展了的流动。若边界层汇合时，流体的流动 为层流，则管内的流动为充分发展了的层流；若边界层汇合时的流体已是湍流，则管内流动 为充分发展了的湍流。 在 Red < 2000 ，L＞Le 的光滑管条件下，会发生充分发展了的层流；当 Red > 10000 ，L > Le 光滑管条件下会发生充分发展了的湍流。 4-3 已知二维平面层流流动的速度分布为 u x = u0 (1 − ecy ) ， u y = u y 0 (u y 0 < 0) ，式中 c 为 常数。试证明该速度分布是普朗特边界层方程式（4-13）的正确解，并以流动参数表示 c。 解： 由 u x = u0 (1 − ecy ) ， u y = u y 0 (u y 0 < 0) 可知

p Y y
p Z z
质量力：X = 0，Y = 0，Z = - g
p 0 x
积分得：
p 0 y
p dp g z dz
h

p
p0
dp g dz
0
p p0 gh
流体静力学方程
h
p p0 g
※对于一定密度的液体，压力差与深度h成正比，故
不稳态流动：流体流动时，任一截面处的有关物理量中只要有一个随时间而变 化，称为不稳态流动或不定常流动；
（三）粘性定律和粘度
1. 牛顿粘性定律 重要

dux dy


dux dy
剪应力，单位截面积上的表面力，N/m2；
产生：相邻两层流体之间由于粘性作用而产生，粘性力，表面力的一种；
动力粘度（粘度），流体的一种物性参数，试验测定，查物化手册；
※ 流体：气体和液体的统称
一、静止流体的特性 （一）流体的密度（ρ）
均质流体： ※ 非均质流体： f x, y, z 方法：取一微元，设微元 质量为dM，体积为dV
图 均质水溶液 图 非均质溶液
M 密度： V
dM dV
ρ：点密度 dM：微元质量
dV：微元体积
流体的比体积（质量体积υ）：
液柱高度h可用来表示压力差的大小（mmHg,mH2O)
二、流体流动的基本概念 （一）流速与流率
u 流速：流体流动的速度，表示为
dx d dy d
u f ( x, y, z, )
dz d
流速不均匀分布情况下，点流速（在dθ时间内流体流过距离ds）
ux
uy
uz
[m/s]
流率：单位时间内流体通过流动截面的量 ※ 以流体的体积计量称为体积流率（流量，Vs）m3/s ※ 以质量计量称为质量流率（w），kg/s ？？

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 zj 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 ）。

ay u xu xy ∂∂-∂∂ b y u x u x y ∂∂+∂∂ c xu 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 2:16．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 '-=ρτb 2ιρτu rii '-= c j i r iiu 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 =αb 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 ）。

北京化工大学2006——2007学年第二学期《化工传递过程原理》期末考试试卷标准答案一、（40%）概念和定义填空1.1（4%）在平板、层流边界层中，有关剪应力的描述如下哪一种说法正确： a) 剪应力正比于速度； b) 剪应力正比于速度的平方； c) d) e) 1.2a) b) c) d) e) 1.31.4（度 所致传递量的迁移。

1.5（9%）试用（通量）= —（扩散系数）⨯（浓度梯度）形式，分别写出对应动量、热量以及质量传递的数学表达式（包括量纲）。

abc ）质量传递： 223d kg m kg m s s d m m A A AB j D yρ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 。

1.6（10%）已知温度294K 、压强1.519⨯105Pa 下，O 2（A ）和CO 2（B ）混合物中存在分子扩散，A 组分摩尔分数04A x .=，008m/s A u .=，002m/s B u .=，则混二、2.1 ∙ ∙ x 方向动量方程(b) ∙ y 方向动量方程(c)∙ z 方向动量方程22222213y x z z z z z u u Du u u u u PZ D Z x y z z xy z ρρμμθ∂⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂∂∂∂=-++++++⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭ (d) 2.2导出板间剪切应力，以及单位宽度平均体积流率和平均速度的表达式。

2.3静板表面的剪切应力为零时，压强梯度为多大。

动板表面的剪切应力为零时，压强梯度为多大？ 解答：2.1式(e)为d S P p P =+则由此式(h)可简化为描述本问题的控制方程为22d d 1Constant d d x du p y xμ== （1） 这里的下板以一定速度运动，故边界条件为0x W y u u == （2a ） 0x y du == （2b ）注意式（2）表明坐标原点在下板处。

对式（1）做不定积分两次得：3）4） 5） 2.26） 7）所以平均速度为2122d Wdp u Q d U d dx μ==-+ （8）2.3静板表面的剪切应力为零时，对应y d =，由式（6）知此时压强梯度为()2022d Wd W dp u d d dx ddp u dx d μτμ=-+=∴= （9）动板表面的剪切应力为零时，对应0y =，由式（6）知此时压强梯度为()02d Wdp u d dx dμτ=+ （10）三、L T ）下：3.1 依据Fourier 定律，采用微分平衡方法建立描述本问题的、特定条件下的控制方程，并给出边界条件。

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 、1dB 、2dC 、122d d + D 、21d d - 4、费克定律A A AB d j D dyρ=-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 、0D 、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 、1:2B 、2:3C 、1:3D 、1:19、温度边界层厚度定义为0s t st 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13、传热过程中湍流边界层的层流内层的温度梯度比湍流核心（ A ）A 、大B 、小C 、相等D 、不确定14、冯卡门类似律采用的三层模型不包括（ D ）A 、湍流主体B 、缓冲层C 、层流内层D 、过渡区15、固体内发生非稳态导时，若固体内部存在明显温度梯度，则（ A ）A 、0.1Bi ≥B 、0.1Bi =C 、0.1Bi ≤D 。

关于化工传递基础课程考核内容及练习范围等1 •期终考试（占课程总分50%）试题考试形式:开卷题型及分数1.判断题：10题每题1分（1・9章范圉的概念）2.填空题：10题每题1分（1-9章范围的概念）3.单选题：10题每题1分（1-9章范围的概念）4.对应题10题每题1分（1・9章范围的概念）5.计算题:4题，每题15分（要求学生练习的习题题型范围以内（见下））概念题要求学生熟悉教学内容以内的基木概念！2•化工传递基础课，建议学生的习题（天大教材第一版）：第一章：1-1~1-81- 1粘件流休在圆管内作一维稳态流动。

设？表示径向距离、，表示自管壁篦尼的垂直距离，试分别写出沿♦■方向和7方向的、用《动箱通量）（动量扩散系数〉X （动摊浓度梯度）农示的现象方程。

1- 2采用苯甲酸制成的圆骨装水时，那甲酸（组分虫〉将在水｛组分B）中溶解。

试分别写出苯甲酸沿丿方向（自管聚至管中心的方向）和，方向（半径方向〉的费克定律衣达试。

苯甲酸在中的扩放杀数以6点示，并假设为常数。

17 试根据式（1-4）, （1-6）和（1-3）讨论动就传递、热最传埋和质量传递三者之间的类似性，1-4试分别证明现象方程式（“4）、（1-6）利（1-3）中各式等号两侧的因次一致。

庙‘X长度、时的、温度的因次分别以2、I.、丁和&农示。

1-6不可压缩流体在矩形截面的管道中作-淮稳态层液流动。

设管逍宽度为久离度为2九、且忙、久，流逬长度为人两端压力降为■△久滨机期力的衔算导岀：•网应力丫朋爲度岁（自截面中心至4 点.的距离〉变化的关系式'2. 管藏面上的速度分布方科；3. 主体（平均》流速与城大流速之间的关系。

在习题所述的矩％管道中，温度为20七的水作稳态层流流动，水的平均流述为0.Im/s竹门的r.）-o.oin U 试求算管堂巫处的剪滋力。

!<當EE下温度为30匕的空气流过内径为IQmm、氏度为阴的管道。

测得曾中心处的漁逸为0・1八/ $,试求算空气流过6m长件道时的压力降。

42-7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=2r u rdz ρπ⋅；质量输出速率= 22r r u rdz u rdz dr rρπρπ∂⋅⋅+∂。

对于轴向：质量输入速率=2z u rdr ρπ⋅；质量输出速率= 22z z u rdr u rdr dz zρπρπ∂⋅⋅+∂。

代入简化守恒方程，得到：22(2)(2)(22)0z r z r z r u rdr u rdz u rdr dz u rdz dr u rdr u rdz z r ρπρπρπρπρπρπ∂⋅∂⋅⋅++⋅+-⋅+⋅=∂∂ 220z r u rdr u rdz dz dr z rρπρπ∂⋅∂⋅⇒+=∂∂（略去2drdz π） 0z r u r u r z rρρ∂∂⇒+=∂∂（流体不可压缩，进一步转化为） 10z r u u r z r r∂∂⇒+=∂∂ 故该连续性方程最终表达式为：10r z u r u r r z ∂∂+=∂∂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u b 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⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=20max 1y y u u x ，max 32u u b =当时b x u u =， max 20max 321u y y u =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-，02033)321(y y y =-= 距离壁面的距离0)331(y d ±= （2）流体在圆管内作定态一维层流⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=20max 1r r u u x max 21u u b = 当时b x u u =， max 20max 211u r r u =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛- 02022)211(r r y =-= 距离壁面的距离0)221(r d -=3-2温度为20℃的甘油以10kg/s 的质量流率流过宽度为1m ，宽度为0.1m 矩形截面管道，流动已充分发展。

《化工传递过程》习题答案一、单选题1、脉动速度的时均值为（C）A 时均速度B 正值C 0D 负值2、斯蒂芬玻尔兹曼定律描述黑体辐射与物体热力学温度的（D）次方成正比A 1B 2C 3D 43、无界固体壁面上的稳态湍流主体速度分布形状为（D）A 均匀分布B 线性分布C 抛物线D 对数4、体系内部存在热传递是因为存在（C）A 浓度梯度B 动量梯度C 温度梯度D 速度梯度5、不可压缩流体平壁面间稳态层流流动速度分布方程形状为（A）A 抛物线B 线性C 对数D 均匀分布6、连续介质的假设不适用于（C）A 非牛顿型流体B 温度很高的流体C 内压极低的气体7、采用拉格朗日分析观点考察流体运动时，流体的（B）A 体积固定，质量变化B 质量固定，体积变化C 体积质量均变化8、给出所有时刻物体端面处的导热通量的边界条件类型是（B）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9、计算细微颗粒在流体中所受外力的斯托克斯方程的应用前提是粒子处于（B）沉降过程中A 加速B 匀速C 保持不变10、导热系数的单位是：（C）A W/(m2.K)B W/m2C W/(m?K)11、竖直平壁面上的降落液膜流动速度分布方程形状为（A）A 抛物线B 线性C 对数D 均匀分布12、不可压缩流体是指（C）A 密度不随空间位置变化的流体B 密度不随时间变化的流体C 密度不随空间位置和时间变化的流体13、湍流强度用I值来表征，I值越大湍流强度越（A）A 大B 不确定C 小14、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15、Re数是（A）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16、进行流体微分能量衡算时，若采用随体坐标，可得到的结论是流体的（A）变化为零A 拉格朗日分析观点B 欧拉分析观点C 与a,b均无关的分析观点17、热传导中的傅里叶数表示（A）A 时间之比B 长度之比C 速度之比D 导热通量之比18、将一维导热分析解推广到二维和三维问题是（D）A 傅里叶定律B 简易图算法C 雷诺相似率D 纽曼法则19、集总热容法忽略了（A）A 内部热阻B 外部热阻C 内部热阻和外部热阻D 不确定20、采用迹线描述流体的运动体现了(A)A 拉格朗日分析观点B 欧拉分析观点C 与A,B均无关的分析观点21、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22、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23、导热问题的第二类边界条件是（B）A 已知物体边界上的温度分布B 已知物体边界上的热流密度C 已知物体表面与周围介质之间的换热情况24、按照传质双膜理论的假定，发生相问传质时，在相接触的气液相界面（A）A 不存在传递阻力B 存在很大传递阻力C 传质阻力与气液相相当25、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26、对于大Re数的流动问题，粘滞力的作用远（C）惯性力A 大于B 等于C 小于27、根据纽曼法则，长方体的不稳态导热问题可以表示为（C）个一维无限大平板的导热问题A 1B 2C 3D 428、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 0.04B 0.08C 0.0429、计算细微颗粒在流体中所受曳力的斯托克斯方程(Stokes-Equation)的应用前提应该是粒子（B）沉降运动过程中A 加速B 匀速C 任意速度30、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 以内部拽力为主C 表面和内部两者一样D 不知道31、连续介质的假设不适用于（C）A 非牛顿型流体B 温度很高的流体C 内压极低的气体32、依据连续介质的假定，对流体进行微分衡算时，所选择的流体质点的几何尺寸应该是（B）A 微观充分小B 宏观充分小C 可任意选择33、采用迹线描述流体的运动体现了(A)A 拉格朗日分析观点B 欧拉分析观点C 与A,B均无关的分析观点34、进行流体微分能量衡算时，若采用随体坐标，可得到的结论是流体的（A）变化为零A 动能位能B 焓C 内能35、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 1:1B 1:2C 2:1τ表示运动的流体微元所受应力分量时，下标m表示的是(C) 36、根据规定，采用mmA 应力分量的作用方向B 应力作用面的切线方向C 应力作用面的切线方向 37、采用时均化的处理方法描述湍流运动时，（A ）速度的时均值为零 A 瞬时 B 时均 C 脉动 38、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 39、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 40、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 41、利用雷诺类似求解湍流传质问题的前提是假定（C ）A 1S >cB 1<ScC 1=Sc18 下面关于流体可压缩性说法不正确的是（C ）A 流体在外力作用下，其体积发生变化而引起密度变化B 作用在流体上的外力增加时，其体积减小C 以上说法都不对42、下面关于欧拉观点和拉格朗日观点说法正确的是（C ）A 欧拉观点是 选定一个流体质点，对其跟踪观察，描述其运动参数（如位移 速度等）与时间的关系 整个流动为各质点运动的汇总B 拉格朗日观点是以流动的空间为观察对象，观察不同时刻各空间点上流体质点的运动参数，将各时刻的情况汇总可描述整个流动C 以上说法都不对43、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)A 静压力和粘滞力B 静压力和体积力C 粘滞力和体积力44、计算细微颗粒在流体中所受外力的斯托克斯方程的应用前提是粒子处于（B ）沉降过程中A 加速B 匀速C 任意速度45、浓度边界层厚度增大时，传质膜系数将（A ）A 减小B 增大C 保持不变46、若流体普兰特数数值小于1，可依次判据流动中动量扩散系数数值（C ）热扩散系数A 大于B 等于C 小于47、按照传质双膜理论的假定，发生相间传质时，在相接触的气液界面上（A ）A 不存在传递阻力B 存在很大的传递阻力C 传质阻力与气液相相当48、仅考虑摩擦拽力时，柯尔本J 因子类似可以表示为（B ）A jH=jD=f/4B jH=jD=f/2C jH=jD=f49、下面说法不正确的是（C ）A 流体流动分层流和湍流两种基本流型B 判别流型的无因次数为雷诺数C 上述说法都不对50、下面说法不正确的是（C）A 热量传递的两种基本机制是传导和对流B 传导产生的原因是温度差，对流产生的原因是流体宏观流动C 上述说法都不对51、下面说法不正确的是（C）A 普兰特数的物理含义是流体动量扩散和热量扩散能力的相对大B 施密特数的物理含义是流体动量扩散和质量扩散能力的相对大小C 上述说法都不对52、下面说法不正确的是（C）A 分子传质中，组分通量的贡献来自扩散和对流两部分B 扩散产生的原因是浓度差驱动，对流的原因是组分相对运动导致的主体流动C 上述说法都不对53、小雷诺数蠕动流求解中，惯性力作用（ A ）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54、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（ A ）A 变化为零B 变化为1C 变化为2D 趋于无穷55、Re数小于（ A ）的管内流动是层流A 2000B 20000C 200000D 200000056、连续介质的假设不适用于（ C ）A 非牛顿型流体B 温度很高的流体C 内压极低的气体57、依据连续介质的假定，对流体进行微分衡算时，所选择的流体质点的几何寸应该是（B ）A 微观充分小B 宏观充分小C 可任意选择58、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59、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60、体系内部存在热传递是因为存在（）A 浓度梯度B 动量梯度C 温度梯度D 速度梯度二多选题61、以下不能使用简易图算法计算导热的是（ABCD）A 内部有热源B 流体介质的主体温度随时间变化C 第一类边界条件D 物体的导热系数随时间变化62、下面关于分子传质和对流传质说法正确的是（AB）A 分子传质是由分子的无规则热运动产生的物质传递现象B 运动流体与固体表面之间的质量传递过程是对流传质C 气体之间的质量扩散也是对流传质D 以上说法都正确63、体系的温度函数为t=f(θ,x,y,z)，关于温度函数t对时间θ的偏导数、全倒数以及随体导数，下列正确的是（ABC）A 偏导数：表示温度随时间的变化，而其他量不随时间的变化B 全体导数：表示不同时刻不同空间的温度变化，还与观察者的运动速度有关C 随体导数：流场质点上的温度随时间和空间的变化率64、关于温度边界层叙述正确的有（ABCD）A 温度边界层外可视为等温区；B 缩小对流传热问题求解的空间范围，对流传热主要发生在温度边界层内，集中精力求解温度边界层内的传热问题；C 结合温度边界层的特性，通过数量级分析方法，简化温度边界层内的能量方程，降低能量方程的求解难度；D 通过温度边界层概念，可对一般工程传热强化机理进行分析和解释65、湍流的特点包括：（BCD）A 流体微团的轨迹没有明显的不规则B 脉动质点的脉动C 流动阻力远大于层流阻力D 流速分布较层流均匀66、以下关于质点加速度表述正确的是（A）A 流体质点加速度可以表示成当地加速度与迁移加速度之和B 当地加速度是由流场不均匀性引起的C 迁移加速度是由流场不稳定性引起的D 以上说法都不正确67、热量传递的主要方式有（ABC）A 热传导B 对流传热C 辐射传热D 摩擦生热68、以下说法不正确的是（ACD）A 层流相邻流体层之间的热传递属于对流B 对流传热与流体的流动状态密切相关C 湍流边界层与固体壁面传热是不需要没有热传导D 以上说法均不正确69、质量传递的基本方式包括（ABC）A 分子扩散B 分子传质C 对流传质D 辐射70、影响自然对流传热系数的主要因素有（ABCD）A 流动起因，流动速度B 流体有无相变C 壁面的几何形状、大小和位置D 流体的热物理性质71、描述物体运动常用的观点是（AD）A 欧拉观点B 普朗特观点C 雷诺观点D 拉格朗日观点72、下面关于流动边界层理论说法正确的是（ACD ）A 流体以均匀流速进入圆管内流动时，在壁面附近形成存在速度梯度的流动边界层B 随距离前缘的距离增加，边界层的厚度逐渐增加，最后在管中心汇合，但并非管中流体全部处于边界层中C 从圆管前缘开始，到边界层汇合时对应的管长称为进口段D 进口段后，边界层充分发展，充分发展了的边界层保持汇合时的流型73、下面关于层流和湍流说法正确的是（BD）A 层流是在高雷诺数下发生的，而湍流是在低雷诺数下发生的B 层流时流体是规则的层层向下游流动，层与层之间的质点互不混合；而湍流时流体的质点会发生强烈的混合C 层流和湍流中都仅存在粘性力和质量力D 湍流时在壁面附近处存在这层流内层和缓冲层74、热量传递的主要方式有（ABC）A 热传导B 对流传热C 辐射传热D 摩擦生热75、下面关于热传导和对流传热说法正确的是（ABC）A 热传导是热量依靠物体内部粒子的微观运动从物体中的高温区向低温区移动的过程B 热传导是热量依靠物体依靠宏观混合运动从物体中的高温区向低温区移动的过程C 对流传热是流体的宏观运动引起的热量传递过程D 对流传热是指由于温差而产生的电磁波在空间的传热过程76、体系温度函数t=f(θ,x,y,z),下面关于温度函数对时间θ偏导数全体导数及随体导数说法正确的是（AC）A t对θ的偏导表示温度随时间的变化，而其他量不随时间变化B t对θ的全体导数表示不同时刻不同空间的温度变化，但与观察者的运动无关C t对θ的随体导数表示流场质点上温度随时间和空间的变化率D 以上说法都正确77、下面关于分子传质和对流传质说法正确的是（AB）A 分子传质是由分子的无规则热运动产生的物质传递现象B 运动流体与固体表面之间的质量传递过程是对流传质C 气体之间的质量扩散也是对流传质D 以上说法都正确78、下面各种说法正确的是（ABCD）A 比体积是单位流体质量的体积称为流体的比体积B 理想流体是完全没有粘性的流体视为理想流体C 对流传热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D 流体绕过物体运动时，在主流流体和边界层中的流体均处于减速加压状态情况下，会出现逆压力梯度79、下面说法正确的是（ABC）A 惯性力是质量与加速度的乘积B 粘性力是流动中的气体，如果各层的流速不相等，那么相邻的两个气层之间的接触面上，形成一对阻碍两气层相对运动的等值而反向的摩擦力C 当流体的黏性较大特征尺寸较小，或者流苏非常低时，Re数很小，那么可忽略惯性力D 在流体流动的边界层内可忽略粘性力的影响80、下面关于气液相间传质双膜模型说法正确的是（ABCD）A 怀特曼(Whitman)于1923年提出B 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C 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D 该模型强调气液相间存在稳定界面和稳定的当量膜，对湍动程度较高的流动接触情况，界面随机变化不断更新，与该模型的假设相差较大，导致该模型在使用中出现缺陷，解决的方法是对模型进行改进，如表面更新和溶质渗透理论等三判断题81、流场中流线可以相交（错）82、依据希格比（Higbie）溶质渗透模型，溶质进入旋涡依赖稳态扩散（错）83、若将流体处理为连续介质，从时间尺度上应该是微观充分小，宏观充分大（错）84、湍流核心不存在热传导形式的热传递（错）85、自然对流过程中可以假设流体密度为常数（错）86、蒸汽冷凝和液体沸腾属于对流传热（对）87、求解某固体内的非稳态导热问题时，若导热体被处理为温度均匀体，则毕渥数Bi的数值一定小于0.1 （错）88、广义牛顿公式表明流体所受应力与应变呈非线性关系（对）89、依据传质双膜理论的假定，在相接触的气液相界面上溶质的传递不存在阻力（错）90、n-s方程不仅适用于牛顿型流体，也适用于非牛顿型流体的流动（错）91、依据普兰特混合长理论，越是趋向靠近固体壁面的区域，混合长的数值越大（错）92、Re数小于2000的流动是湍流（对）93、传递理论中通常所说的雷诺应力是指流体微元质点见的粘性力（对）94、依据普朗特混合长理论，混合长的数值应大于流道尺寸（对）95、依据溶质渗透模型，传质系数k c应与分子扩散系数的1/2方成正比（对）96、流体流动中若满足势函数条件，涡旋运动分量必定为零（对）97、若流动满足欧拉方程，则质点所受表面粘滞力的作用可以不计（错）98、求解某固体内的非稳态导热问题时，若导热体被处理为温度均匀体，则毕渥数Bi的数值一定小于0 1 （错）99、采用拉格朗日观点分析流体质点运动时，质点的动能位能变化不为零（错）100、连续性方程的物理意义可以解释为，单位质量的流体流动过程中，其体形变化率等于速度向量的散度（对）。

1.化学工业的定义及其分类化学工业的定义及其分类。

定义：产品的生产过程中化学方法占主要地位的制造工业。

分类：按原料分：石油化学工业、煤化学工业、生物化学工业和农林化学工业。

按产品吨位分：大吨位产品、精细化学品。

按化学特性分：无机化学工业（基本无机工业、硅酸盐工业、无机精细化学品）、有机化学工业（包括石油炼制、石油化学工业、基本有机化学工业、高分子化学工业、有机精细化学品工业、生物化学品工业、油脂工业）。

按统计学方法分：合成氨及肥料工业、硫酸工业、制碱工业、无机物工业、基本有机原料工业、染料及中间体工业、化学农药工业、医学药品工业等2.常用的化工原料有哪些？常用的化工原料有哪些？矿物原料：金属矿、非金属矿和化石燃料矿。

生物资源：动物原料、植物原料；主要来自农、林、牧、副、渔的植物体和动物体。

其他原料：空气、水、垃圾废料。

3.化学与化工的区别是什么？化学——新物质的合成、新化学反应的发现、研究物质的化学结构与性质、化学反应的机理、规律、理论。

属于理科。

化工——将实验室合成的化学物质或化学反应放大到工业规模的运用与实现。

属于工科。

4.化学工程与技术包括哪些二级学科？各学科的研究内容和方向都有哪些？二级学科：1.化学工程：化工热力学、传递过程原理、分离工程、化学反应工程、过程系统工程及其他学科分支。

2.化学工艺：研究化学品的合成机理、生产原理、产品开发、工艺实施过程及装备的设计与优化，所涉及的工业领域包括采用化学加工过程，生产石油及石油化工、煤化工、基本有机化工、无机化工、化工冶金和高分子化工产品的工业部分。

3.生物化工：研究有生物体或生物活性物质参与过程的基本理论和工程技术。

研究方向有遗传工程、细胞工程、酶工程及工程技术理论等。

4.应用化学：研究内容包括化工产品制备、分离与精制、产品复配与商品化，以及精细化学品、专用化学品、功能材料与器件研制过程中的合成化学、物理化学、化工单元反应及工艺、生物技术等。