问答题 对于放热反应,当反应器尺寸增大时,其体积按长度的三次方增长,而表面积却按平方增长,因此体积增大有利于热量的增加,而体积减小有利于冷却散热。这是化学工程中说明“放大效应”的一个典型例子。根据类似的道理解释为什么生活在寒冷地区的动物一般体型较大(例如北方人就比南方人高大),而且形状趋于圆滑,而热带地区的动物体型较小且趋于瘦长(例如南方人比北方人相对较瘦,且身体凸出部分的轮廓更为明显)。
问答题 人体在自由空间中的射流形成一个夹角为α的圆锥型区域,如图所示,设U=U(x)为距喷口x处的平均流速,R=R(x)为x处的射流半径,试根据总动量pU2R2沿x方向守恒的要求确定速度U和射流区总流量Q=UR2沿x的变化关系(可相差一个常数)。
问答题 对于固体颗粒在黏性流体中的Stock流动问题,颗粒受到的阻力f仅仅与颗粒尺度d,动力学粘度μ和速度υ有关,即f=f(d,μ,υ)根据量纲齐次化的要求,物理方程等式两边的量纲应该相同,而有参数d,μ,υ组成的具有离地量纲的参量只可能是dμυ,因此上述函数关系只可能取一下形式,f=Adμυ试中A是一个只与颗粒形状有关的常数,上式即为Stock定律。现根据上述量纲分析方法分析湍流的消磁度运动。湍流中存在一系列大小不同的涡旋,能量从大尺度涡旋顺序传递给消磁度涡旋,同时将机械能耗散为热能,其中最小的涡旋尺度称为Kolmogorov尺度,在这个尺度上,黏性和能量耗散占优,因此只有运动学粘度v(m2/s)和能量耗散速率ε(W/Kg)两个产量起作用,其他物理量都可以用这两个量表示。试根据量纲齐次化原理推导出Kolmogorov尺度λ及局部速度υλ与v,ε的关系(可相差一个常数)。