1、第十六章習題參考答案（僅限參考） yCH4MCH4 yCH4MCH4yC2H6MC2H6,yC3H8MC3H8yCO2MCO2 (2) M=ycH4MCH4yC2H6MC2H6yC3H8MC3H8yCO2MCO2=16.82 4. (3) PCH4=ycH4P=9.6210Pa 3.解：CH的擴散體積24.42,H2的擴散體積7.07 城嚴城嚴1 MAMB 2 1/31/32 PVAVB 4.解：(1)V=CO2VCO2+O2vO2+H20vH2O+8N?VN2=3.91m/s (2) vm=yCO2vCO2,y。2vo2,yH20vH2O.yN2vN2-4.07m/s MCO”PCO”o (

2、3) jCO2=：CO2CO2-二一金一CO2-0.212kg/m2s RT /、PCO2-,2 (4) JCO2=CCO2,CO2m=-CO2m)=-5.33mol/ms RT 1.解：(1)CH4 90.27% 2.解：DAB 城產技十A P(VA1/3+VB1/3i 2 =1.5610m2/s DAB二 =3.1910-5 5m2/s 5.解：(1)21% (3) pV m=nM=M=15.46kg (4) (5) ：N2 m3 -=0.117kg/m3 m-0.378kg/m3 (6) 1空氣 3 =0.515kg/m3 (7) R*氣3 =17.4mol/mM (8) 29.6g/m

3、ol (9) PN2=yN2P=7.9104Pa 6.證明：0A=m nAMA XAMA 得證。 mnAMAnBMB XAMAXBMB 7.證明：根據第6題的結果，微分。過程略。 第十七章習題參考答案(僅限參考) 17-1由控制體流出的組分A的凈質量流率鑰制體內組分A質量積累的凈質量流率-控 制體內組分A通過反應生成的凈質量流率=0 G1G2-G3=0 組分A沿Y軸方向從左側流入微元體，從右側流出，它們的質量流率分別為： (PAAjAy)dxdz :(A,jAy) (PAAjAy)dydxdz Z 所以組分A沿y軸方向流出與流入微元體的質量流率差為： f(；A：A)日Ay (AA)dxdydz

4、 y-y 于是，可以得出G1: 0:王乃.小 34，3 &dxdydz ；:xfxfy：:y改;z 組分A在微元體內積蓄的質量流率G2： -：；A G1=dxdydz ft 控制體內組分A的化學反應生成速率為rA，化學反應對控制體內A的質量速率G3為: G3=rAdxdydz 根據質量守恒定律，得到質量傳輸平衡方程： 二（:，A，A）,二（AA）.AA）.:jAx :xFy；z：:x 有費克第一定律得: 對于不可壓縮流體: A=0 jAx A. =-D；jAy J -y cPA；jAz=-D- .z Vx 二. -y 二2： ）,A 2一2-2- A二,A二A、 =D(2-2-2)rA

5、 ；:x；:yjz 若傳質時，介質為靜止流體或固體，并且控制體內無化學反應，則可得到：-2r2r2r AA二：A:A、 二D(2-2-2-) 二t；x二y二z 上式則為組分A在靜止組分B中無化學反應的三維非穩態擴散方程17-2 通常在擴散空間中沒有反應，故RA=0。因此，表面反應為硅薄層通過SiH4沉積到硅表面. 擴散區域的氣體與外界不相混，由此可知分子擴散占主要地位。流入氣體SiH4的量遠遠超 過反應消耗的量，因此可將擴散區域內的SiH4濃度視為常數。SiH4流密度的方向在空間沿 單一的z方向。硅薄片的厚度與z方向上擴散途徑的長度6幾乎無關，即5實質上為常數。擴散區域內的傳質過程為穩態過程。

6、 SiH4流密度(A組分)在z方向上呈線性，氣體混合物中有三種組分?？紤]相對于固定坐 標空間的質量和摩爾流密度式NA=cDAByA+yA(NA+NB)可得： NAZ=-cDAi.-dyAyA(NAzNBZNCZ) AzALHIXAAzBzCz dz 式中，DAHix是SiH4在氫氣(B組分)、惰性氣體(C組分)的混合氣體中的擴散系數，c為 體系的總摩爾量。 氣體反應物流密度與氣體生成物流密度方向相反。硅薄層表面上的化學反應計量數提供了 SiH4與各擴散組分之間的關系為： NAZ_1 NBZ一 2 由于無傳質沉淀 NCz=0。 將前面的帶入到NAZ=-CDA,旭+YA(NAZ+NBZ+NCZ)可

7、以得到:dz NAZ=CDA孫xdyATA(NAZ2NAZ0) z+MIXzz dz 或 cDA-mixdyA NAZ= 1 yAdz根據隨體導數定義: D：A Dt 第十八章習題參考答案 代入數據可得 Niz=0.003118-1 解：N DAB(PAI_PA2) RT(z2-zi) 5 p=1.01325105pa,z2=0.1m,T=294K 0.8-0.45 PAI-PA2=(J)1.01312510=33770 DAB=0.76310*m2/s 所以NA=0.0105mol/(m2s) 18-2 解：由公式16-6 18-3 1047231,75.11 DAB=J64292:6.05

8、10/nl/s 0.9841.1320.13 解：此處由氣體通過固體平板計算: 解：CAS=WAS-WA=3 什 CAS_CA0WAS一WA02DABI 在滲碳兩小時后，WAS=1.3%,卅0=0.2% 代入數據查表可得z=0.1mm和0.2mmft碳的濃度分別為1.058%?口0.882%, 18-5 解：首先由蒸發速率求出CCl4的摩爾通量: NCCI4=(0.021X1.59)/(154 父 0.82M3.6M104)=7.26 父 1。mol/(cm3-s) NCCI4(Z2-Zi)RT =6.3610上m2/s pln(Po2-PQ) 上wA二erf 1.3-0.2 z 12J1M1

9、0,1M3600M2 DCCI4,O2 18-6 代入數據查表可得z=0.005cm和0.01cm處碳的濃度分別為0.468%?口0.342%, 18-7 解：擴散系數為常數時，通過圓筒壁的穩態擴散方程為: 1ddcA八 rA=0 rdr.dr 上式積分得到:解：CAS-CA CAS-CA0 WAS-WA WAS-WAO 0.6-WA 0.6 =erf z 12J2.80M10/1M60 cA-c2ln(r/r2)C1-c2ln(r/r2) 通過圓筒的擴散通量為: NAr=2nrLIDABdcAi A,rABdr 將（1）式微分并代入（2）式，得： NA,r=-2-LDAB; lnri2 2二

10、LDABKP.石-、山 NAR二一 lnri% 以滲透性表示： 2 二LP NAr二一 lnrir2 查表可得：P=2.910：Qp=8400 P=2.910，exp(&00)=5.410-6 1.987673 -23.141008.410上80-1175510-2 NA,二一 155- 2.303lgr1lgr20.699lgr? 第十九章習題參考答案 19-1 有效邊界層實質上是將邊界層中的湍流傳質和分子擴散等效的處理為厚度的分子擴散。 傳質的表達式為: 6C的邊界層中 dcA NA-DAB dyy=0 19-2 平板層流邊界層內的定常流動是一種非常重要的情況。根據伯努利方程，對于

11、平行于平板表 面的流動，v/x）=vdp/dx=0。于是待解方程為： 5Vxc 二 0 fy 其邊界條件為：y=0時，VX=Vy=0；y=時，VX=Vg。 布拉修斯首次引入流函數中，以求解上述方程。中能自動滿足而未連續性方程。通過把獨 立變量x、y轉變成狗以及把非獨立變量從甲（x,y）轉變為f）的辦法，可以將偏微分方 .2 將Vx旦Vy二 J=V一多化簡后得到下面的方程:xy-2 二Vx Vx一 Vy fx -vx :2X/ -vx 二V2 ；:y：:y -Vx :x 程組簡化為一個常微分方程。 中（x,y）和f（刀）的表達式如下: f（）= 彳（x,y） 1/2 （vxv由上述兩式可以求出V

12、x也 x ex -2 V =v-2x中的有關各項，所得結果如下: 2 二上 f（） 2 Vy 4（VVL=）1/2（f-f） .y2x :x 二 Vxv:-v:-1/2 一二一（一） 4 f 二x二y二y fff=0 由 Shx=0.0292Re4/5Sc1/3可以推出： KC=D0.664ReX/20.0365(Re4/5R/5)Sd/3 帶入數據得： =0.96100.664(3105)1/20.0365(3.871105-3105)4/51.6710?3=0.2440.5定解條件為：”=0時，f=f=0（初始條件）；時，f=2（邊界條件） 19-4 與層流和湍流邊界層理論界合適的關聯式有

13、： KcL1/21/35 Sht=0.664ReLSc（層流），R，2父10 D ShL=旦=0.0365Re4/5Sc1/3（湍流），Reta2M105 DAB 距邊緣x的層流問題的Sh如下： SA KcX1/21/3 =0.332RexSc DAB 如果考慮平板前段有長度為L的層流邊界層，則x長度上的綜合平均傳質系數為: %=D0.664Re/20.0365（Re4/5R/5）Sc1/3 將傳質系數整理成準數形式，即： Shx=0.0292Re4/5Sc1/3 19-5 （1）計算離前端0.5米處流動是否屬于湍流邊界層 Ret 0L 6155 5=3.8711053105 1.5510 屬

14、于湍流邊界層。這時: v Sc= D 1.5510 0.9310” =1.6710 在298K、1.01325M105Pa 時: 4 3.0661043 =12.375mol/m 8.314298 假定 CA0G=0,則: 2 NA=kC(cAs-cA：.)=0.243712.375=3.016mol/Sm 第二十章習題參考答案 式參數組合式 a-.bcdefghi 江1=DABPDkC；江2=DABPDU；江3=DABPDN a.bc. 對于n1利用量綱形式寫出：。=DABPDkc 因為上式兩邊基本量綱的指數應當相等，所以有 求解這三個代數方程式，可得 求出n2和n3的值為 即施密特數 SC

15、O用n2除以n3可以得出 圓管內強制對流傳質量綱分析的結果表明，特征數間的關系式為 Sh=NuAB=f(Re,Sc) 20-2 對流擴散方程 (2)對流傳質方程: NA=kc(CAS-CA：) CAS P RT 20-1采用的白金漢法，可以確定三個特征數組合以 CA&p和 D 為主變量，并得到三個 L2aMbcL 1=(-)(3)(L)(-) L: 0=2a-3b+c+1； t:0=-a-1；M：0=b a=-1 于是，可以得出n1=kcL/DB, 它就是努塞爾數 ；b=0；c=1 Nu 或舍伍德數 Shio利用同樣的方法，還可以 DAB 二Sc:DAB 2/ 一二( 3 DAB )(

16、%) =Re 二ccA Vz一z 1二二cA D-(r-) r二r二r速度分布充分發展下，速度分布為 將式2帶入式1 二CAD1-CA =r ：Z2vm1-J)2一1rmR， 組分A在管壁處傳質通量恒定，有 由此，式2可寫成 dCAD1ddCA r dZ2vm1-(-R)2-rdrdr 邊界條件如下 dcA (1) r=0時，0 dr (2) r=ri時,CA=CAS 對式3積分兩次，帶入邊界條件可得 vm22224dcA CAS-CA=-23-4rirr 8riDdz 此即為管壁傳質通量恒定的濃度分布方程 DdcA 又有傳質系數kc- CAS-cAbdr 由式4對r求導并帶入r=ri,得 dcA二vmEcA dr2Ddz6 i vzcA2二rdr 二.0 主體濃度cAb定義cAbr vz2二rdr 0 ri 0VZ(CAS-CA)2二rdrcAsCAb-ri 0vz2二rdr 式4帶入式7中，經積分整理得 11Vmi2dcA cAs-cAb一一 48Ddz 將式6、式8帶入式5得 20-3 單位液膜寬度的質量流量Q=0.02kg/ms則液膜厚度 液膜雷諾數 Re=4Q/.：=79.65父105湍流 Nu29200.0275“/ ;二二=10