第12章三传同时传递.doc

第十二章1. 在一内径为20mm的直立圆管内壁面上，有一薄层正丁醇冷液膜自上而下流动，而不含正丁醇的热空气则在管内自下而上流动。热空气的压力为1.013105Pa、温度为343K、流速，管子外壁绝热，试计算达到稳态时，正丁醇液膜的温度及挥发传质通量。已知在操作条件下，气相的粘度 ，比热；正丁醇蒸气的比热，气化潜热，分子量，正丁醇蒸气压与温度的关系如下：温度 / K蒸气压 / kN/m2温度 / K蒸气压 / kN/m2温度 / K蒸气压 / kN/m22950.593152.483357.893000.863203.3234010.363051.273254.4934514.973101.753305.9935017.50其它物性可按空气处理。传质系数可用下式计算解：由题设知，管内热空气传至气液界面的显热使正丁醇气化。管外壁绝热，故无热量流入液膜，气液界面处的总传热速率为零。由热力学数据表查得，343K下空气的密度为于是由于空气（组分B）不扩散，NB = 0，故得欲求传质通量及气液界面处的温度，可同时运用式（12-5）和（12-10），结合本题条件，可化为 （1）或 （2）由题设或即故 （3）故 （4）将式（3）代入式（1），得 （5）将有关数据代入式（2），得 （6）故求和时，需同时解式（5）和（6），经采用试差法计算，最后结果为由本题附表可查出正丁醇的蒸气压为于是由式（5）可算出：将值代入式（6）的左侧，得将值代入式（6）右侧，得由此可知及是正确的，无需复算。上述各式中的负号，表示传热和传质方向均由壁面指向气体主体。2. 由干湿球温度计测得干湿球温度分别为40和20，试求空气的相对湿度设空气-水物系 。解：从数据表查得有关物性：水蒸气压 ,，水气化热 ，空气比热容 水的湿度与蒸汽压的关系为故在20的湿球温度下，水蒸汽在空气中的饱和湿度为在40的干球温度下，水蒸汽在空气中的湿度由式（12-23）计算 于是，40下空气中的水蒸气分压为相对湿度：3. 采用填料水冷塔将热水从55降至20，以单位塔截面计的热水流率0.26 ，空气进口温度为20，湿度为0.003kg水/kg干空气、流率为0.817，假定传热及传质阻力全部集中于气相一侧（液相水一侧无温度梯度），。试求所需填料层高度Z。解： （1） 作平衡曲线选择若干液相温度，计算或查出该温度下的饱和湿度，然后按式（12-28）计算空气的焓。假如水温为20时的饱和蒸气压为2334Pa，故饱和湿度为选择的水温数值及相应的计算结果见本习题计算结果附表。由表中数据作图可得平衡线，见本习题附图1。（2）作操作线由操作线方程式（12-29a）得已知下端点 操作线斜率 上端点联下端点（20，27.7）与上端点（55，74.3）即得操作线，见本习题附图1。（3）作为斜率的直线根据式（12-42）由题设传递阻力全部集中于气相，液相侧的温度差，故斜率为故该直线为垂直线。于操作线上取若干点，在本题附图1中的平衡线与操作线之间作垂直线。（4）计算传递单元数由式（12-41）得求积分值可通过图解积分法，即依据本题附表中I与作图，见本题附图2，求积分值，结果为0.65 （5）求填料层高度 其中由式（12-40）求出习题2 附表水温 / / / 205727.729.30.03412575.934.441.50.02423099.24158.20.017235128.547.780.80.012440165.254.3110.90.0090845212.161.0151.10.006625027567.6703.30.0048255351.574.3227.20.003610.010.030.023040506070800习题3附图2 平衡线操作线平衡线hengxui操作线hengxui习题3附图14. 当平板壁面与其上的层流边界层中的流体之间同时进行动量、热量和质量的传递时，壁面喷出物质对边界层的速度分布和速度边界层厚度会产生什么影响？壁面由边界层中吸入物质时的影响又为何？为什么？答：当壁面喷出物质时，会产生，使边界层的速度分布和厚度改变。当喷出物质时，它必然由被加速到而消耗一部分动量。与之相毗邻的流体将被减速，从而速度梯度变小，速度分布均匀，边界层加厚。反之当壁面吸入物质时，会使高速层中的微团向壁面低速层中传递，使靠近壁面处的速度梯度增加，边界层减薄。5. 当平板壁面与其上的层流边界层中的流体同时进行动量、热量与质量传递时，由于壁面向边界层喷出物质而使速度边界层厚度发生变化，试问这种变化相应地对温度边界层和浓度边界层厚度将发生什么影响？又对各传递系数（曳力系数、对流传热系数、对流传质系数）又会发生什么影响？试运用以前学过的有关公式说明。答： 喷出物质使速度边界层厚度增加，而层流时，所以、也增加。喷出物质使壁面处的速度梯度变小，同时、的增加亦意味着壁面处的温度梯度和浓度梯度变小，因而均变小。6. 燃烧后的废气以30m/s的均匀流速流过一平板表面，废气的温度为670，压力为1.01325105Pa，壁面温度为530，平板由多孔绝热材料制成。冷却空气以0.04m/s的流速由小孔喷出。试求距平板前缘25mm及500mm两处局部对流传热系数hx降低的百分数（与无冷空气喷出情况相比）。燃烧废气的物性可按空气处理。设临界雷诺数。解： 定性温度：由物性数据表查得，1atm、600的空气物性：, , , 。为层流边界层。亦为层流边界层。由 查图12-7，得， 所以降低的百分数为7. 常压下、温度为500的热空气以10m/s的均匀流速平行吹过一多孔平板表面，平板的温度为100。为了使距平板前缘1m处的传热速率减少50%，在该处垂直喷出压力为1atm、温度为100的冷空气，试求该处平板表面与热空气之间的传热通量及冷空气的喷出速度。设临界雷诺数。解：空气膜温：由物性数据表查得，1atm、300空气的物性为为层流边界层。 根据及查图12-7得8. 温度为768K、压力为101.3 kPa的空气以30m/s的速度流过一平板表面，为了使x = 0.3m处的温度维持278 K需向热空气中注入液氧。设氧在90 K、101.3kP的条件下气化后经壁面注入热空气中，试求注入