材料工程基礎(chǔ)題集(含答案).ppt

1、,2,【例1-2】 長度L=1m，直徑d=200mm水平放置的圓柱體，置于內(nèi)徑D=206mm的圓管中以u=1m/s的速度移動，已知間隙中油液的相對密度為d=0.92，運動粘度=5.610-4 m2/s，求所需拉力F為多少？,【解】 間隙中油的密度為,動力粘度為,（kg/m3）,（Pas）,3,由牛頓粘性定律 由于間隙很小，速度可認(rèn)為是線性分布,（N）,4,習(xí)題,1.與牛頓粘性定律直接有關(guān)的因素是： A切應(yīng)力和壓強； B切應(yīng)力和剪切變形速度 C切應(yīng)力和剪切變形； D切應(yīng)力和流速 2.為了進行絕緣處理,將導(dǎo)線從充滿絕緣涂料的模具中間拉過已知導(dǎo)線直徑為.mm,涂料的粘度.Pa.s,模具的直徑為.mm

2、,長度為mm,導(dǎo)線的牽拉速度為m/s，試求所需的牽拉力。,5,習(xí)題一答案,B 解：由牛頓粘性得,2020/12/3,6,【例2-1】如圖2-16所示測量裝置，活塞直徑d=35，油的相對密度d油=0.92 ，水銀的相對密度dHg=13.6，活塞與缸壁無泄漏和摩擦。當(dāng)活塞重為15時，h=700，試計算形管測壓計的液面高差h值。,圖2-16,2020/12/3,7,（）,得h：,【解】重物使活塞單位面積上承受的壓強為 （Pa） 列-面平衡方程,2020/12/3,8,【例2-2】如圖2-17所示為雙杯雙液微壓計，杯內(nèi)和形管內(nèi)分別裝有密度1= l000 kg/m3和密度2 = 13600kg/m3的兩

3、種不同液體，大截面杯的直徑100mm，形管的直徑d=10mm，測得h=30mm，計算兩杯內(nèi)的壓強差為多少?,圖2-17,2020/12/3,9,=3709.6(pa),【解】列12截面上的等壓面方程 而 故,2020/12/3,10,例3.1：左圖為一水箱帶一收縮圓錐噴嘴，水位高h(yuǎn)。請判斷下列說法是否正確： （1） h為為常數(shù)時點2的加速 度為零，點1有遷移加速度； （2） h隨時間變化時，2點只 有當(dāng)?shù)丶铀俣?，點1既有當(dāng) 地加速度又有遷移加速度。,2020/12/3,11,【例3.2】 已知用拉格朗日變量表示得速度分布為 ux=(a+2)e-2， uy=(b+2)e-2，且=0時，x=a，

4、y=b。求（1）=3時質(zhì)點分布；（2）a=2，b=2質(zhì)點的運動規(guī)律；（3）質(zhì)點加速度。,【解】 根據(jù)題意可得,2020/12/3,12,將上式積分，得 上式中c1、c2為積分常數(shù)。 利用=0時，x=a，y=b得c1 =-2， c2=-2,2020/12/3,13,（1）將=3 代入上式 得 （2）a=2，b=2時 (3),2020/12/3,14,【例3.3】 在任意時刻，流體質(zhì)點的位置是x=52，其跡線為雙曲線xy=25。質(zhì)點速度和加速度在x和y方向的分量為多少？ 【解】 根據(jù)題意可得,2020/12/3,15,得,2020/12/3,16,【例3.】給定速度場ux x，uyy，求 1時過（

5、1，1）點的質(zhì)點的跡線； 過（1，1）點的流線。,【解】 由跡線微分方程,2020/12/3,17,積分得,當(dāng)1時， 過（x，y）=（1，1）的質(zhì)點有 c13/e， c2e。故此質(zhì)點的跡線方程為,2020/12/3,18,由此例可知，流線與跡線是不一致的。,當(dāng)= 1時，此流線方程為,故此流線方程為,過（1，1）空間點有, 由流線方程,積分得,解：先計算爐壁的平均溫度,例：設(shè)某窯爐的耐火磚壁厚0.5m，內(nèi)壁面溫度為1000，外壁面溫度為0 ，耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)=1.16(1+0.001t) W/(m.)。試求通過爐壁的熱流密度q。,然后根據(jù)平均溫度算導(dǎo)熱系數(shù)平均值：,再根據(jù)算熱流密度：,【例題3.

6、1】一雙層玻璃窗，寬1.1 m，高1.2 m，厚3 mm，導(dǎo)熱系數(shù)為1.05 W/(mK)；中間空氣層厚5 mm，設(shè)空氣隙僅起導(dǎo)熱作用，導(dǎo)熱系數(shù)為2.6010-2 W(mK)。室內(nèi)空氣溫度為25。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20 W/(m2K)；室外空氣溫度為-10，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15 W/(m2K)。試計算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下室內(nèi)、外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。,解 (1) 雙層玻璃窗：,(2) 單層玻璃窗情形：,單層玻璃窗的散熱量是雙層玻璃窗的2.6倍。,【例題3.2】一臺鍋爐的爐墻由三層材料疊合組成。最里面是耐火粘土磚，厚115mm；中間是B級硅藻土磚，厚12

7、5 mm；最外層為石棉板，厚70mm。已知爐墻內(nèi)、外表面溫度分別為495和60，試求每平方米爐墻每小時的熱損失及耐火粘土磚與硅藻土磚分界面上的溫度。,解 l=115 mm，2=125 mm，3=70 mm。各層的導(dǎo)熱系數(shù)可根據(jù)估計的平均溫度從附錄中查出。 k1=1.12 W/(mK) k2=0.116 W/(mK) k3=0.116 W/（mK),（W/m2),2 耐火粘土磚與硅藻土磚分界面的溫度,（）,1 每平方米爐墻每小時的熱損失,例題4-1，求下列圖形中的角系數(shù),解：,例題2-5 兩無限大平行平面，其表面溫度分別為20 及600，輻射率均為0.8。試求這兩塊平行平面的（1）本身輻射；（2

8、）投射輻射；3）有效輻射。,【解】（1）兩物體的本身輻射為,= 334.66( w/m2),= 26370( w/m2),（2）物體的有效輻射是本身發(fā)射輻射與反射輻射之和，即,對于兩個無限大平等平板，一板的有效輻射必然全部投射到二 板上，反之亦然。即,同理,（3）有效輻射,( w/m2),( w/m2),例題2-6兩無限長套管，內(nèi)管和外管的溫度分別是527和27，輻射率均為0.8，內(nèi)管以熱輻射形式傳給外管的熱量是1060W/m，內(nèi)管直徑是20mm，求：外管直徑為多少？,【解】內(nèi)管向外管的輻射面積,外管向內(nèi)管的輻射面積,內(nèi)管輻射給外管的熱量為,單位長度內(nèi)管輻射給外管的熱量為,由已知,代入上式,解

9、得,0.051m=51mm。,【例2-7】某窯爐壁內(nèi)層為耐火粘土磚，外層為紅磚，已知爐壁內(nèi)表面溫度為1000，外表面溫度要求不得超過80，并要求盡量多用紅磚少用耐火磚。已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)kt=0.698+0.6410-3t (w/m.K)，紅磚的導(dǎo)熱系數(shù)kt=0.465+0.5110-3t (w/m.K)，紅磚最高使用溫度為600，紅磚看作黑體，環(huán)境溫度為20，爐壁表面向環(huán)境的對流換熱系數(shù)為7.13 (w/m2.K)，求二層材料的最小厚度。,【解】平均導(dǎo)熱系數(shù)計算,耐火磚,紅磚,熱流量為,= 890.32（w/m2）,(w/m.K),(w/m.K),計算兩層材料的厚度,同理,【例2-8】熱水

10、管內(nèi)徑d2=150mm，外徑d1=160mm，熱水平均溫度為90，周圍空氣溫度為20，管內(nèi)表面的復(fù)合換熱系數(shù)h2=1200W/m2.K，管外表面的復(fù)合換熱系數(shù)h1=15W/m2.K，管壁導(dǎo)熱系數(shù)k=60W/m.K，管外表面輻射率=0.90。 試求：(1)熱水管每米長散熱損失q1; (2)管外表面的輻射換熱系數(shù)hr1和 對流換熱系數(shù)hc1。,【解】 （1）單位長度管壁總傳熱量計算,= 519.92（w/m）,外表面溫度,對流換熱系數(shù),輻射換熱系數(shù),輻射熱量,習(xí) 題 七,1 兩無限大的平行平面，表面溫度分別為1000和100，黑度為0.8，試求： A 這兩塊平行平面的（1）本身輻射；（2）投射輻射；（3）有效輻射；（4）凈輻射熱量。 B 如果安放一塊黑度為0.8的遮熱板，試求這兩無限大平行平面間的凈輻射熱量。,某醫(yī)院供暖管內(nèi)徑d2=160mm，外徑d1=200mm，管內(nèi)熱水平均溫度為96，周圍空氣溫度為5，管內(nèi)表面的復(fù)合換熱系數(shù)h2=1250W/m2.K，管外表面的復(fù)合換熱系數(shù)h1=20W/m2.K，管壁導(dǎo)熱系數(shù)k=80W/m.K，管外表面輻射率=0.80。 試求：(1)供暖管每米長散熱損失q1; (2)管外表面的輻射換熱系數(shù)hr1和 對流換熱系數(shù)hc1。,習(xí) 題 八,例4-1,已知空氣的干球溫度30 ，濕球溫度為25 ，大氣壓強p=99.32kPa,試求空氣