冶金傳輸原理2

1、1、有一水平放置的鋼坯，長，寬，黑度，周圍環(huán)境溫度為，試比較鋼坯溫度在和時(shí)，鋼坯上表面由于輻射和對(duì)流造成的單位面積熱損失？解：鋼坯上表面單位面積的輻射熱損失時(shí)：時(shí)：鋼坯上表面單位面積的對(duì)流熱損失 定型尺寸 時(shí)：定型溫度屬于湍流：時(shí)：定型溫度屬于湍流：2、試估算及下氫氣通過儲(chǔ)氣瓶的漏損量？已知：氣瓶直徑為、長、壁厚。3、計(jì)算在壓強(qiáng)下，溫度為空氣中的擴(kuò)散系數(shù)？4、有一爐頂隔焰加熱熔鋅爐，爐頂被煤氣燃燒加熱到，熔池液態(tài)鋅溫度保持，爐膛高，爐頂為砌成，設(shè)爐頂面積和熔池面積相等，為。知：， （液態(tài)鋅）不計(jì)爐墻散熱損失，求爐頂與熔池間的換熱量？1-1什么是連續(xù)性介質(zhì)，在流體力學(xué)中為什么要建立連續(xù)介質(zhì)這一理

2、論模型？答：連續(xù)介質(zhì)模型：任一時(shí)刻流動(dòng)空間的每點(diǎn)都被相應(yīng)的流體質(zhì)點(diǎn)占據(jù)這樣的模型是連續(xù)介質(zhì)模型。原因：采用連續(xù)介質(zhì)模型，流體性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)特性的物理量和力學(xué)量一般為時(shí)間和空間的連續(xù)函數(shù)，就可以用數(shù)學(xué)中連續(xù)函這一有力手段來分析和解決流體力學(xué)問題。1-4什么是動(dòng)力粘性系數(shù)和運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，兩者的關(guān)系如何？答：表征了流體抵抗變形的能力，即流體粘性的大小，稱為流體的動(dòng)力黏性系數(shù)，或簡(jiǎn)稱動(dòng)力黏度。流體的動(dòng)力黏度與其密度的比值稱為運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)，即1-6什么是理想流體，引入這一概念有什么意義？答：沒有粘性的流體即不存在內(nèi)摩擦力的流體是理想流體，例2-3如圖所示，設(shè)是澆包內(nèi)金屬液的初始質(zhì)量，是需要澆注的鑄件質(zhì)量。為

3、簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)包內(nèi)的內(nèi)徑是不變的。因澆口的直徑比澆包的直徑小很多，自由液面1的下降速度與澆口處2金屬液的流出速度相比可以忽略不計(jì)，求金屬液澆注的時(shí)間。解：由題意，設(shè)：澆注時(shí)間為時(shí)，金屬液的液位高度為由伯努利方程由總質(zhì)量平衡原理，有將代入上式，得忽略柱塞的體積，有流體的密度一定，可整理得：根據(jù)題意，按下列范圍積分：定積分：2-1取軸向長度為和徑向間隙的兩個(gè)同心圓柱面所圍成的體積作為控制體（單元），試導(dǎo)出流體在圓管內(nèi)做對(duì)稱流動(dòng)時(shí)的二維（、方向）連續(xù)方程。2-3試判斷下列平面流場(chǎng)是否連續(xù)？2-4設(shè)有流場(chǎng)，其歐拉表達(dá)式為求此流場(chǎng)中的流線微分方程式。若取流場(chǎng)中的一點(diǎn)：。在及時(shí)通過該點(diǎn)的流線方程式又為如何

4、？解：2-11某爐膛如圖所示。已知爐氣，爐外空氣。（1）在同一坐標(biāo)圖上繪出兩種氣體壓力隨高度變化的示意圖。（2）導(dǎo)出隨爐膛高度的變化關(guān)系，并據(jù)此計(jì)算出爐頂、爐底兩處的的值。（3）在本圖所示的條件下，若打開爐門，爐內(nèi)外氣體將如何流動(dòng)？3-1流動(dòng)有那兩種形態(tài)，各有什么特點(diǎn)，如何判別？答：流動(dòng)有層流和湍流兩種形態(tài)。層流：流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上分層流動(dòng)，各層互不干擾和摻混，流線呈平行狀態(tài)。湍流：流體內(nèi)部充滿了可以目測(cè)的漩渦，這些漩渦除了在主體流動(dòng)方向上隨流體運(yùn)動(dòng)外，還在各個(gè)方向上做無規(guī)則的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，流體在運(yùn)動(dòng)中相互摻混極不規(guī)則。3-2沿程阻力和局部阻力的物理本質(zhì)是什么？答：由于流體的粘性產(chǎn)生的摩擦力，流

5、體與流體間（沿程阻力），流體與固體壁面間（局部阻力）。沿程阻力：沿流動(dòng)路程上由于個(gè)流體層之間的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力；局部阻力：在邊壁尺寸急劇變化的流動(dòng)區(qū)域，由于尾流區(qū)、漩渦區(qū)等分離現(xiàn)象的出現(xiàn)，使局部流動(dòng)區(qū)域出現(xiàn)較集中的阻力。3-9在內(nèi)徑為的足夠長的圓管內(nèi)，有一外徑為的同軸圓管，現(xiàn)有不可壓縮黏性流體在套管環(huán)隙內(nèi)沿軸向作定常層流。試確定環(huán)形通道內(nèi)的速度分布式和流量公式。3-12計(jì)算下面兩管道的當(dāng)量直徑：（1）橫截面邊長為的正六邊形管道；（2）內(nèi)、外直徑分別為和的同心圓環(huán)套管。3-13判斷下列管流條件下流體的流動(dòng)性質(zhì)：（1）；（2）；（3）。3-19流體流經(jīng)如圖所示的環(huán)狀間隙管道，兩側(cè)壓力分別為和

6、，設(shè)間隙摩擦系數(shù)為，局部阻力系數(shù)為，物體密度為，求流體的質(zhì)量流量。例3-2設(shè)有的液體，經(jīng)過長為，直徑的鑄鐵管流動(dòng)，流量為。試求摩擦壓力損失。解：屬于層流流動(dòng)。例3-3長度，內(nèi)徑的普通鍍鋅鋼管，用來運(yùn)輸運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)的重油，已測(cè)得其流量。（已知）問其沿程損失是多少？解：對(duì)于，故沿程阻力損失為4-2流體在圓管中流動(dòng)時(shí)，“流動(dòng)已經(jīng)充分發(fā)展”的含義是什么？在什么條件下會(huì)發(fā)生充分發(fā)展了的層流，又在什么條件下會(huì)發(fā)生充分發(fā)展了的湍流？4-4流體平行流過平板，試確定距板端不同距離處的附面層性質(zhì)：（1）（2）4-6按下表計(jì)算不同處平板附面層厚度，并將其繪成圖（已知流體的）。0.000.010.100.200.40

7、0.500.600.801.002.0020.00注：距板端的距離，；：來流速度，；：附面層厚度，。例6-1已知某離心式壓縮機(jī)第一級(jí)工作輪出口氣流的速度，出口溫度，氣體常數(shù)，絕熱系數(shù)，試求出口氣流的馬赫數(shù)為多大？解：因速度已知，求只需求的當(dāng)?shù)匾羲偌纯伞?-4某轉(zhuǎn)爐氧槍的壓力，爐內(nèi)壓力，氧氣流量，試求氧槍的臨界直徑、出口速度及出口直徑。9-2磚墻的表面積為，厚為，平均熱導(dǎo)率為。設(shè)磚墻室內(nèi)側(cè)的表面溫度為，室外側(cè)的表面溫度為，試確定此磚墻向外散失的熱量。解： 例10-1如圖所示，一平壁由三層材料組成。第一層是耐火磚，熱導(dǎo)率，允許的最高使用溫度為，第二次是絕熱磚，熱導(dǎo)率為，允許最高是使用溫度為，第三層

8、是鐵板，厚度，爐壁內(nèi)表面溫度，外表面溫度，在穩(wěn)定狀態(tài)下，。試問各層壁應(yīng)該多厚才能使壁的總厚度最小？解：為了使總厚度最小，應(yīng)該把熱導(dǎo)率最小的材料在其允許的使用范圍內(nèi)做到最厚，因?yàn)榻^熱磚的熱導(dǎo)率最小，其最高使用溫度，固將耐火磚和絕熱磚的界面溫度設(shè)為。由單層平壁的公式又據(jù)多層平壁的公式，即當(dāng)耐火磚的厚度為91mm，絕熱磚的厚度為66mm時(shí)，爐墻的總厚度最小，總厚度為91+66+6=163mm。例10-2有一爐墻大平壁，內(nèi)層為硅磚，外層為硅藻土磚，已知，求導(dǎo)熱熱通量及界面溫度?解：查得：假定界面溫度為，求得由式，驗(yàn)算界面溫度，由單層平壁的計(jì)算公式與假定溫度相差太大，必須再次計(jì)算，以做為界面溫度，重復(fù)以

9、上操作步驟得：例10-3蒸汽直管道的外徑，準(zhǔn)備包兩層厚度都是15mm的不同材料的絕熱層，第一種材料的熱導(dǎo)率，第二種材料的熱導(dǎo)率，若溫差一定，試問從減少熱損失的觀點(diǎn)看下列倆種方案：（1）一在里層，二在外層；（2）二在里層，一在外層，哪一種好，為什么？解：方案一單位管長熱損失為方案二單位管長熱損失為比較倆種方案的熱損失，固從減小熱損失的觀點(diǎn)來看，方案一好。10-2一平壁處于一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源）。平壁厚度為，平壁左側(cè)表面溫度為。平壁分別由下列材料制成：（1） 純鋁；（2）碳鋼；（3）耐火粘土磚；（4）煤粉灰泡沫磚。解：（1）10-4用厚的普通耐火粘土磚和厚的輕質(zhì)粘土磚，密度砌成的平面爐墻，其內(nèi)表

10、面溫度為，外表面溫度為，求導(dǎo)熱通量。 已知：普通耐火粘土磚： 輕質(zhì)粘土磚：解： 10-8外徑為的熱力管道外，包扎有厚為、平均熱導(dǎo)率為的礦渣棉，其外為厚、平均熱導(dǎo)率為的煤灰泡沫磚。絕熱層外表面溫度為。試檢查礦渣棉與煤灰泡沫磚交界處的溫度是否超過允許值？又，增加煤灰泡沫磚的厚度對(duì)熱損失及交界面處的溫度有什么影響？蒸汽管道的表面溫度取為。解： 10-9在一根外徑為的熱力管道外擬包扎兩層絕熱保溫材料，一種材料的熱導(dǎo)率為，另一種材料的熱導(dǎo)率為兩種材料的厚度都取為。試比較把熱導(dǎo)率小的材料緊貼管壁及把熱導(dǎo)率大的材料緊貼管壁這兩種方法對(duì)保溫效果的影響，這種影響對(duì)于平壁的情形是否存在，假定在這兩種做法中，絕熱層內(nèi)、外表面的總溫差不變？解：與1比較14-7外徑的熱風(fēng)管外表面溫度為，置于露天環(huán)境中，環(huán)境溫度為時(shí)該熱風(fēng)管每米管長的輻射散熱量為多少？如果把風(fēng)管放在的磚柱中，磚柱內(nèi)表面溫度還是，風(fēng)管散熱量又是多少？設(shè)管表面、磚表面的黑度為，比較計(jì)算結(jié)果。14-18一爐子的爐膛可以近似看成是高度等于直徑的圓柱殼體，直徑為，其內(nèi)徑是有二氧化碳、水蒸氣和非吸收性氣體組