《化工传递过程原理（Ⅱ）》作业题1.粘性流体在圆管内作一维稳态流动。设r表示径向距离，y表示自管壁算起的垂直距离，试分别写出沿r方向和y方向的、用（动量通量）＝-（动量扩散系数）×（动量浓度梯度）表示的现象方程。1．(1-1)解：()dudy(y，u，dudy>0)()dudr(r，u,dudr<0)2.试讨论层流下动量传递、热量传递和质量传递三者之间的类似性。2.(1-3)解：从式（1-3）、（1-4）、（1-6）可看出：AAABdjDdy（1-3）()dudy（1-4）()/pdctqAdy（1-6）1.它们可以共同表示为：通量=－（扩散系数）×（浓度梯度）；2.扩散系数、、ABD具有相同的因次，单位为2/ms；3.传递方向与该量的梯度方向相反。3.试写出温度t对时间的全导数和随体导数，并说明温度对时间的偏导数、全导数和随体导数的物理意义。3.（3-1）解：全导数：dtttdxtdytdzdxdydzd随体导数：xyzDtttttuuuDxyz物理意义：t——表示空间某固定点处温度随时间的变化率；dtd——表示测量流体温度时，测量点以任意速度dxd、dyd、dzd运动所测得的温度随时间的变化率DtD——表示测量点随流体一起运动且速度xudxd、yudyd、zudzd时，测得的温度随时间的变化率。4.有下列三种流场的速度向量表达式，试判断哪种流场为不可压缩流体的流动。（1）jxyixzyxu)2()2(),,(2（2）kyxjzxixzyxu)22()(2),,(（3）kxzjyzixyyxu222),(4.（3-3）解：不可压缩流体流动的连续性方程为：0u（判据）1.220uxx，不可压缩流体流动；2.2002u，不是不可压缩流体流动；3.002222()uyzxxyz，不可压缩，不是不可压缩5.某流场可由下述速度向量式表达：kzjyixyzkzjyixyzzyxu33),,,(试求点（2，1，2，1）的加速度向量。5.（3-6）解：yxzijkDuDuDuDuDDDDxxxxxxyzuuuDuuuuuDxyz0()()3()xyzyzyxzzxy(13)xyzyzyyDuD23(3)(3)3(31)zzzzDuD∴2(13)3(31)DuxyzyziyjzkD(2,1,2,1)12jkDuD6.流体在两块无限大平板间作一维稳态层流。试求算截面上等于主体流速ub的点距板壁面的距离。又如流体在圆管内作一维稳态层流时，该点与管壁的距离为多少？6.（4-2）解：（1）两块无限大平板间的一维稳态层流的速度分布为：22max0031()[1()]2byyuuuyy取buu，则2031[1()]2yy033yy则与主体流速bu速度相等的点距板壁面的距离为：003(1)3Lyyy（2）对于圆管的一维稳态层流，有22max1()2[1()]biirruuurr取buu，解之得：22irr2(1)2iLr7.某流体运动时的流速向量用下式表示：jxiyyxu22),(试导出一般形式的流线方程及通过点（2，1）的流线方程。7.（4-7）解：2,2xyuyux由22yxyxudxdydyxxuudxuyy分离变量积分，可得：22yxc此式即为流线方程的一般形式：将点（2，1）代入，得：221433ccyx8.已知某不可压缩流体作平面流动时的速度分量xux3，3yuy，试求出此情况下的流函数。8.（4-9）解：3;3yxuyuxxy333()ddxdyydxxdyydxxdyxy3()dxy3xyc9.常压下温度为20℃的水，以每秒5米的均匀流速流过一光滑平面表面，试求出层流边界层转变为湍流边界层时临界距离xc值的范围。常压下20℃水的物性：3/2.998mkg，sPa5105.1009.（5-1）解：0Recxcxu 56210310cxRe∴0.040.60cxm10.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，设临界雷诺数为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层？求出层流边界层相应点处的边界层厚度。此题条件下空气的物性：3/165.1mKg，sPa51086.110.（5-3）解：（1）10.4xm151050.4101.165Re2.50510Re1.8610cxxxu∴为层流边界层111152214.64Re4.640.4(2.50510)xxx33.710()m（2）20.8xm2155Re2Re510Re3.210cxxx∴为湍流边界层11.温度为20℃的水，以1m/s的流速流过宽度为1m的光滑平板表面，试求算：（1）距离平板前缘x=0.15m及x=0.3m两点处的边界层厚度；（2）x=0～0.3m一段平板表面上的总曳力设5105Recx；物性见第9题11．（5-4）解：（1）10.15xm151050.151998.2Re1.4910Re100.510cxxxu∴为层流边界层1113214.64Re1.8010()xxxm113215Re1.9410()xxm（2）10.3xm215Re2Re2.9810Recxxx∴为层流边界层2213224.64Re2.5510()xxxm132125Re2.7510()xxm（3）1321.292Re2.3710DLc2230998.212.371010.322dDuFcbL0.354(0.364dFN12.流体在圆管中作湍流流动，若速度分布方...
