《冶金传输原理》期末复习试题及答案6

传输原理

得分阅卷人

_、选择题（10分）

1、下面哪一项为质量传输的基本方式（）

（1）分子扩散传质（2）对流（3）辐射（4）传导热

2、质量平衡方程推导依据为（）

（1）能量守恒（2）动量守恒（3）质量守恒

3、下面哪一个为质量浓度单位（）

（1）mol/m3（2）Kg/m3（3）Kg/mol、

4、当传质过程处于稳态时，质量传输方程的形式下面哪一个正确（）

产

a2c4/c=0

dx2办2dz2

5、对气体分子扩散系数影响较大的因素是（）

（1）扩散物质和扩散介质的种类和温度（2）扩散物质和扩散介质的压强和和浓度（3）扩

散物质和扩散介质的压强及温度（4）扩散物质和扩散介质的浓度及温度

6、物质扩散系数由小到大排列正确的是（）

（1）气体、液体、固体（2）气体、固体、液体（3）固体、液体、气体（4）液体、

气体、固体

7、金属晶格内和非金属晶体内的扩散方式为（）

（1）分子扩散和间位扩散（2）间位扩散和空穴扩散（3）纽特孙扩散和分子扩散（4）

空穴扩散和纽特孙扩散

8、非稳态扩散，介质遵循的规律为（）

(1)菲克第一定律(2)菲克第二定律(3)菲克第一定律和菲克第二定律

9、对流流动传质过程中，其准数方程的一般形式为()

(1)=(2)Nu=/(Re,Pr,Gr)(3)Nu=/(Re,Pr)(4)

Sh=f(Re,Pr)

10、下列哪一个准数表述了动量传输过程与热量传输过程的类比()

(1)St(2)Sc(3)Le(4)Pr

得分阅卷人

二、多项选择题(5分)

I、下面哪一项不是质量传输的基本方式()

A对流B分子扩散传质C导热D辐射

2、对气体分子扩散系数影响较大的因素有()

A扩散物质和扩散介质的种类B扩散物质和扩散介质的压强

C扩散物质和扩散介质的温度D扩散物质和扩散介质的浓度

3、金属晶格内和非金属晶体内的扩散方式为()

A分子扩散B间位扩散C空穴扩散D纽特孙扩散

4、费克第一定律描述的正确的是()

A、物体扩散的质量传输量与物体两面的浓度差，扩散是和垂直于传质方向的截面积成

B、物体扩散的质量传输量与扩散方向上的距离成反比

C费克第一定律是在稳态浓度场条件下建立起来的，因此只适用于分子无规则热运动引起

的扩散过程。

D费克第一定律适用于非稳态的扩散。

5、下面所描述的传质过程，哪些不是液、固两相间的传质：()

A燃烧B还原C吸附D浸出

得分阅卷人

三、判断对错（对的打“V”错的打“X”）（5分）

1、对于二元混合物等摩尔逆向扩散，两个组份各自的质扩散系数是相等的。（）

2、热扩散率、动力粘度、质扩散率都具有相同的量纲。（）

3、组分的总传质通量等于分子扩散通量加上主体流动通量。（）

4、质量传输发生的原因是物系中某一组分存在着浓度梯度。（）

5、菲克第一定律涉及了扩散系统内部原子运动的微观过程。（）

得分阅卷人

四、简答题（40分）

1.质量浓度与质量分数，摩尔浓度与摩尔分数有何不同，它们之间关系如何？（10分）

2.某组分的绝对速度，扩散速度和平均速度表示什么意义？（10分）

3.分子传质（扩散）与分子传热（导热）有什么不同？（10分）

4.试简述双膜模型、溶质渗透模型和表面更新模型的主要论点。

得分阅卷人

五、计算题（40分）

1,求L013X105Pa气压下，298K的空气与饱和水和水蒸气的混合物中的水蒸气浓度.已

知该温度下饱和水蒸气压强pA=0.03168X105Pa,水的相对分子质量MA=18,空气相对分子

质量MB=28.9。（10分）

2、在钢水底部鼓入氮气，设气泡为球冠形，其曲率半径万为0.025cm。氮在钢水中的扩散

系数分5乂10-4颂2%,若气-液界面氮的浓度为0.011%,钢水内部氮的浓度为0.001%。试

根据溶质渗透理论计算氮在钢水中的传质流密度。设钢水密度为7.Ig/cm3。（10分）

3、温度为280K的水以l.5m/s的流速在内壁上挂有玉桂酸的圆管内流动，圆管内径为50mm。

已知玉桂酸溶于水的施密特准数Sc=292（1试用雷诺数计算充分发展后的对流传质系数。

（10分）

已知在280K水的物性分别为：4=1.45x10-3..£0=1000左又已知，当流体在

管内进行湍流流动时，其摩擦阻力系数的经验式可以表示为：

Cf=0.046Re"

4、干空气以5m/s的速度吹过O.3〃zxO.3根的浅水盘，在空气温度20℃、水温15C的条件

下，问水的蒸发速率为多少？已知。=0.244（%2/5。a。分）

已知，本题条件下，空气的粘度＞，=15'10一6m2/$,水的饱和蒸气压为uMPa。

一、选择题（10分）

1,(1)2、⑶3、(2)4,(3)5、(1)6,(3)7,(2)8,(2)9,1)

10.(1)

二、多项选择题（5分）

1、ACD2、AC3、BC4、ABC5、ABI）

三、判断对错（对的打“错的打“X”）（5分）

1、J2、X3、J4、45、4

四、简答题（40分）

4.质量浓度与质量分数，摩尔浓度与摩尔分数有何不同，它们之间关系如何？（10分）

答：单位体积混合物中含某组分的质量称某组分的质量浓度，质量浓度的单位为

%、,单位体枳混合物中含某组分的摩尔数称为某组分的摩尔浓度,摩尔浓度。A、。召单

位为〃啖3。

混合物中某组分的质量与混合物息质量之比，称为该组分的质量分数a。

混合物中某组分摩尔数与混合物总摩尔数之比，称为该组分的摩尔分数x。

质量浓度与摩尔浓度的关系为：pA=CAMAf式中M为组分A的分子量。

质量分数a与摩尔分数x之间的关系为：/=—/"/aA=—土也一

5.某组分的绝对速度，扩散速度和平均速度表示什么意义？（10分）

答：在多组分的传质过程中，各组分均以不同的速度运动。设系统有A、B两组分组成，组

分AB通过系统内任一静止平面的速度以、/，该二元混合物通过此平面的速度为u或小

（V以质量为基准，%以摩尔为基准），它们之间的差值为以一口，以-口或丫4一匕”，以一心，

在上述过程中，以、也分别表示实际移动速度，称为绝对速度，分别代表混合物的移动速

度，称为平均速度，而以一^，为一u或以-匕”、以一小分别代表组分相对于主体的流动

速度和移动速度，称为扩散速度。

6.分子传质（扩散）与分子传热（导热）有什么不同？（10分）

答：导热是热量有高温度区向低温度区流动。此时在热流方向上，仅存在热的流动而不存在

流体的速度问题。而分子扩散中，由于流体内一个或数个组分的分子由高浓度向低浓度区移

动，各组分的分子扩散速度不同，故出现了各组分之间的相对流动速度以及整个混合物的运

动速度。但分子移动所留下的空隙须由流体来补充，于是整个介质也必定处于宏观运动状态,

也就出现了由于扩散所产生的各组分及整个混合物的宏观运动速度问题。

4.试简述双膜模型、溶质渗透模型和表面更新模型的主要论点。（10分）

答：双膜模型的基本论点是：互不混溶的两相流体在进行传质时，在流体界面两侧分别存在

一个层流膜，传质阻力全部集中在膜内，在膜内只有垂直于流体流动方向的稳态分子扩散;

在相界面上，两相处于平衡状态，不存在传质的阻力；流体主体的运动速度影响着层流膜的

厚度，在层流膜外，由于强烈的湍流而使膜外的主体浓度均匀，传质阻力很小，可忽略不计。

溶质渗透模型，考虑了双膜模型所忽略的、形成浓度梯度的过渡时间，认为相际传质过程

是两相之间反复而短暂的接触过程，由于接触时间很短，流体内尚未能形成稳态的浓度分布,

溶质在液相中的扩散也不可能达到稳定状态。在该接触时间内，存在溶质由相界面向液膜深

度的方向逐步渗透的不稳定阶段。

表面更新模型的主要论点是；气液进行相际传质时，液相可以分成“界面”和“主体”两

个区域。在界面区，质量传递按渗透理论进行，但与渗透模型不同的是界面上的微元并不固

定，而是不断地和主体区发生交换而使得表面不断更新。在主体区，液体浓度均匀•致，但

由涡流带到界面上的液体微元，暴露时间并不相等，而是存在一个随机的年龄分布，界面上

各种不同年龄的液面单元都存在，只是年龄越大者，占据的比例越小

五、计算题（40分）

1、求1.013X105Pa气压下，298K的空气与饱和水和水蒸气的混合物中的水蒸气浓度。已

知该温度下饱和水蒸气压强pA=0.03168X105Pa,水的相对分子质量MA=18,空气相对分子

质量MB=28.9。（10分）

解：空气的分压：

55

pB=P-PA=1.01325xlO-0.03168xlO=0.9816x10

水蒸气浓度：

（1）摩尔分数

=^=09816x100()313

P1.01325xlO5

（2）质量分数

4叫二工产人=__________0.0313X18__________

=0.0197

/以+/WB4%+（1一/）%-0.0313x18+(1-0.0313)x28.9

（3）物质的量浓度

P0.03168xlO5

A=1.28w<?7/

而一8.314x298

(4)质量浓度

3

pA=CAMA=1.28X18=23^/W

2、在钢水底部鼓入氮气，设气泡为球冠形，其曲率半径个为0.025cm。氮在钢水中的扩散

系数/5乂10-40112人，若气-液界面氮的浓度为0.011斩钢水内部氮的浓度为0.001%。试

根据溶质渗透理论计算氮在钢水中的传质流密度。设钢水密度为7.Ig/cm3。（10分）

e=2居

解：根据溶质渗透理论，传质系数可由V7tz求出；

t=d_

式中，［为气泡与钢液的平均接触时间，—u,

对于球冠形气泡其上浮速度：v=-Ji7=-x7980x0.025=3.3cm/s

3"3

所以t=0.025/3=0.0076s,传质系数：K,-2xJ—----------0.29c?n/s

dv3.14x0.0076

传质流密度:

029x-42

n=kdp((os-ty0)=7.1x(0.000)1-0.00001)=2.06x10g/(cm/5)

3、温度为280K的水以1.5m/s的流速在内壁上挂有玉桂酸的圆管内流动，圆管内径为50mm。

已知玉桂酸溶于水的施密特准数Sc=292Q试用雷诺数计算充分发展后的对流传质系数。

（10分）

已知在280K水的物性分别为："=1.45x10-3尸々.£0=1000&g/阳3。又已知，当流体在

管内进行湍流流动时，其摩擦阻力系数的经验式可以表示为：

Cf=0.046Re"

「dv^p0.05x1.5x1