冶金传输原理-质量传输-第9章第10章 试题库

第9、10章 质量传输基本概念

题1、由O2(组分A)和CO2（组分B）构成的二元系统中发生一维稳态扩散。已知

cA?0.0207kmol/m3,cB?0.0622kmol/m3,uA?0.0017m/s,uB?0.0003m/s,试计

算：（1）u,um;(2)NA,NB,N;(3)nA,nB,n。

解：（1）

?A?cAMA?0.0207?32?0.6624kg/m3?B?cBMB?0.0622??44?2.737kg/m3???A??B?0.662?2.737?3.399kg/m则

3

c?cA?cB?0.0207?0.0622?0.0829kmol/m3u?1?(?AuA??BuB)?1(0.662?0.0017?2.737?0.0003)?5.727?10?4m/s 3.399um?11(cAuA?cBuB)?(0.0207?0.0017?0.0622?0.0003)?6.496?10?4m/sc0.0829（2）NA?cAuA?0.0207?0.0017?3.519?10?5kmol/(m2?s)

NB?cBuB?0.0622?0.0003?1.866?10?5kmol/(m2?s)

则 N?NA?NB?3.519?10?5?1.866?10?5?5.385?10?5kmol/(m2?s)

?32 （3） nA??AuA?0.662?0.0017?1.125?10kg/(m?s) nB??BuB?2.737?0.0003?8.211?10kg/(m?s) 则 n?nA?nB?1.946?10kg/(m?s)

题2、在101.3Kpa,52K条件下，某混合气体各组分的摩尔分数分别为：CO2为0.080；

O2为0.035； H2O为0.160；N2为0.725。各组分在z方向的绝对速度分别为：2.44m/s;3.66m/s;5.49m/s;3.96m/s。试计算：

（1）混合气体的质量平均速度u;(2)混合气体的摩尔平均速度um;(3)组分CO2的质量通量jCO2;（4）组分CO2的摩尔通量JCO2。

解：已知

?32?42xCO2?0.08xO2?0.035xHO2?0.16xN2?0.725vCO2?2.44m/svCO2?3.66m/svCO2?5.49m/svCO2?3.96m/sMCO2?44MCO2?32MCO2?18MCO2?28

wCO2??xCO2MCO2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN20.08?44

0.08?44?0.035?32?0.16?18?0.725?283.523.52???0.12653.52?1.12?2.88?20.327.82wO2?xO2MO2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN2xHO2MHO2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN2xN2MN2xCO2MCO2?xO2MO2?xHO2MHO2?xN2MN2?1.12?0.0403 27.822.88?0.1035 27.82wHO2?wN2???20.3?0.7292 27.82

（1）

v?wCO2vCO2?wO2vO2?wHO2vHO2?wN2vN2?0.1265?2.44?0.0403?3.66?0.1035?5.49?0.7297?3.96?3.914vm?xCO2vCO2?xO2vO2?xHO2vHO2?xN2vN2?0.08?2.44?0.035?3.66?0.160?5.49?0.725?3.96?4.0727pCO2RT2（2）

（3）cCO2?

?101300?0.08?18.745mol/m3

8.314?522?CO?cCOMCO?18.745?44?824.78g/m3

2 jCO2??CO(vCO?v)?824.78?(2.44?3.914)??1215.73g22m2?s

)??30.60mol（4）JCO2?cCO2(vCO2?vm)?18.745?(2.44?4.0727m2?s

5

题3、求1.013×10Pa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

5

度。已知该温度下饱和水蒸气压强pA=0.03168×10Pa,水的相对分子质量MA=18，空气相对分子质量MB=28.9.

解：空气的分压

pB?p?pA?1.01325?105?0.03168?105?0.9816?105Pa

水蒸气浓度

（1） 摩尔分数

pA0.03168?105xA???0.0313

p1.01325?105（2） 质量分数

wA?xAwAxAwA0.0313?18??xAwA?xBwBxAwA?(1?xA)wB0.0313?18?(1?0.0313)?28.9

0.0197（3） 物质的量浓度

pA0.03168?105cA???1.28mol/m3

RT8.314?298（4） 质量浓度

?A?cAMA?1.28?18?23g/m3

题4、半导体扩散工艺中，包围硅片的气体中含有大量的杂质原子，杂质不断地通 过硅片表面向内部扩散，在以下两种情况下试确定该硅片的边界条件。

（1）半导体的扩散工艺是恒定表面浓度扩散，即硅片表面的杂质浓度保持一定； （2）半导体的扩散工艺是限定源扩散，没有外来的杂质通过硅片表面进入硅片。 解： （1）由于半导体的扩散工艺是恒定表面浓度扩散，硅片的边界就是它的表 面z=0和z=l,可以看成一维问题，边界上杂质的浓度保持为常数c0,此时边界条件可写为

c(z?0,?)?c0,c(z?l,?)?c0

（2）由于半导体的扩散工艺是限定源扩散，没有外来的杂质通过硅片，仅有硅片表面已有的杂质向硅片深部扩散，限定源意味着通过硅片表面的扩散流强度为零，此时边界条件可写为

?c?c(z?0,?)?0,(z?l,?)?0 ?z?z