1《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)剪应力正比于流动方向的速度梯度；d)剪应力正比于垂直于流动方向的速度梯度；e)剪应力正比于速度差。答案：d1.2（4%）有关流体黏性的描述如下哪一种说法正确：a)动力学黏度不是流体的物性；b)黏性力作用在与表面垂直的方向上；c)黏性力对水、空气等真实流体的流动并不重要；d)运动学黏度反映流体动量扩散的能力；e)黏性力比压强差所产生的力小许多。答案：d1.3（6%）温度边界层的定义为流动流体中存在温度分布的区域，其厚度界定为0099tsstyt.tt。1.4（7%）动量、热量及质量传递的两种基本方式是对流和扩散，其中，前者是指由于流体宏观流动导致的传递量的迁移，后者指由于传递量浓度梯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）。a）动量传递：232kgm/skgm/smdmmssdmuy。b）热量传递：232JdJmmsmsdmpCtqAy。2c）质量传递：223dkgmkgmssdmmAAABjDy。1.6（10%）已知温度294K、压强1.519105Pa下，O2（A）和CO2（B）混合物中存在分子扩散，A组分摩尔分数04Ax.，008m/sAu.，002m/sBu.，则混合物摩尔平均速度为0.044m/s，A组分扩散速度为0.036m/s，A组分的总摩尔通量为2.0mol/m2/s，A组分的扩散摩尔通量为0.89mol/m2/s。二、（25%）如下图所示的相距为d的无限大平板间充满不可压缩黏性流体。若上板静止不动，下板以恒定速度Wu沿x轴向右平移。试解答如下相关问题：x静板ydudPdxuW动板2.1依据适宜的假设，对上图所示的平板间稳态、层流问题，简化如下的连续性方程和Navier-Stokes方程得到控制方程，并依据适宜的边界条件积分，导出板间速度分布表达式。连续性方程0yxzuuuxyz(a)x方向动量方程22222213yxxxxxzuDuuuuuuPXDxxyzxxyz(b)y方向动量方程22222213yyyyyxzDuuuuuuuPYDyxyzyxyz(c)z方向动量方程22222213yxzzzzzuuDuuuuuPZDZxyzzxyz(d)32.2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对不可压缩流体，式（a）简化为0yxzuuuxyz(e)进而，流动为x方向一维0yu;0zu(f)式(e)简作0xux(g)由式(e)、(f)和(g)条件，简化式(b)为220xuPXxy(h)其中，对z相关项的处理应用了z方向无限宽条件。其它y，z方向的方程简化为0PYy(i)0PZZ(j)定义动压和静压dSPpP则dSpPPxxx111SSSPPPXYZxyz由此式(h)可简化为描述本问题的控制方程为22dd1Constantddxdupyx（1）这里的下板以一定速度运动，故边界条件为40xWyuu（2a）0xydu（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：21221CyCydxdpudx（3）由式（2a）知2WCu。继而将式（2b）代入式（3）得21112dwdpCudddx（4）整理式（3）得速度分布的表达式22112dxWdpyyuydudxdd（5）此即答案。2.2由剪应力定义式xdudy，代入式（5）得122dWdpuyyddxd（6）单位宽度平均体积流率为22003112122dddxWdWdpyyQudyydudydxdddpduddx（7）所以平均速度为2122dWdpuQdUddx（8）2.3静板表面的剪切应力为零时，对应yd，由式（6）知此时压强梯度为2022dWdWdpudddxddpudxd（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52022dWdWdpuddxddpudxd（10）三、（20%）在无内热源的无限固体平板中，存在由高温面（0T）向低温面（LT）的一维、定态导热流。已知固体材料导热系数为温度的线性函数01kkT式中：0k为参比温度下的导热系数；为量纲为1的温度系数。物理图景示意如下：0xLqT0TLT0TLk平板导热示意导热系数示意试解答如下相关问题：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。3.2从3.1所得方程出发，导出温度分布的数学表达式。3.3如果o0400CT，o100CLT，001W/(mK)k.，41010.，10mL.，利用先前的结果导出传热通量表达式并计算通量值。解答：3.1一维、定态下，据Fourier定律有Co...
