冶金傳輸原理習(xí)題

1、動量傳輸伯努利方程的實(shí)質(zhì)是什么？它說明了什么問題？伯努利方程能否用于壓縮型流體及非穩(wěn)態(tài)流動？能量守恒定律在動量傳輸中的應(yīng)用。在理想的流體中任何一點(diǎn)的位壓頭、靜壓頭和動壓頭的總和是不變的。不能。斷面為150mm x 400mm的管道，標(biāo)態(tài)下風(fēng)量為 2700m3/h ,求平均標(biāo)態(tài)流速。又若出口斷 面擴(kuò)大為300mm x 400mm ,風(fēng)溫升高為 45 C,求出口平均風(fēng)速。又假若要求出口風(fēng)速為 20 m/s,求出口圓管直徑應(yīng)為多少（標(biāo)態(tài)下）？平均標(biāo)態(tài)流速:Vs u -A2700/36000.150 0.412.5 m/s穩(wěn)態(tài)流動質(zhì)量流量不變：1u1Al2u2 A2根據(jù)氣體狀態(tài)方程:1 T2 273

2、453182 T1273273出口平均風(fēng)速為:U21U1A12 A2318 12.5 0.15 0.4273 0.3 0.47.28 m/s出口圓管面積:A2u1A12.5 0.15 0.4U2200.0375一漸縮管道大截面處出口圓管直徑：d，正0.219 md1二8 cm, u 1=10 m/s,小截面處d2=3 cm ,今各截面速度均勻，求流過該管道不可壓縮流體的體積流量的小截面處流速u2。30.05 m /s2體積流量：Vs u1A 10 3.14/4 0.08小截面處流速:UiAA10 3.14/4 0.08223.14/4 0.03271.1 m/s流體流動有哪兩種形態(tài)，各有何特點(diǎn)

3、？如何判斷？流體的流動可分為層流和湍流特點(diǎn)：層流：規(guī)則的層狀流動， 流體的層與層之間和不相混，軌跡為平滑的隨時間變化的曲線。湍流：無規(guī)則的運(yùn)動方式，質(zhì)點(diǎn)軌跡雜亂無章而且迅速變化， 流體微團(tuán)在向流向運(yùn)動的同時, 還作橫向、垂向及局部逆向運(yùn)動，與周圍流體混摻，是隨機(jī)的、三維的運(yùn)動。判斷：對內(nèi)表面光滑的圓截面直管衡量流動狀態(tài)：當(dāng) Re4000 時，流動呈湍流。當(dāng) 2300Re0.08 44= kg/m 3o2=c 0.035 32= kg/ m3 h2o=cQ160 18= kg/m3n2=c0.725 28= kg/m3貝U：= CO2+ O2+ h2o+ N2= kg/m3c=c co2+c o

4、2+c h2o +c n2=0.08 c +0.035 c +0.160 c+0.725 c =c kmol/ m 31u 一 ( CO2 CO2O O2h2o h2oN2 N2 )1 (3.52c 27.82c2.44 1.12c 3.662.88c 5.49 20.3c 3.96) 3.91m/s(2)1, um (cCO2UCO2 c1-(0.08c 2.44 ccO2uO2cH2OuH2OcN2uN2 )0.035c 3.66 0.160c 5.49 0.725c 3.96) 4.073m/s(3)氣體為理想氣體，在這個壓力和溫度條件下，根據(jù) PV=nRT可得:n Pc V RT1.0

5、13 1058.314 520.23433Kmol/m則:jCO2= CO2(U co2-u)=0.08 0.2343 44 ()= kg/(m 2 s)Jco2=cco2(u CO2-Um)= 0.08 02343 (4.07)=-0.0306 kg/(m 2 s)氣體中的擴(kuò)散系數(shù)、液體中的擴(kuò)散系數(shù)計(jì)固體中的擴(kuò)散系數(shù)膈俞哪些因素有關(guān)?固體中的擴(kuò)散系數(shù)受擴(kuò)散物質(zhì)濃度的影響，但受溫度影響也較大。液體中的擴(kuò)散系數(shù)主要受濃度和溫度影響。氣體中擴(kuò)散系數(shù)與系統(tǒng)的溫度、壓力、濃度以及物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。材料成形及控制專業(yè)冶金傳輸原理復(fù)習(xí)題名詞解釋流體：能夠流動的物體。不能保持一定的形狀，而且有流動性。脈動現(xiàn)象

6、：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。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。牛頓流：符合牛頓粘性定律的流體。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。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。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。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層稱邊界層。由流速為零的壁面到速度分布較均勻的地方9偽塑性流：其中!征值為r= r ( dv/dy)，且n為+ 2f 萬）1 +M =0

7、=92m2/s2=92J/kg輸送每公斤空氣消耗能量92J.設(shè)計(jì)要求每秒輸送空氣質(zhì)量流量Q=（28M 335.有一水管網(wǎng)線支線，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(jì)算這條管線的壓力降。（9分）6,水從鉛直圓管向下流出， 如圖3.28所示。已知管直徑di=10 cm 管口處的水流速度 vi=i.8m/s,試求管口下方 h = 2m處的水流速度 V2,和直徑d2解：以下出口為基準(zhǔn)面， 不計(jì)損失，建立上出口和下出口面伯努利方程：h-a2Vi2gPa2V22g4*2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,pp

8、234）。局部損失L/D名稱L/D90度彎頭31全開閥7由 v1Av2 A27,已知管徑d=150 mm,流量Q=15L/s,液體溫度為10 C,其運(yùn)動粘度系數(shù)尸2/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:Re = = 3069,6 e（2320.L3000） TOC o 1-5 h z 雷諾數(shù)為：，故此溫度下處在不穩(wěn)定狀態(tài)。%d.工Ri?= 13000= xr=3.6（i 5）因此，由不穩(wěn)定區(qū)向湍流轉(zhuǎn)變臨界速度為：,V*1 d, xRv= 232O= r=0,64（W7/j由不穩(wěn)定區(qū)

9、向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變臨界速度為：17Rc=4 _一 = 680）500苦力下方抽刖 0415* 10一*2015右為正方形則故為湍流狀態(tài)。G=,求油8,在長度L=10000m、直徑d=300mm的管路中輸送重產(chǎn)3的重油，其重量流量溫分別為10c （ Y =25crf/s）和40C2/s）時的水頭損失解：由題知:y9.31 *360()木耳 O.K，油溫為10c時 v(i 1*0.3R* =7r 25*IO-，*=120liMi2i = L10000 f =906 URe d 2g 120 0.3 2*9.8140 c時1*03Re = = 2000 (23201.5H0-4h咄_匚7m200()0 ,3

10、 2 * 9,89,常壓下溫度為30 c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)處的邊界層厚度解：由題意臨界雷諾數(shù)知對應(yīng)的厚度為x,則RecrciVoX10 x16 10一一 _ 53.2 10 x 0.512mA點(diǎn)處（0.4m）是層流，B點(diǎn)處（0.8m）是湍流 層流邊界層處雷諾數(shù)為：RexV0X10* 0.4_ 616*10_ 52.5*10故，邊界層厚度為:4.64 x4.64T Z-52.5 100.4 3.712 10 3m10, 一根L/d=10

11、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，Ld。近似地采用穩(wěn)態(tài)工況下獲得的準(zhǔn)則式來比較兩種情況下自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，則有： 水平放置.（G）1 g Tl3/Tv2g Td3 Tv2 , Nu1n G“GF),“ n0.5314(2)豎直放置.(GrPr)2g T13/TV2g TL3 Tv2 , NU2n C2C2

12、(GrPr)2 , n0.59140.530.59NU1 NU2 G(GrPr) 1n.e(GrR)2n一 一 0.53,1、3 42 Nu1 Nu2 ( )10 1.6:1d L 0.59 10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=30C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tf 30 c查附錄D得到：Prf7K 5.42 水 61.8 10 2w.m 1C 查附錄F得到：R空氣0.701 空氣2.67 10 2w.m 1C 為湍流，故Ref相同0.80.4Nuf7K 0.023

13、Ref Prf0.80.4Nu位氣 0.023 Ref P1空氣行詠同空氣嚴(yán)空氣52.465.42 0.4 61.8 10 220.7012.67 10 2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。試計(jì)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 c及20 C解：A(EbEb2)ACbTi10044 三100DhCb工10044T2100代1,2111111? 1 7111121212入數(shù)據(jù)得1,21.42w,而1,2*tcmT 1,21,2杳附100 c

14、tcmc V水的物性參數(shù)為 C 4.22KJ / Kg. C ,958.4Kg/m3代入數(shù)據(jù)得1.72* 10 4 C/s t13,兩塊寬度為 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(jì)中常見的 輻射系統(tǒng)，板間間隔為 S,長度L比 腐口 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 A1、A2組成一個封閉腔,根據(jù)角系數(shù)完整性：Xab,cd 1 Xab,ac Xab,bd ,同時可把圖形看成兩個由三個表面組成的封閉腔，Xab,acab ac bc2ab2wAi對A2的角系數(shù)s w. b2w2. b2w2 sXi,2 X ab,cd 122w

15、w14, 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(jì)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(jì)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B等為10 x10-6Mpa/cm.求水的質(zhì)量流速。水的粘度：1.14x10-3Pa-S317應(yīng)用斯托克斯定律推導(dǎo)落球粘度計(jì)的計(jì)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(jì)了一面用碳鋼制成的鐵旗，插在鋁液體中心處，推導(dǎo)

16、鋁液運(yùn)動速度與鋼旗所受力的關(guān)系式。鋁液粘度10-33 19空氣以15米/sec的速度平行流過平板表面，空氣溫度為 21度，壓力為1大氣壓。平板 長30cm,初始溫度93度。假設(shè)空氣沿平板流動為層流。A 計(jì)算離板前端15cm 處的速度邊界層厚度和溫度邊界層厚度。B 計(jì)算每米板寬的熱傳導(dǎo)初始速率。20 金屬平板散熱器，尺寸30cmx30cm ， 垂直懸掛，表面溫度93 度，計(jì)算其在21 度空氣中的散熱速度。21 爐壁由 21cm 厚的耐火磚(k=0.6btu/hr-ft-F) ， 15cm 厚的紅磚 (k=0.4 btu/hr-ft-F) ， 5cm 的保溫棉 (k=0.0.04 btu/hr-ft-F) 和 4毫米厚的鋼板( k=26 btu/hr-ft-F )組成。在爐內(nèi)外的對流換熱系數(shù)分別為 5 和 1 Btu/hr-f