重庆大学热质交换作业题答案 - 图文

第二章

3、从分子运动论的观点可知：D∽

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：

pT?132D?435.7T1332131p(VA?VB)若在压强

?A?51?B?10?4

时各种气体在空气中的扩散系数

P0?1.013?10Pa,T0?273KD0，在其他P、T

D?D0状态下的扩散系数可用该式计算

（1）氧气和氮气：

?33P0?T???P?T0?

32

V02?25.6?10?3m3/(kg?kmol)?o2?3232VN2?31.1?10m/(kg?kmol)?N2?28435.7?298?（2）氨气和空气：

11??10?43228D??1.54?10?5m2/s111.0132?105?(25.63?31.13)2 P?1.0132?105PaT?25?273?298K

5P0?1.0132?10PaT0?273KD?0.2?2-4、解：气体等摩尔互扩散问题

1.013298?()?0.228cm2/s1.0132273

32

×???????=??.????×???????????????/m2s R0通用气体常数单位：J/kmol﹒K

0D0.6?10?4?(16000?5300)NA?(PA1?PA2)??0.0259kmol/(m2?s)?3RT?z8.314?298?10?10

3?5??1.185kg/m,??1.835?10Pa?s, C5、解：25时空气的物性：

??15.53?10?6m2/s,D0?0.22?10?4m2/sD?D0Re?P0?T??42???0.25?10m/sP?T0?32

uod4?0.08??20605v15.53?10?6v15.53?10?6Sc???0.62?4D0.25?10用式子（2-153）进行计算

shm?0.023Re0.83Sc0.44?0.023?206050.83?0.620.44?70.95shmD70.95?0.25?10?4hm???0.0222m/sd0.08GA，则

设传质速率为

dGA??d(dx)hm(?A?s??A)?du0?A2d?A?0dx?4hm??A1?A?s??Al?4d2u0(d?A)

2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D需修正）

du0?A?s??A1l?ln4hm?A?s??A2??1.205kg/m,3??1.81?10?5Pa?s,D?D0Re?P0?T?1.013?10?293??4?42?0.22?10???????0.24?10m/s5P?T0?1.0132?10?273??325320.05?3?1.205?9990?5v1.81?10?1.81?10?5Sc???0.626?4?D1.205?0.24?10?uod（1）用式

shm?0.023Re0.83Sc0.44

计算

hm

shmD0.023?99900.83?0.6260.44?0.24?10?4hm???0.01875d0.05

（2）用式

sh?0.0395Re4Sc计算hm

3413313shD0.0395(9990)(0.626)?0.24?10?4hm???0.01621m/sd0.05

?92 2-7、错解：氨在水中的扩散系数D?1.24?10m/s，空气在标准状态下的物性为；

??1.293kg/m,3??1.72?10?5Pa?s,Pr?0.708,cp?1.005?10?3J/(kg?k)由热质交换类比律可得

?1.72?10?5Sc???10727.74?D1.293?1.24?10?9 hm1?Pr????h?cp?Sc?23hm1?Pr?56?0.708??5????????7.04?10m/sh?cp?Sc?1.293?1001?10727.74?

23

23

? 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

ρ=1.293

kg

;?? =1.005????/??????? m3??

13.28?10?6Sc???0.664?4D0.2?10Pr?0.708?

D?0.2?10?4m2/s(查P36表2-2)hm1?Pr????h?cp?Sc?23

?2/3h?Sc?hm?????cp?Pr?56?0.664?????1.293?1.005?0.708??2/3?44.98m/s?161?103m/h

CCO23Pi105???0.04036kmol/mRT8314(273?25)

第三章

4、解：定性温度为

tg?25?20?22.50C,此时空气的 223-6?=1.195kg/m,?=15.295?10m/s 物性

查表得：

Do=0.22?10-4m2/s,250C32饱和水蒸汽的浓度

32?v?0.02383kg/m3

DOP0?T?1.013?298??4?4D??0.22?10???????0.25?10m/sP?T0?1.0132?273?

u0?20?9.48m/s22?d3.14?0.025??3600?1.195?3600?44

ud9.48?0.025Re?0??15488?15.295?10-6

?15.295?10-6Sc?D?0.25?10?4?0.61?

20用式（2--153）计算

shm?0.023Re0.83Sc0.44?0.023?154880.83?0.610.44?55.66,shmD55.66?0.24?10?d0.025G设传质速率为A，则 hm?dGA??d(dx)hm(?A?s??A)??4

?5.566?10?2m/s

?4d2u0(d?A)?l0dx?du0d?A4hm??A1?A?s??A?A2

?A??A?s?2?A?s??Aexp(14hm)du0

20C时，饱和水蒸汽的浓度

0?A?s?0.0179kg/m3

?A?d???A11??A1?d??0.003?1.195??3.57?10?3kg/m31?d1?0.003

?代入上面的式子得：?A1d??2.23g/kg???A10?A?0.01193kg/m32

3-6240C时,空气的物性?=1.128kg/m,?=16.96?10m/s 5、解：

2?10?1.18?106-6?16.96?10

Re??105?10xc?,l?5?4.24m1.18?106R?e转折点出现在 Re??因此，对此层流---湍流混合问题，应用式（2-157）

u0lShL32?(0.037Re0.8?870)Sc?3

0

查表2—4得，定性温度为35C时，

DOP0?T??42D??0.264?10m/s??P?T0?

Sc??D?10?16.96?0.640.264?10?4-6

3ShL?[0.037?(1.18?106)0.8?870]?0.64??1548.9hmL0.288?10?D??ShL???1548.9?10?L?2?4?4.46?10?3m/s

每m池水的蒸发速率为

0

nA?hm??A?S??A???A?S?0.03037kg/m3;400C时,?A?S??0.05116kg/m3C30时，

6、解：在稳定状态下，湿球表面上水蒸发所需的热量来自于空气对湿球表面的对流换热，即可得以下能量守衡方程式

nA?hm?A?S???A?S??4.46?10?3?(0.03037?0.5?0.05116)?2.14?10?5h(T??Ts)?hfgnH2O??其中

hfg为水的蒸发潜热

nH2O?hm(?HO?S??HO??)22T??Ts?hfghm(?HO?S??HO??)22h

23

又

hm1?Pr????h??cp?Sc?