《热质交换原理与设备》习题答案(第2章)

第二章1、答：单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。传质通量等于传质速度与浓度的乘积。以绝对速度表示的质量通量：,,AAABBBAABBmumumeueu以扩散速度表示的质量通量：(),(),AAABBBBABjuujuuujjj以主流速度表示的质量通量：1()()AAAABBAABeueeueuamme()BBABeuamm2、答：碳粒在燃烧过程中的反应式为22COCO，即为1摩尔的C与1摩尔的2O反应，生成1摩尔的2CO，所以2O与2CO通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。3、从分子运动论的观点可知：D∽312pT两种气体A与B之间的分子扩散系数可用吉利兰提出的半经验公式估算：3241133435.71110()ABABTDpVV若在压强5001.01310,273PPaTK时各种气体在空气中的扩散系数0D，在其他P、T状态下的扩散系数可用该式计算32000PTDDPT（1）氧气和氮气：2233025.610/()32oVmkgkmol223331.110/()28NNVmkgkmol3425211523311435.72981032281.5410/1.013210(25.631.1)Dms（2）氨气和空气：51.013210PPa25273298TK501.013210PPa0273TK3221.0132980.2()0.228/1.0132273Dcms2-4、解：气体等摩尔互扩散问题124230.610(160005300)()0.0259/()8.3142981010AAADNPPkmolmsRTzm2sR0通用气体常数单位：J/kmol﹒K5、解：250C时空气的物性：351.185/,1.83510,kgmPas6242015.5310/,0.2210/msDms32420006640.2510/40.08Re2060515.531015.53100.620.2510ocPTDDmsPTudvvSD用式子（2-153）进行计算0.830.440.830.4440.0230.023206050.6270.9570.950.25100.0222/0.08mecmmshRSshDhmsd设传质速率为AG，则211220000()()()44ln4AAAmAsAAlAmAsAAsAmAsAdGddxhdudduddxhdulh2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D需修正）353352244200505541.205/,1.8110,1.013102930.22100.2410/1.0132102730.0531.205Re99901.81101.81100.6261.2050.2410ockgmPasPTDDmsPTudvSD（1）用式0.830.440.023mecshRS计算mh0.830.4440.02399900.6260.24100.018750.05mmshDhd（2）用式13340.0395ecshRS计算mh134340.0395(9990)(0.626)0.24100.01621/0.05mshDhmsd2-7、错解：氨在水中的扩散系数921.2410/Dms，空气在标准状态下的物性为；353591.293/,1.7210,Pr0.708,1.00510/()1.721010727.741.2931.2410pckgmPascJkgkSD由热质交换类比律可得231PrmpchhcS223351Pr560.7087.0410/1.293100110727.74mpchmshcS1）（第3版P25）用水吸收氨的过程，气相中的NH3（组分A）通过不扩散的空气（组分B），扩散至气液相界面，然后溶于水中，所以D为NH3在空气中的扩散。2）刘易斯关系式只对空气——水系统成立，本题为氨——空气系统，计算时类比关系不能简化。3）定压比热的单位是J/kgK正解：组分A为NH3，组分B为空气，空气在0℃时物性参数查附录3-1)2-2P36(/102.0708.0Pr664.0102.01028.132446表查smDDSc231PrmpchhcShmsmScchhpm/10161/98.44708.0664.0005.1293.156Pr33/23/28、解：325100.04036/8314(27325)iCOPCkmolmRT22NCOCC222220.5NNCONCOCxxCC322544101.776/8314298COiCOMPkgmRT322528101.13/8314298NiNMPkgmRT22220.611COCOCONa20.389Na2-11、解；12()aVAAaVAADAGNACCz21212()lnaVLrrArr1）柱形：LdVrrrrLAav2121241,ln)(2球形：32134,4dVrrAav2）d=100mm为内径，所以r1=50，r2=52若为球形Aav=0.033，质量损失速率为1.46×10-12kg/s；压力损失速率3.48×10-2Pa/s2-12、解：9812310(0.020.005)()1.510/()110AAADNCCkmolmsz1）jA为A的质量扩散通量，kg/m2s；JA为A的摩尔扩散通量kmol/m2s；2）题中氢氦分子量不同2-13、解：氨---空气4250000.210/,1.01310,273,350,OaDmsPPTKTKPP3322442003500.2100.2910/273ODPTDmsPT氢—空气420.51110/ODms3322442003500.511100.74210/273ODPTDmsPT2-14溶解度s需先转化成摩尔浓度：34311/105.103.0105mkmolsPCAAskmolCCZDAANGAAavavAA/1025.20105.101.05310104921skgMGMAAA/1005.4181025.29102-15、解、3221212()20.5100.12420lnln19.5aVLrrAmrr3111602320/AACsPkmolm3221600.116/AACsPkomlm1161231.8100.124()(32016)1.357100.510aVAAADAGCCz/komls质量损失661.3571022.71410/AGkgs16、解：02225CONC和在时，扩散系数420.16710/Dms33121013.6109.86664AAaPPP（100-50）511121.67106664()48.810/83142981AAAADPPGNAkomlsRTz18、解、该扩散为组分通过停滞组分的扩散过程(),0AAAABBAAAAdGNDxNNNdrdGNDxNdr,AAAAPPCxRTPAAAAdPPDNNRTdrP整理得()AAAdPDPNRTPPdr24AArGNAr24()AAAGdPDPrRTPPdr分离变量，并积分得0024ASAArPAGRTdPdrDPrPP得4lnASAPPDPrGRTP