南昌大學(xué)冶金傳輸期復(fù)習(xí)題

1、材料成形及控制專業(yè)冶金傳輸原理復(fù)習(xí)題一， 名詞解釋1 流體：能夠流動的物體。不能保持一定的形狀，而且有流動性。2 脈動現(xiàn)象：在足夠時間內(nèi)，速度始終圍繞一平均值變化，稱為脈動現(xiàn)象。3 水力粗糙管：管壁加劇湍流，增加了流體流動阻力，這類管稱為水力粗糙管。4 牛頓流：符合牛頓粘性定律的流體。5 湍流：流體流動時，各質(zhì)點(diǎn)在不同方向上做復(fù)雜無規(guī)則運(yùn)動，相互干擾的運(yùn)動。這種流動稱為湍流。6 流線：在同一瞬時，流場中連續(xù)不同位置質(zhì)點(diǎn)的流動方向線。7 流管：在流場內(nèi)取任意封閉曲線，通過該曲線上每一點(diǎn)，作流線，組成的管狀封閉曲面，稱流管。8 邊界層：流體通過固體表面流動時，在緊靠固體表面形成速度梯度較大的流體薄

2、層稱邊界層。9 偽塑性流10非牛頓流體11賓海姆塑流型流體12穩(wěn)定流13非穩(wěn)定流14跡線15 邊界層16 水頭損失17 沿程阻力18 局部阻力19脈動速度20 時均化原則21熱傳導(dǎo)22 對流23 熱輻射24等溫面25溫度梯度26熱擴(kuò)散率27 對流換熱28 黑體29 灰體30 輻射力的單位31 角系數(shù)32質(zhì)量溶度33摩爾溶度34 空位擴(kuò)散35 自擴(kuò)散系36 互擴(kuò)散系數(shù)37 普朗克定律38 斯蒂芬-玻爾茨曼定律39 維恩位移定律40 基爾霍夫定律 41 投入輻射42 有效輻射43，采用何種技術(shù)路線測量一固態(tài)物質(zhì)的自擴(kuò)散系數(shù)44，柯肯達(dá)爾現(xiàn)象45 紐歇爾數(shù)46，溫度邊界層二 問題 1 流體具有哪些物

3、理性質(zhì)？壓縮性，膨脹性，密度，粘度。2 流線可以穿過流管嗎？為什么？答：不能，流管是由流線組成，如果流線穿過流管，意味不同流線將相交，因為流線表示在流線上的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向和大小，如果流線穿過流管，意味一個質(zhì)點(diǎn)在同時具有兩個速度，這是不可能的。所以流線不能穿過流管。3 為什么湍流條件下可以利用牛頓粘度定律計算管道壁面對流體的剪切力？答：邊界層都處于層流狀態(tài)。4 兩個不同水力學(xué)系統(tǒng)相似的條件是什么？ 答，幾何相似，動力相似，運(yùn)動相似。5 解釋雷若數(shù)的物理意義，它有何作用？ 答：表示流體流動過程中慣性力和粘性力的作用大小 ，是它們的比值?？梢杂脕砼袛嗔黧w的流動狀態(tài)?？梢詢闪黧w系統(tǒng)相似的判據(jù)之一。是摩

4、擦系數(shù)的實驗變量。6溫度T=15，運(yùn)動粘度0.0114cm2/s的水，在直徑d=2cm的管中流動，測得流速v=8cm/s，問水流處于什么狀態(tài)?如要改變其運(yùn)動，可以采取哪些辦法?答：知： 故為層流。 升高溫度或增大管徑d均可增大雷諾數(shù)，從而改變運(yùn)動狀態(tài)。7流體在圓管中流動時，“流動已經(jīng)充分發(fā)展”的含義是什么？在什么條件下會發(fā)生充分發(fā)展了的層流，又在什么條件下會發(fā)生充分發(fā)展了的湍流？答： 流體在圓管中流動時，由于流體粘性作用截面上的速度分布不斷變化，直至離管口一定距離后不再改變。進(jìn)口段內(nèi)有發(fā)展著的流動，邊界層厚度沿管長逐漸增加，僅靠固體壁面形成速度梯度較大的穩(wěn)定邊界層，在邊界層之外的無粘性流區(qū)域逐

5、漸減小，直至消失后，便形成了充分發(fā)展的流動。在層流流進(jìn)管道時，當(dāng)流進(jìn)長度大于l=0.065dRe)時，流體發(fā)展為充分發(fā)展的層流。在湍流條件下，當(dāng)流入管長度至l=25-40d左右，流體為充分發(fā)展的湍流。8 寫出流體靜力學(xué)基本方程式，并說明其能量意義和幾何意義。解:流體靜力學(xué)基本方程為：同一靜止液體中單位重量液體的比位能 可以不等，比壓強(qiáng)也可以不等，但比位 能和比壓強(qiáng)可以互換，比勢能總是相等的。 9試判斷下列平面流場是否連續(xù)?解：由不可壓縮流體流動的空間連續(xù)性方程（3-19，20）知： ， 當(dāng)x=0，1，或y=k （k=0，1，2，）時連續(xù)。10 已知管徑d150 mm，流量Q15L/s，液體溫度

6、為 10 ，其運(yùn)動粘度系數(shù)0.415cm2/s。試確定：(1)在此溫度下的流動狀態(tài)；(2)在此溫度下的臨界速度；(3)若過流面積改為面積相等的正方形管道，則其流動狀態(tài)如何?解：流體平均速度為： 雷諾數(shù)為： 故此溫度下處在不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，由不穩(wěn)定區(qū)向湍流轉(zhuǎn)變臨界速度為：由不穩(wěn)定區(qū)向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變臨界速度為： 若為正方形則故為湍流狀態(tài)。溫度T=5的水在直徑d100mm的管中流動，體積流量Q=15L/s，問管中水流處于什么運(yùn)動狀態(tài)? T=5的水動力粘度為1.547x10-6m2/s解：由題意知：水的平均流速為 根據(jù)雷諾數(shù)公式 故為湍流。11當(dāng)鑄件在砂型中冷卻凝固時，由于鑄件收縮導(dǎo)致鑄件表面與砂型間產(chǎn)生氣

7、隙，氣隙中的空氣是停滯的，試問通過氣隙有哪幾種基本的熱量傳遞方式？答：熱傳導(dǎo)、輻射12 假設(shè)在兩小時內(nèi)，通過152mm×152mm×13mm（厚度）實驗板傳導(dǎo)的熱量為 837J，實驗板兩個平面的溫度分別為19和26，求實驗板熱導(dǎo)率。解：由傅里葉定律可知兩小時內(nèi)通過面積為152×152mm2的平面的熱量為 873=- 得 13 有一厚度為20mm的平面墻，其熱導(dǎo)率為1.3W/(m·)。為使墻的每平方米熱損失不超過1500W，在外側(cè)表面覆蓋了一層為0.1 W/(m·)的隔熱材料，已知復(fù)合壁兩側(cè)表面溫 度分布750 和55 ，試確定隔熱層的厚度。解：

8、由多層壁平板導(dǎo)熱熱流密度計算公式（9-14）知每平方米墻的熱損失為 得 14 液態(tài)純鋁和純銅分別在熔點(diǎn)（鋁660，銅1083）澆鑄入同樣材料構(gòu)成的兩個砂型中，砂型的密實度也相同。試問兩個砂型的蓄熱系數(shù)哪個大？為什么？答：此題為討論題，砂型的蓄熱系數(shù)反映的是材料的蓄熱能力，綜合反映材料蓄熱和導(dǎo)熱能力的物理量，取決于材料的熱物性。 兩個砂型材料相同，它們的熱導(dǎo)率和比熱容c及緊實度都相同，故兩個砂型的蓄熱系數(shù)一樣大。 注：鑄型的蓄熱系數(shù)與所選造型材料的性質(zhì)、型砂成分的配比、砂型的緊實度及冷鐵等因素有關(guān)！ 考慮溫度影響時，澆注純銅時由于溫度較純鋁的高，砂型的熱導(dǎo)率會增大，比熱和密度基本不變，從而使得砂

9、型蓄熱系數(shù)會有所增大15 物體在什么條件下，形成漫反射？16，解釋黑體的吸收率等于一的物理意義？17，解釋制造人造黑體的原理？18，嚴(yán)重氧化的金屬表面的發(fā)射率分別處于溫度50度和500度的環(huán)境下，比較該金屬在這兩種條件下的發(fā)射率大小？19，解釋角系數(shù)相對性原理，角系數(shù)與溫度有關(guān)嗎？20，解釋角系數(shù)的完整性性質(zhì)。21，用代數(shù)法計算表面1和表面2之間的角系數(shù).（只要求列出方程式） 表面1 表面 222，氣體輻射有何特點(diǎn)？23，氣體的吸收率與發(fā)射率相等嗎？為什么？24，如何設(shè)計實驗計算擴(kuò)散激活能？25，一般固體物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)受哪些因素影響？26，氣體擴(kuò)散系數(shù)受壓力影響嗎？為什么？27，當(dāng)鑄件在砂型中

10、冷卻凝固時，由于鑄件收縮導(dǎo)致鑄件表面與砂型間產(chǎn)生氣隙，氣隙中的空氣是停滯的，試問通過氣隙有哪幾種基本的熱量傳遞方式？答：熱傳導(dǎo)、輻射。 注：無對流換熱28，假設(shè)在兩小時內(nèi)，通過152mm×152mm×13mm（厚度）實驗板傳導(dǎo)的熱量為 837J，實驗板兩個平面的溫度分別為19和26，求實驗板熱導(dǎo)率。解：由傅里葉定律可知兩小時內(nèi)通過面積為152×152mm2的平面的熱量為 873=- 得 ,29 有哪些因素影響擴(kuò)散系數(shù)？三 計算題1三段管路串聯(lián)如圖，直徑d1=100 cm，d2=50cm，d325cm，已知斷面平均速度v310m/s，求v1,v2，和質(zhì)量流量(流體為

11、水)。解：可壓縮流體穩(wěn)定流時沿程質(zhì)量流保持不變， 故： 質(zhì)量流量為：2直徑d=200m，長度l=300m的新鑄鐵管、輸送重度=8.82kN/m3的石油已測得流量Q=0.0278m3/s。如果冬季時油的運(yùn)動粘性系數(shù)1=1.092cm2/s，夏季時2=0.355cm2/s，問在冬季和夏季中，此輸油管路中的水頭損失h1各為若干?解：由題意知 冬季 同理，夏季有 因為 由布拉休斯公式知：3常壓下溫度為30的空氣以10m/s的速度流過一光滑平板表面，設(shè)臨界雷諾數(shù)Recr=3.2*105,試判斷距離平板前緣0.4m及0.8m兩處的邊界層是層流邊界層還是湍流邊界層？求出層流邊界層相應(yīng)點(diǎn)處的邊界層厚度. (空

12、氣在1個大氣壓時的密度為0.04kg/M3, 運(yùn)動粘度為0.01M2/S.)解：由題意臨界雷諾數(shù)知對應(yīng)的厚度為x,則 4用一風(fēng)扇把靜止空氣通過一直管道排到車間外面。管道截面形狀為矩形，尺寸為200x300mm,長度為60M,設(shè)空氣溫度為20度，管道入口壓力和出口壓力都為0.98大氣壓，設(shè)計管道流量為28M3/min,問需要選擇多少功率的風(fēng)扇？(空氣在1個大氣壓時的密度為1.207kg/M3, 運(yùn)動粘度為15.06x10-6M2/S.)解： 寫出伯努利方程P1=P2, Z2=Z1, V1=0所以上方程簡化為De=4A/Pw=4x0.2x0.3/2(0.2+0.3)=0.24M在一個大氣壓，溫度1

13、5攝氏度的空氣密度是1.207kg/M3則在0.98大氣壓條件下，空氣密度是-= 1.207x0.98/1.0=1.18kg/M3空氣粘度為：=1.7x10-5kg/s-m空氣流速V=28/(0.2x0.3)=7.7m/sReynold numberRe=VDe/=是湍流，查表得f=0.0042因為Ef=2f(L/De)V2能量平衡方程2=1M*= =92m2/s2=92J/kg輸送每公斤空氣消耗能量92J.設(shè)計要求每秒輸送空氣質(zhì)量流量Q=(28M3/60s)x1.18kg/M3=0.55kg/s則風(fēng)扇功率為M*xQ=92x0.55kgxJ/(kgxs)=50.6J/s=51w5有一水管網(wǎng)線支

14、線，長度20M，管徑為20mm。管線上安裝有3個90度的彎接頭，一個全開啟的閥門。試計算這條管線的壓力降。（9分）已知：溫度為20度,設(shè)管線為光滑管。要求供應(yīng)水量10M3/小時，運(yùn)動粘度查表（教科書，pp234）。局部損失L/D名稱L/D90度彎頭31全開閥7圓管阻力系數(shù)與雷若數(shù)關(guān)系6，水從鉛直圓管向下流出，如圖3.28所示。已知管直徑d110 cm，管口處的水流速度vI1.8m/s，試求管口下方h2m處的水流速度v2，和直徑d2。解：以下出口為基準(zhǔn)面，不計損失，建立上出口和下出口面伯努利方程： 代入數(shù)據(jù)得：v2=6.52m/s由 得:d2=5.3cm7， 已知管徑d150 mm，流量Q15L

15、/s，液體溫度為 10 ，其運(yùn)動粘度系數(shù)0.415cm2/s。試確定：(1)在此溫度下的流動狀態(tài)；(2)在此溫度下的臨界速度；(3)若過流面積改為面積相等的正方形管道，則其流動狀態(tài)如何?解：流體平均速度為： 雷諾數(shù)為： 故此溫度下處在不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，由不穩(wěn)定區(qū)向湍流轉(zhuǎn)變臨界速度為：由不穩(wěn)定區(qū)向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變臨界速度為： 若為正方形則故為湍流狀態(tài)。8，在長度L=10000m、直徑d=300mm的管路中輸送重9.31kN/m3的重油，其重量流量G2371.6kN/h，求油溫分別為10(=25cm2/s)和40(=1.5cm2/s)時的水頭損失 解：由題知： 油溫為10時40時9，常壓下溫度為30的空氣

16、以10m/s的速度流過一光滑平板表面，設(shè)臨界雷諾數(shù)Recr=3.2*105,試判斷距離平板前緣0.4m及0.8m兩處的邊界層是層流邊界層還是湍流邊界層？求出層流邊界層相應(yīng)點(diǎn)處的邊界層厚度解：由題意臨界雷諾數(shù)知對應(yīng)的厚度為x,則 10，一根L/d=10的金屬柱體，從加熱爐中取出置于靜止的空氣中冷卻。試問：從加速冷卻的目的出發(fā)，柱體應(yīng)水平還是豎直放置（輻射散熱相同）？試估算開始冷卻的瞬間兩種情況下自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之比（均為層流）解：在開始冷卻的瞬間，可以設(shè)初始溫度為壁溫，因而兩種情形下壁面溫度相同。水平放置時，特征尺寸為柱體外徑；豎直放置時，特征尺寸為圓柱長度，L>d 。近似地采用穩(wěn)態(tài)工

17、況下獲得的準(zhǔn)則式來比較兩種情況下自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，則有： (1) 水平放置. , , (2) 豎直放置. , 由此可知：對給定情形，水平放置時冷卻比較快。所以為了加速冷卻，圓柱體應(yīng)水平放置。11，管內(nèi)強(qiáng)制對流湍流時的換熱，若Re相同，在tf=30條件下水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比空氣的高多少倍？解：定性溫度 查附錄D得到: 查附錄F得到： 為湍流，故相同 在該條件下，水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比空氣高52.46倍。12，設(shè)保溫瓶的瓶膽可看作直徑為10cm高為26cm的圓柱體，夾層抽真空，夾層兩內(nèi)表面發(fā)射率都為0.05。試計算沸水剛注入瓶膽后，初始時刻水溫的平均下降速率。夾層兩壁壁溫可近似取為100及20解：，

18、代入數(shù)據(jù)得w，而，查附錄知100 水的物性參數(shù)為代入數(shù)據(jù)得/s13，兩塊寬度為W，長度為L的矩形平板，面對面平行放置組成一個電爐設(shè)計中常見的輻射系統(tǒng)，板間間隔為S，長度L比W和S都大很多，試求板對板的角系數(shù)解：（參照例11-1）作輔助線ac和bd，代表兩個假想面，與、組成一個封閉腔，根據(jù)角系數(shù)完整性：，同時可把圖形看成兩個由三個表面組成的封閉腔，對的角系數(shù)14，一氫氣輸送管道用低碳鋼制成，長度100米，內(nèi)徑10cm,管壁厚20mm. 輸送氫氣溫度450度，壓力75個大氣壓。環(huán)境氣壓為一個大氣壓。估計輸送氫氣的損失。15，對一塊低碳鋼零件進(jìn)行滲碳熱處理，低碳鋼含碳量為0.2%，滲碳爐氣氛為CO, 滲碳溫度982度，滲碳時間3小時。計算距鋼件表面深0.05厘米處的含碳量。 16，水溫16度，流過水平管，管徑2cm, 壓力降為10x10-6Mpa/cm. 求水的質(zhì)量流速。水的粘度：1.14x10-3Pa-S水的密度：1.0g/cm317應(yīng)用斯托克斯定律推導(dǎo)落球粘度計的計算公式。18 為了研究感應(yīng)爐鋁液體的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計了一面用碳鋼制成的鐵旗，插在鋁液體中心處，推導(dǎo)鋁液運(yùn)動速度與鋼旗所受力的關(guān)系式。