北京理工大學材料加工冶金傳輸原理期末試卷A-B試題及答案_百

1、冶金傳輸原理試題（A）參考答案名詞解釋（每題2分，共16分）1. 不壓縮流體：指流體密度不會隨壓強改變而變化，或該變化可忽略的流體。2. 速度邊界層：指在靠近邊壁處速度存在明顯差異的一層流體，即從速度為零到0.99倍的地方稱為速度邊界層。3. 雷諾準數及其物理意義：,表征慣性力與粘性力之比。是流態(tài)的判斷標準。4. 黑度（發(fā)射率）：實際物體的輻射力與相同溫度下黑體的輻射力之比稱為物體的黑度，也叫發(fā)射率。5. 傅立葉準數及其物理意義：，也稱時間準數，表示非穩(wěn)定傳熱所進行的時間與其達到平衡狀態(tài)所需要的總時間之比；或時間內非穩(wěn)態(tài)傳熱的傳熱量與其達到穩(wěn)態(tài)（平衡）時傳輸的總熱量之比。6. 熱通量與傳質通量

2、：單位時間內通過單位面積的熱量稱為熱（量）通量；單位時間通過單位面積的物質量稱為傳質通量。7. 角系數：由表面1投射到表面2的輻射能量占離開表面1的總輻射能量的份數稱為表面1對表面2的角系數，用符號表示，即：。8. 流向傳質與非流向傳質：與流體流動方向相同的傳質叫做流向傳質；與流體流向垂直的傳質叫做非流向傳質。一、 填空題（每空1分，共19分）1 理想流體是指不存在 粘性力，或其作用可忽略的流體。2 氣體超音速射流產生過程中，氣體流股截面積先 收縮 后 膨脹 ，壓強 不斷降低。3 流場中流體各物理量只是 空間單一方向的函數，稱一維流場4 固體壁面無滑移邊界條件是指 壁面速度與相接觸的流體層速度

3、相等 ，而無滲透邊值條件為 垂直于壁面方向流體速度為零 。5 如果流場中每點的物理量值都一致,則稱其為 均勻場；如果各點的物理量值不隨時間而變化，則稱其為 穩(wěn)態(tài)場。6 根據動量守恒定律，可以推導出納維斯托克斯方程；根據 能量守恒定律 ，可以推導出傳熱微分方程；根據 質量守恒定律 則可以分別推導出流體連續(xù)性方程方程和 質量傳輸 微分方程。7 研究對流給熱的主要任務，就是求解對流給熱系數h。現在求解h的方法有四種，它們分別是 邊界層微分方程組解析解 、邊界層近似積分解、 類比律法 、和 相似理論指導下的實驗方法 。8 一般說來，固體的導熱系數 大于 （大于、等于、小于）液體，液體的導熱系數 大于

4、（大于、等于、小于）氣體；在固體中，通常金屬的導熱系數 大于 （大于、小于、等于）非金屬，結晶物質的導熱系數 大于 （大于、小于、等于）非晶物質的導熱系數；大多數金屬的導熱系數隨溫度的升高而 降低 （升高、降低、不變）。二、 選擇題（每題5分，共15分）1. 伯努利方程表達式錯誤的是 D 。A. =常數 B. C. =常數 D. 2. 單層圓筒壁內外流經物性和溫度均不同的流體1和流體2，那么該單層圓筒壁在第III類邊界條件下，一維穩(wěn)態(tài)導熱的總熱阻為R= B 。A. B. C D 3. 已知環(huán)境流體對直徑為100mm的圓柱體的總對流給熱系數h為120 W/(m2，圓柱體的平均導熱系數為163 W

5、/(m，比熱Cp為440J/(kg，密度為8800 kg/m3，則 C 。A 因為體系的Bi = 0.07360.033，所以不能視為薄材。C 因為體系的Bi = 0.03680.05，所以不能視為薄材。三、 簡答題（每題5分，共20分）1. 流體流動過程主要受到哪幾類力的作用？各自常見的力有哪些？流體主要受到體積力和表面力兩大類力的作用，體積力常見的有：質量力、電磁力；表面力常見的有：粘性力和壓應力。2. 請說明的物理含義首先是粘性應力，由于x方向流動速度在y方向存在差異而產生于流體內部。下角標y表示力的法向，x表示力的方向。同樣代表粘性動量通量，此時下角標y表示動量傳遞方向，x表示動量的方

6、向。3. 簡述對流給熱（換熱）的機理，為什么說邊界層導熱是對流給熱的限制性環(huán)節(jié)？答：對流給熱是指流體流經與之溫度不同的固體界面時，流體與固體之間所發(fā)生的熱量傳輸現象，是對流傳熱和傳導傳熱的綜合結果。在流體與固體壁面交界處存在（速度邊界層和）溫度邊界層，溫度邊界層外近似無溫度梯度，溫度梯度只存在于邊界層內。對于層流邊界層，層與層之間沒有宏觀物質傳輸，傳熱主要依靠傳導傳熱，熱阻很大；湍流邊界層內由于存在層流底層，傳熱也要依靠傳導傳熱，熱阻也很大。因此，邊界層導熱是對流給熱的限制性環(huán)節(jié)。4. 簡述氣體輻射與火焰輻射及其區(qū)別。答：氣體的輻射和吸收能力與其分子結構有關，對波長有明顯的選擇性，因此氣體的輻

7、射和吸收光譜是不連續(xù)的，支能吸收或輻射一定波長范圍的輻射能，不同的氣體，波長范圍不同；另外氣體輻射屬于表面輻射。而實際火焰中一般含有大量的固體顆粒，多是發(fā)光火焰，少有純凈氣體燃燒發(fā)出的不發(fā)光火焰，因此在火焰輻射中起主要作用的是炭黑、灰塵等固體顆粒，這些固體顆粒的輻射和吸收類似于固體輻射，可以在可見光譜和紅外光譜范圍內連續(xù)發(fā)射輻射能量，由此它們的光譜是連續(xù)的。四、 計算題（每題10分，共30分）1. 粘性系數的流體流過兩平行平板的間隙，間隙寬，流體在間隙內的速度分布為 ， 其中C為待定常數，y為垂直于平板的坐標。設最大速度 ， 試求最大速度在間隙中的位置及平板壁面上的切應力。解：1）由速度分布可

8、知y坐標原點位于下平板 由 即中心處 u取最大值，在兩板中央取速度最大值(5分將 代入速度分布式 （ 7 分） 2）y = 0 （10分，能給出一個就給分。未求出C值者扣2分）流體作用于上下平板的壁面切應力都是，且均指向流動方向，而正負號不同則源于應力正負向的規(guī)定。2. “冰凍三尺，非一日之寒”。設若地表可以看作是半無限厚物體，溫度分布可表示為，初始溫度為t0=10，后受到冷空氣侵襲，地表溫度突然降為tw=-15并維持不變。確定這種條件下，地面下1m處溫度降為0所需的時間。已知：地表土壤土質均勻，土壤物性參數分別為：；高斯誤差函數表如下：erf(0.420.45 erf(0.440.47 er

9、f(0.460.48 erf(0.480.50erf(0.500.52 erf(0.520.54 erf(0.540.55 erf(0.560.57erf(0.580.59 erf(0.600.60 erf(0.620.62 erf(0.640.63erf(0.660.65 erf(0.680.66 erf(0.700.68 erf(0.720.69erf(0.740.70 erf(0.760.72 erf(0.780.73 erf(0.800.74解：依題意，地表的降溫可以看作是辦無限厚物體的導熱。地表土壤的物性取為所以有即： 查表得： 得天由上面的分析可知當地表溫度很低時，地下還可以保持較

10、高的溫度。所以將水管埋在地下可防止水結冰。3. 干空氣以5m/s的速度吹過0.3m0.3m的淺的盛水盤，在空氣溫度30、水溫10的條件下，已知水分子在空氣中的擴散系數D=2.4410-5m2/s。問：水的蒸發(fā)速率（g/s）是多少？（若空氣沿平板流動為層流，則有；若空氣沿平板流動為湍流時，則）；不同溫度下物性參數如下：溫度，102030動量擴散系數值，10-6 m2/s14.1615.0616.00水表面飽和水蒸氣的密度，g/m39.40417.3130.40解：以題意，v=5m/s，L=0.3m，tf =30，tw =10，D=2.4410-5 m2/s得知：，查得20條件下=15.0610-

11、6 m2/s，并求得：，屬于層流，適用層流繞流平板準數方程，于是有： m/s答：水的蒸發(fā)速率是1.22710-2 g/s。冶金工程冶金傳輸原理試題（B）五、 名詞解釋（每題2分，共16分）9. 層流流體質點在流動方向上分層流動，各層互不干擾和摻混，這種流線呈平等狀態(tài)的流動稱為層流。10. 表面力作用于流體微元界面（而非質點）上的力，該力與作用面的大小成比例11. 粘性系數表征流體變形的能力，由牛頓粘性定律所定義的系數：,速度梯度為1時，單位面積上摩擦力的大小。12. 熱通量與傳質通量：單位時間內通過單位面積的熱量稱為熱通量；單位時間通過單位面積的物質量稱為傳質通量。13. 溫度梯度：在溫度場中

12、某點P的溫度梯度定義為該點所在等溫面或等溫線法線方向，單位長度上的溫度增量。14. 修伍德準數的表達式：15. 傅立葉準數的物理意義：，傅立葉準數又稱時間準數，表征不穩(wěn)態(tài)傳熱趨于穩(wěn)態(tài)的程度，或者說是不穩(wěn)態(tài)傳熱進行的時間與由不穩(wěn)態(tài)傳熱達到穩(wěn)態(tài)所用總時間之比。16. 黑度（輻射率、發(fā)射率）：實際物體的輻射力與相同溫度下黑體的輻射力之比稱為物體的黑度，也叫發(fā)射率、輻射率。六、 填空題（每空1分，共19分）1. 一維圓管中水流的質量守恒表達式為 2. 伯努力方程的物理意義是 壓 能、 動 能、 勢 能總和守常。其積分式應用條件是 不可壓縮 、 沿流線 、 穩(wěn)態(tài)流 、 理想流體 、 只有重力場 。3.

13、如果動量傳輸微分方程可以寫作，則熱量傳輸微分方程可以寫作（改為），質量傳輸微分方程可以寫作。4. 影響流體對流給熱系數的因素可以歸結為四個方面。它們分別為：流體流速、流體的物性參數、流體溫度 和和固體壁面的幾何形狀、尺寸。5. 一般說來，固體的導熱系數 大于 （大于、等于、小于）液體，液體的導熱系數 大于 （大于、等于、小于）氣體；在固體中，通常金屬的導熱系數比非金屬 大 （大、小、等于），結晶物質的導熱系數要比非晶物質的導熱系數 大 （大、小、等于）；大多數金屬的導熱系數隨溫度的升高而 降低 （升高、降低、不變）。七、 選擇題（每題5分，共15分）4. 納維爾-斯托克斯方程表達式正確的為 D

14、 。A. B. C D 5. 如果半無限厚、無限大平壁的溫度分布可寫作，有限厚、無限大平板的溫度分布可寫作，無限長圓柱體的溫度分布可寫作，那么，一個半無限長圓柱體內的溫度分布式可寫作 c 。A. ABB. BCC. ACD. ABC6. 現有兩種保溫材料，要敷設在外徑為0.025m的管道外層保溫。已知保溫材料的導熱系數0.135 J/sm，保溫材料的導熱系數0.090J/sm，保溫層外表面與空氣的對流給熱系數h9 J/sm2。那么，不管敷設厚度如何，只要敷設， f 能對管道起到保溫作用。E. 保溫材料F. 保溫材料G. 保溫材料和兩者都H. 保溫材料和兩者都不七、 簡答題（每題5分，共20分）

15、5. 納維爾-斯托克斯方程和歐拉方程的應用條件各是什么？N-S方程：不可壓縮、物性守常、粘性流體歐拉方程：無粘流體6. 什么是速度邊界層,邊界層的提出有何意義?指在靠近邊壁處速度存在明顯差異的一層流體，即從速度為零到0.99倍的地方稱為速度邊界層。提出后對于湍流流動可分為主流區(qū)（無粘流動）和邊界層流動，據各自方程可求速度，使原本不可求的流動問題可解。7. 在室內溫度相同、穿著相同的條件下，為什么冬天的室內比夏天的室內讓人感覺更冷？答：是因為人體與墻壁輻射換熱的作用。室內氣溫相同、穿著相同的條件下，人的體溫大致相同。但冬天的墻壁溫度要低于夏天的墻壁溫度，冬天人體通過輻射換熱傳給墻壁的熱量要比夏天

16、的大，因此會使人感覺更冷8. 分子擴散傳質與傳導傳熱的聯(lián)系與區(qū)別：兩者都是依靠物體之間相接觸時分子或原子（基本粒子）之間的熱運動來實現的，在溫度差和濃度差同時存在時，基本粒子之間的熱運動可同時引起分子擴散傳質和傳導傳熱，這是他們之間的聯(lián)系。區(qū)別是分子擴散傳質要發(fā)生宏觀物質位移，而傳導傳熱則沒有或可以忽略。因此溫度對分子擴散傳質和傳導傳熱的影響是不同的。八、 計算題（每題10分，共30分）1. 設靜止液體中密度隨深度h而增加，式中k為常數，為上液面密度，試據運動方程推導液體中壓強隨深度變化規(guī)律。2. 用熱電偶測量鋼水的溫度。已知鋼水的溫度為1650，熱電偶插入鋼水前的溫度為20。熱電偶的接點可以

17、看作是球形，直徑d = 1mm，密度=7900kg/m3，等壓比熱Cp=420 J/(kg，導熱系數=50 W/(m。熱電偶接點與鋼水的對流換熱系數h = 3000 W/(m2。已知“薄材”的無量綱溫度計算公式為，求熱電偶測得鋼水溫度為1648時所需的時間。解：首先判斷熱電偶是否為“薄材”。，滿足“薄材”的條件，可以視為“薄材”。根據“薄材”的無量綱溫度計算公式可知答：熱電偶測得鋼水溫度為1648時所需的時間為1.24s。3. 原始含炭量為0.10%碳的低碳鋼工件在950溫度下表面滲碳，這時碳在鋼中的平均擴散系數為D=3.010-11m2/s，若在滲碳氣氛中使表面碳濃度w維持在1.5%，已知半無限厚平板分子擴散的濃度分布可表示