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/m3

u

1

( AuA BuB)

1

(0.662 0.0017 2.737 0.0003) 5.727 10 4m/s 3.399

um

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)

3

2

（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

3

2

4

2

xCO2 0.08xO2 0.035xHO2 0.16xN2 0.725

vCO2 2.44m/svCO2 3.66m/svCO2 5.49m/svCO2 3.96m/s

MCO2 44MCO2 32MCO2 18MCO2 28

wCO2

xCO2MCO2

xCO2MCO2 xO2MO2 xHO2MHO2 xN2MN2

0.08 44

0.08 44 0.035 32 0.16 18 0.725 28

3.523.52

0.12653.52 1.12 2.88 20.327.82

wO2

xO2MO2

xCO2MCO2 xO2MO2 xHO2MHO2 xN2MN2

xHO2MHO2

xCO2MCO2 xO2MO2 xHO2MHO2 xN2MN2

xN2MN2

xCO2MCO2 xO2MO2 xHO2MHO2 xN2MN2

1.12

0.0403 27.82

2.88

0.1035 27.82

wHO2 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 3.914

vm xCO2vCO2 xO2vO2 xHO2vHO2 xN2vN2 0.08 2.44 0.035 3.66

0.160 5.49 0.725 3.96 4.0727

pCO2RT

2

（2）

（3）cCO2

101300 0.08

18.745mol/m3

8.314 52

2

CO cCOMCO 18.745 44 824.78g/m3

2

jCO2

CO(vCO v) 824.78 (2.44 3.914) 1215.73g

2

2

m2 s

) 30.60（4）JCO2 cCO2(vCO2 vm) 18.745 (2.44 4.0727

m2 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 105

xA 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 105

cA 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