传递过程原理复习题最后

《传递工程基础》复习题第一单元传递过程概论本单元主要讲述动量、热量与质量传递的类似性以及传递过程课程的内容及研究方法。掌握化工过程中的动量传递、热量传递和质量传递的类似性，了解三种传递过程在化工中的应用，掌握牛顿粘性定律、付立叶定律和费克定律描述及其物理意义，理解其相关性。熟悉本课程的研究方法。第二单元动量传递本单元主要讲述连续性方程、运动方程。掌握动量传递的基本概念、基本方式；理解两种方程的推导过程，掌握不同条件下方程的分析和简化；熟悉平壁间的稳态层流、圆管内与套管环隙中的稳态层流流动情况下连续性方程和奈维－斯托克斯方程的简化，掌握流函数和势函数的定义及表达式；掌握边界层的基本概念；沿板、沿管流动边界层的发展趋势和规律；边界层微分和积分动量方程的建立。第三单元热量传递本单元主要讲述热量传递基本方式、微分能量方程。了解热量传递的一般过程和特点，进一步熟悉能量方程；掌握稳态、非稳态热传导两类问题的处理；对一维导热问题的数学分析方法求解；多维导热问题数值解法或其他处理方法；三类边界问题的识别转换；各类传热情况的正确判别；各情况下温度随时间、地点的分布规律及传热通量。结合实际情况，探讨一些导热理论在工程实践中的应用领域。第四单元传量传递本单元主要介绍传质的基本方式、传质方程、对流传质系数；稳定浓度边界层的层流近似解；三传类比；相际传质模型。掌握传质过程的分子扩散和对流传质的机理；固体中的分子扩散；对流相际传质模型；熟悉分子扩散微分方程和对流传质方程；传质边界层概念；沿板、沿管的浓度分布，传质系数的求取，各种传质通量的表达。第一部分传递过程概论一、填空题：1.传递现象学科包括动量、质量和热量三个相互密切关联的主题。2.化学工程学科研究两个基本问题。一是过程的平衡、限度；二是过程的速率以及实现工程所需要的设备。3.非牛顿流体包括假塑性流体，胀塑性流体，宾汉塑性流体（至少给出三种流体）。4．分子扩散系数（ν，α，DAB）是物质的物理性质常数，它们仅与__温度__，___压力___和___组成__等因素有关。5.涡流扩散系数（E）则与流体的__性质____无关、而与__湍动程度_____，流体在管道中的____所处位置____和___边壁糙度_____等因素有关。6.依据流体有无粘性，可以将流体分为____粘性_______流体和理想_______流体。7.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__________。8.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。9.分子传递的基本定律包括牛顿粘性定律，傅立叶定律和费克定律，其数学定义式分别为dydu，dydtkAq和dydCDjAABA。10.依据守恒原理运用微分衡算方法所导出的变化方程包括连续性方程、能量方程、运动方程和对流扩散方程。11.描述分子传递的现象方程及牛顿粘性定律、傅立叶定律和费克定律称为本构方程。12.依据质量守恒、能量守恒和动量守恒原理，对设备尺度范围进行的衡算称为总衡算或宏观衡算；对流体微团尺度范围进行的衡算称为微分衡算或微观衡算。13.通过微分衡算，导出微分衡算方程，然后在特定的边界和初始条件下通过梳理解析方法，将微分方程求解，才能得到描述流体流动系统中每一点的有关物理量随空间位置和时间的变化规律。14.传递现象所遵循的基本原理为一个过程传递的通量与描述该过程的强度性质物理量的梯度成正比，传递的方向为该物理量下降的方向。15.传递现象的基本研究方法主要有三种，即理论分析方法、实验研究方法和数值计算方法。二、基本概念1.流体质点2.连续介质3.稳态流动、非稳态流动三、名词解释1.压力、黏度、通量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四、思考题1.如何理解数学模型在工程实践中的作用？2.传递过程中，恒算有几种形式3.动量传递，热量传递和质量传递有哪些类似性？第二部分动量传递一、填空题1.奈维-斯托克斯方程实质上是力的衡算式，每一项代表着作用在流体质点上的力：惯性力、质量力、压力梯度和黏性力。四种力中，对流体流动起决定作用的是惯性力和黏性力，而压力是在两者之间起平衡作用。2．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。3.粘性流体沿平板壁面流动时形成速度边界层，其时，在主流方向上，边界层厚度逐步增厚，依次可形成层流，过渡流以及湍流三种边界层。并且，在湍流边界层中，在垂直主流的横向上又可区分为层流底层，过渡层以及湍流层三种边界层；相应地，各层中的传递机制分别为分子传递，分子传递和涡流传递以及分子传递和涡流传递。4.物理量的时间导数有三种，分别是偏导数、全导数和随体导数。5.流体流动时的微分质量衡算方程，亦称连续性方程，其表达式为0yxzuuuxyz（）（）（）或()0pu。6.哈密尔顿算子（▽算子（HamiltonOperators)在直角坐标下的展开式为：xijkyz7.随体导数（substantialderivative）亦称拉格朗日导数（Lagrangianderivative）其定义式为定义式：DDu。在直角坐标下的展开式为：xyzDuuuDxyz。所表示的物理意义是流场中流体质点上的物理量（如温度）随时间和空间的变化率。8.流体静止时，法向应力即为流体的静压力；当流体流动时，法向应力由两部分组成：其一是流体的压力，它使流体微元承受压缩，发生体积形变；其二由流体的黏性作用引起，它使流体微元在法线方向上承受拉伸或压缩，发生线性形变。9.湍流强度是表征湍流特性的一个重要参数。10.量纲也称因此。量纲分析法是通过对描述某一过程或现象的物理量进行量纲分析，将物理量组合为无量纲变量，然后借助实验数据建立这些无量纲变量间的关系式。11.弗鲁德数（Froudenumber）以Fr表示为：2uFrgl，其物理意义为惯性力与重力之比；欧拉数（Eulernumber）以Eu表示为：2pEupu，其物理意义为压力与惯性力之比。12.剪切应力和压差的存在导致了流动阻力的产生，分别称为摩擦阻力Fds和压力阻力(形体阻力)Fdf。13.作用在流体上的外力按其作用力的性质分为体积力与表面力两类。体积力亦称质量力，它本质上是一种非接触力；表面力亦称机械力，为流体微元与其周围环境流体在界面上产生的相互作用力，本质上是一种接触力。二、基本概念1.随体导数，剪应力，曳力，范宁摩擦因数f，速度势函数，平面流三、名词解释爬流，势流，理想流体、旋度，湍流强度，弗鲁德数，欧拉数四、简答题1何谓拉格郎日观点，何谓欧拉观点2连续性方程所谓物理意义3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。4推导奈维-斯托克斯方程的物理定律？5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？6湍流与层流有何不同？湍流的主要特点是什么？如何表征？试讨论由层流转变为湍流的过程。7分别说明瞬时量，时均量和脉动量的意义，比较三者之间的关系8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？9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？10何为爬流，何为势流，如何判断？11.当流体绕过物体运动时，在什么情况下会出现“逆向压力梯度”？是否在存在逆向压力梯度的条件下一定会发生边界层分离？为什么？12.试列表写出在圆管内进行动量传递、热量传递与质量传递时三者相类似的传递速率方程（以通量表示）、通量、传递系数和推动力，并标明各通量、传递系数和推动力的单位。五、计算题1.有3中流场的速度向量表达式，（1）2(,)(2)(2)uxyxixyj，；（2）(,,)2()(22)uxxixzjxyky；（3）(,,)222uxyxyiyzjxzk。试判断哪种流场为不可压缩流体的流动。2.判断以下流动是否可能是不可压缩流动(1)zxtuzytuyxtuzyx222(2)22221211ttzuxyuxyuzyx3．流体在两块无限大平板间做一维稳态层流，试求截面上等于主体速度ub的点距壁面的距离。又如流体在圆管内做一维稳态层流时，该点与管壁的距离为若干？（教材P71）4.试写出质量浓度对时间的全导数和随体导数，并由此说明全导数和随体导数的物理意义。第三部分热量传递一、填空题1.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。2.不稳定导热过程中的传热速率取决于介质内部热阻和表面热阻3.对于忽略内部热阻的导热过程，准数温度分布与时间呈0oBiFbbttett的函数关系。4.方程2tt为傅里叶第二导热定律。5.流动流体中存在温度梯度的区域称为温度边界层。6.对流传热是由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程，因而对流传热只能发生在有流体流动的场合。二、基本概念导热，对流，辐射，能量方程集总热容法三、简答题1毕奥数、付立叶数、努塞尔数、普兰德数的定义式及其物理意义。物理意义：物体内部的导热热阻与表面对流热阻之比2.热传导过程中能量传递机理？3.说明导热微分方程中各项的物理意义：pcqtt2'4.对流传热系数的定义5.热量传递的几种形式及其传热机理6.温度边界层的概念。7.努赛尔准数(Nu)定义、物理意义及与Bi数的区别。8.说明导热微分方程中各项的物理意义：pcqtt2'9.付立叶数的物理意义10.努塞尔数的物理意义？11.普兰德数的物理意义？12.列出局部对流传热系数与平均对流传热系数之间的关系13.试述层流边界层和湍流边界层流体与固体壁面之间的传热机理（不计自然对流的影响），并分析两种边界层流体与壁面之间传热机理的异同点。14.阐述普朗特准数、施米特准数和刘易斯准数的物理意义。15.试应用有关的微分方程说明“精确解”方法求解平板层流边界层中稳态二维流动和二维传质时传质系数0ck的步骤，并与求解对流传热系数的步骤进行对比，指出各方程和边界条件的相似之处和相异之处。16．是说明Bi的物理意义。Bi→0和Bi→∞各代表什么样的传热条件？17.影响对流传热的因素有哪些？四、计算题1.有一长度为0.2m、直径为0.05m的不锈钢锭，其热扩散系数α=0.0156m2/h，热导率k=20W/(m·K)，初始温度为363K。现将钢锭放入温度为1473K的炉中加热，钢锭表面与周围环境的联合传热系数（包括对流和辐射）为100W/(m·K)。试求使钢锭升温至1073K所需的时间。（教材P162）2.有一半径为25mm的钢球，其热导率为433W/(m·K)，密度为7849kg/m，比热容为0.4609kJ/(kg·K)，钢球的初始温度均匀，为700K。现将此钢球置于温度为400K的环境中，钢球表面与环境之间的对流传热系数为11.362W/(m·K)。试求1h后钢球所达到的温度。（教材P162）3.食物除了提供人体所需的营养物质外，主要是产生能量以维持必要的体温和对环境做功。考虑一个每天消耗2100kcal的人，其中2000kcal转化为热能，100kcal用于对环境做功。（1）人处于20℃的环境，人的皮肤与环境的对流传热系数为3W/(m2·K)，在此温度下人基本上不出汗。计算人的皮肤的平均温度。（2）如果环境温度为33℃，皮肤感觉舒适的温度也为33℃，试问为维持该温度，出汗的速率为多少？已知人的表面积为1.8m2