冶金傳輸原理(吳樹森版)復習題庫-2023修改整理

千里之行，始于足下讓知識帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦冶金傳輸原理(吳樹森版)復習題庫一、名詞解釋

1流體：能夠流淌的物體。不能保持一定的外形，而且有流淌性。

2脈動現(xiàn)象：在足夠時光內(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，增強了流體流淌阻力，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：流體流淌時，各質(zhì)點在不同方向上做復雜無規(guī)章運動，互相干擾的運動。這種流淌稱為湍流。

6流線：在同一瞬時，流場中延續(xù)不同位置質(zhì)點的流淌方向線。

7流管：在流場內(nèi)取隨意封閉曲線，通過該曲線上每一點，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淌時，在緊靠固體表面形成速度梯度較大的流體薄層稱邊界層。

9偽塑性流：其特征為（），當nv1時，為偽塑型流。

10非牛頓流體:不符合牛頓粘性定律的流體，稱之為非牛頓流體，主要包括三類流體。

11賓海姆塑流型流體：要使這類流體流淌需要有一定的切應力I時流體處于固結(jié)狀態(tài)，惟獨當切應力大于I時才開頭流淌。

12穩(wěn)定流：運動參數(shù)只隨位置轉(zhuǎn)變而與時光無關(guān)，這種流淌就成為穩(wěn)定流。

13非穩(wěn)定流：流場的運動參數(shù)不僅隨位置轉(zhuǎn)變，又隨時光不同而變化，這種流淌就稱為非穩(wěn)定流。

14跡線：跡線就是流體質(zhì)點運動的軌跡線，特點是：對于每一個質(zhì)點都有一個運動軌跡，所以跡線是一族曲線，而且跡線只隨質(zhì)點不同而異，與時光無關(guān)。

16水頭損失：單位質(zhì)量（或體積）流體的能量損失。

17沿程阻力：它是沿流淌路程上因為各流體層之間的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的流淌阻力，也叫摩擦阻力。

18局部阻力：流體在流淌中因碰到局部障礙而產(chǎn)生的阻力。

19脈動速度：脈動的真切速度與時均速度的差值成為脈動速度。

20時均化原則：在某一足夠長時光段內(nèi)以平均值的速度流經(jīng)一極小有效斷面積的流體體積，應當?shù)扔谠谕粫r光段內(nèi)以真切的有脈動的速度流經(jīng)同一極小有效斷面積的流體體積。

21熱傳導：物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依賴分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動舉行的熱量傳遞稱為熱傳導。

22對流：指流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷熱流體互相慘混所引起的熱量傳遞方式。

23熱輻射：物體因各種緣由發(fā)出輻射能，其中因熱的緣由發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。

24等溫面：物體中同一眨眼相同溫度各點連成的面稱為等溫面。

25溫度梯度：溫度場中隨意一點沿等溫面法線方向的溫度增強率稱為該點的溫度梯度。

26熱蔓延率：（），熱蔓延率與熱導率成正比，與物體的密度和比熱容c成反比。它表征了物體內(nèi)熱量傳輸?shù)哪芰Α?/p>

27對流換熱：流體流過固體物體表面所發(fā)生的熱量傳遞稱為對流換熱。

28黑體：把汲取率為1的物體叫做肯定黑體，簡稱黑體。

29灰體：假定物體的單色汲取率與波長無關(guān)，即汲取率為常數(shù)，這種假定物體稱之為灰體。

30輻射力的單位：輻射力是物體在單位時光內(nèi)單位表面積向表面上半球空間全部方向放射

的所有波長的總輻射能量，記為E,單位是W/m2o

31角系數(shù)：我們把表面1放射出的輻射能落到表面2上的百分數(shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)。

32質(zhì)量溶度：單位體積的混合物中某組分的質(zhì)量。

33摩爾溶度：單位體積混合物中某組分的物質(zhì)的量。

34空位蔓延:氣體或液體進入固態(tài)物質(zhì)孔隙的蔓延。

35自蔓延系：指純金屬中原子曲蜿蜒折地通過晶格移動。36互蔓延系數(shù)：DDix2D2x-，式中

D稱為互蔓延系數(shù)。

37普朗克定律：揭示了黑體輻射能量按波長的分布邏輯，數(shù)學表達式（）

38斯蒂芬-玻爾茨曼定律：揭示了黑體輻射力正比于其熱力學溫度的四次方的邏輯，公式

EbbT4

39維恩位移定律：在一定溫度下，肯定黑體的溫度與輻射本事最大值相對應的波長入的乘積為一個常數(shù)，入T=b40基爾霍夫定律：任何物體的輻射力與它對來自同溫度黑體輻射的汲取率的比值，與物性無關(guān)而僅取決于溫度，恒等于同溫度下黑體的輻射力。

41投入輻射:單位時光內(nèi)投射到表面單位面積上的總輻射能被稱之為投入輻射。

42有效輻射:單位時光內(nèi)離開表面單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射。

43采納何種技術(shù)路線測量一固態(tài)物質(zhì)的自蔓延系數(shù)：

44柯肯達爾現(xiàn)象：指兩種蔓延速率不同的金屬在蔓延過程中會形成缺陷。

45紐歇爾數(shù)：是由邊界換熱微分方程而來，它反映了對流換熱在邊界上的特征

46溫度邊界層：稱熱邊界層，流體流過壁面時，邊界附近因加熱或冷卻而形成的具有溫度梯度的薄層，也就是對流傳熱熱阻所在區(qū)域。

、問答題

1流體具有哪些物理性質(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，假如流線穿過流管，意味不同流線將相交，由于流線表示在流線上的質(zhì)點的運動方向和大小，假如流線穿過流管，意味一個質(zhì)點在同時具有兩個速度，這是不行能的。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向流體的剪切力？答：邊界層都處于層流狀態(tài)。

4兩個不同水力學系統(tǒng)相像的條件是什么？

答，幾何相像，動力相像，運動相像。

5解釋雷若數(shù)的物理意義，它有何作用？

答：表示流體流淌過程中慣性力和粘性力的作用大小，是它們的比值?？梢杂脕硗茢嗔黧w

的流淌狀態(tài)?？梢詢闪黧w系統(tǒng)相像的判據(jù)之一。是摩擦系數(shù)的試驗變量。

6.溫度T=15C,運動粘度v0.0114cm2/s的水，在直徑d=2cm的管中流淌，測得流速v=8cm/s,問水流處于什么狀態(tài)？如要轉(zhuǎn)變其運動，可以實行哪些?:

810-2-210"2

仆vd

=1403

ghF0

h

解:流體靜力學基本方程為：

同一靜止液體中單位分量液體的比位能可以不等，比壓強也可以不等，但比位能和比壓強

可以互換，比勢能總是相等的。

9試推斷下列平面流場是否延續(xù)？

解：由不行壓縮流體流淌的空間延續(xù)性方程（

3-19，20）知：，

2

3

2

3xsiny3xsiny3x1xsiny

X

3x

X

當x=o,1，或y=kn(k=0,1,2,

11、溫度T=5C的水在直徑d=100mm的管中流淌，體積流量Q=15L/s，問管中水流處于什么運動狀態(tài)？T=5C的水動力粘度為1.547x10-6m2/s

解：由題意知：水的平均流速為

6

I-—

—

=

m

」1—jui14

按照雷諾數(shù)公式

Yff

—

Re=—=」——r=123464)13000rI547MQ-6

故為湍流。

11.當鑄件在砂型中冷卻凝固時，

因為鑄件收縮導致鑄件表面與砂型間產(chǎn)憤怒隙，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、輻射

12.假設在兩小時內(nèi)，通過

152mmx152mmx13mm（厚度）試驗板傳導的熱量為837J,

試驗板兩個平面的溫度分離為

19C和26C，求試驗板熱導率。

解：由傅里葉定律可知兩小時內(nèi)通過面積為

152x152mm2的平面的熱量為

小

dT

T

Q

A—tA

tdx

x

1926

152103

152103

亍23600873=-

13103

得

9.34103

W/m0

C

13有一厚度為20mm的平面墻，其熱導率入為1.3W/（mC）。為使墻的每平方米熱損失不超過1500W，在

外側(cè)表面籠罩了一層入為0.1W/（m-C）的隔熱材料，已知復合壁兩側(cè)表面溫度分布750C和55C,試確定隔熱層的厚度。

解：由多層壁平板導熱熱流密度計算公式（

9-14）知每平方米墻的熱損失為

-x

3x2

sinyx

-^3x3siny

y

時延續(xù)。

X

ab,cd

X

ab,ac

X

ab,bd

同時，也可以把圖形abc和abd看成兩個各由三個表

面組成的封閉腔。將式

X12

L1L2

2L1

用于這兩個封閉腔可得:

TT2

1275055“cc

1500

1500

0.022

12

1.30.1

得

2

44.8mm

14液態(tài)純鋁和純銅分離在熔點（鋁660C,銅1083C）澆鑄同樣材料構(gòu)成兩個砂型中，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：此題為研究題，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熱能

力的物理量，取決于材料的熱物性bc

。

兩個砂型材料相同，它們的熱導率入和比熱容C及緊實度都相同，故兩個砂型的蓄熱系數(shù)一樣大。有關(guān)!

考慮溫度影響時，澆注純銅時因為溫度較純鋁的高，砂型的熱導率會增大，比熱和密度

基本不變，從而使得砂型蓄熱系數(shù)會有所增大

15物體在什么條件下，形成漫反射？

答：物體是否發(fā)生漫反射，取決于表面的粗糙程度（相對于熱輻射的波長而言）當表面的不

平整尺寸大于投射波長時，形成漫反射。

16,解釋黑體的汲取率等于一的物理意義？

答：黑體的汲取率等于一，這意味著黑體能夠所有汲取各種波長的輻射能。

17,解釋創(chuàng)造人造黑體的原理？

答：利用工程材料（汲取率必定小于黑體）

，創(chuàng)造一個空腔，使空腔壁面保持勻稱溫度，并

在空腔上開一個小孔，空腔內(nèi)要經(jīng)受多次汲取和放射，而每經(jīng)受一次汲取輻射就能按內(nèi)壁吸收率的大小被削弱一次，終于能離開小孔的能量是微乎其微的，可以認為投入輻射徹低在空

腔內(nèi)部被汲取。

18,

嚴峻氧化的金屬表面的放射率分離處于溫度50度和

500度的環(huán)境下，比較該金屬在這兩種條件下的放射率大小？答：后者更大，金屬材料的放射率隨溫度上升而增高。

19,解釋角系數(shù)相對性原理，角系數(shù)與溫度有關(guān)嗎？

答：公式AX】？5、表示兩個表面在輻射換熱時角系數(shù)的相對性。角系數(shù)與溫度無關(guān)，因其純屬幾何因子，僅取決于幾何外形。

20,解釋角系數(shù)的完整性性質(zhì)。

答：完整性對于有n個表面組成的封閉系統(tǒng)，據(jù)能量守恒可得

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）解：作輔助線ac和bd,它們代表兩個假象面，與表面1和表面2一起組成一個封閉腔。在

此系統(tǒng)里，按照角系數(shù)的完整性，表面

1對表面2的角系數(shù)可表示為：

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

X11X12X13

X=1

1n

，此式即為角系數(shù)的完整性。

解：由題意知

0.0278*

4

^0,22

=0.885m/j

的總能量中被汲取的能量所占的份額是物體的汲取率。由基爾霍夫定律可知：當物體表面為

漫灰表面時，二者相等

25,普通固體物質(zhì)的蔓延系數(shù)受哪些因素影響？

答：1?溫度。溫度越高，蔓延系數(shù)越大

2固溶體類型3晶體結(jié)構(gòu)4第三元素或雜質(zhì)

26,氣體蔓延系數(shù)受壓力影響嗎？為什么？

答：氣體中的蔓延系數(shù)與系統(tǒng)、溫度和壓力有關(guān)，壓力越大，分子活動速率加大，導致溫度

27,

當鑄件在砂型中冷卻凝固時，因為鑄件收

縮導致鑄件表面與砂型間產(chǎn)憤怒隙，

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、輻射。

注：無對流換熱

29有哪些因素影響蔓延系數(shù)？

答：①溫度：影響蔓延激活能和轉(zhuǎn)變物質(zhì)結(jié)構(gòu)2、雜質(zhì)③氣氛④固溶體類型：間隙性固溶體比置換型固溶體更簡單蔓延；在置換型固溶體中，原子間尺寸差別越小，電負性越大，親和力越強蔓延越困難⑤蔓延物質(zhì)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)⑥化學鍵類型和強度⑦蔓延介質(zhì)結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)大于面心立方結(jié)構(gòu)的蔓延系數(shù)⑧結(jié)構(gòu)缺陷：結(jié)構(gòu)缺陷活化能小，簡單蔓延?三、計算題

1.三段管路串聯(lián)如圖，直徑d1=100cm,d2=50cm,d3=25cm,已知斷面平均速度v3=10m/s,求v1,v2，

和質(zhì)量流量（流體為水）。

解：可壓縮流體穩(wěn)定流時沿程質(zhì)量流保持不變，

質(zhì)量流量為

?Q水v3A349°Kg/s

2.

直徑d=200m，長度l=300m的新鑄鐵

管、輸送重度

丫=8.82kN/m3的石油.已測得流量

Q=0.0278m3/s。假如冬季時油的運動粘性系數(shù)

v1=1.092cm2/s夏季時

冬季和夏季中，此輸油管路中的水頭損失

h1各為若干？

22,

答:氣體輻射有何特點？1.氣體輻射對波長具有挑選性2氣體輻射和汲取在囫圇容積中舉行3氣體的反射率為

23,答:氣體的汲取率與放射率相等嗎？為什么？實際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比稱為該物體的放射率；

投射到物體表面

Xi2Xab,cd

Xab,ae

abacbe

2abXab,bdabbdad

2ab于是可得表面1和表面2之間角系數(shù)為:

(bead)(acbd)

2ab

上升，而又因為D°e

Q/RT

，可知溫度為其主要影響因素，溫度越高蔓延系數(shù)越大

Q

V1

vAA

V

^AL0.625m/s

v3A3

A1故:

2.5m/s

v2=0.355cm2/s問在

冬季

(U31XJ0SS52冉“

li,--2,36m

16220.22*9,81

.0.3164z=Re,,0316430()0.885^

「

hj二時二

4986°23

022*9,81

4?用一風扇把靜止空氣通過向來管道排到車間外面。管道截面外形為矩形，尺寸為200x300mm,長度為60M,設

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,

設計管道流量為28M3/min,問需要挑選多少功率的風扇？

（空氣在1個大氣壓時的密度為

1.207kg/M3,運動粘度為15.06x10-6M2/S.）

解：寫出伯努利方程

—P

廿z誓丄尸+菽一話*知-的亠護IF"

P1=P2,Z2=Z1,V1=0

所以上方程簡化為

4+^+Ef=O

2p2

De=4A/Pw=4x0.2x0.3/2(0.2+0.3)=0.24M

在一個大氣壓，溫度15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

p=1.207x0.98/1.0=1.18kg/M3

空氣粘度為：

n=1.7x10-5kg/s-m

空氣流速

VA=28/(0.2x0.3)=7.7m/sReynoldnumber

同理，夏季有

由于

4()0()L=36（M乜）

因此，由不穩(wěn)定區(qū)向湍流改變臨界速度為：'

隠=巳=2320nv11=064（n?/s）

由不穩(wěn)定區(qū)向?qū)恿鞲淖兣R界速度為：

得:d2=5.3cm

由v1A1V2A

（1）水平放置.

(GrP)gTI3

/TV2

gTd3

/Tv2

NU1?(GF)：

C]0.53

n14

9，常壓下溫度為

30C的空氣以10m/s的速度流過一光潔平板表面，設臨界雷諾數(shù)

Recr=3.2*105,試推斷距離平板前緣

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點處的邊界層厚度

解：由題意臨界雷諾數(shù)知對應的厚度為

x,則

x0.512m

A點處（0.4m）是層流，

B點處（0.8m）是湍流層流邊界層處雷諾數(shù)為：

于靜止的空氣中冷卻。試問：從加速冷卻的目的動身，柱體應水平還是豎直放置（輻射散熱相同）？試估算開頭冷卻的眨眼兩種狀況下自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之比（均為層流）解：在開頭冷卻的眨眼，可以設初始溫度為壁溫，

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。近似地采納穩(wěn)態(tài)工

況下獲得的準則式來比較兩種狀況下自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，則有：

若為正方形則故為湍流狀態(tài)。

Re=

心謚巧屈

i3

=680>500

8,在長度L=10000m、直徑d=300mm的管路中輸送重尸9.31kN/m3的重油，其分量流量G=2371.6kN/h，

求油溫分離為10C（v=25cm2/和）40C（v=1.5cm2/S）的水頭損失

G237L6+4

Q=—

二、貞=>￥二--=

s

解：由題知：「I-"

'■_

油溫為10C時

曲1*0.5

RtU—=

r2嚴10"

=12i〕64/v16410000

]-

=Rccf2g1200.32*9.81

二906Im

Re=

*=2000(2320

1al()T

(UKK)00

2b0(i0~

10x

16106

3.2105

V°X10*0.4

6

16*10

2.5*105故,邊界層厚度為:

4.64xRex

4.642.5105

0.43.712103m

10,一根L/d=10的金屬柱體，從加熱爐中取出置

40度時

c20.59n14

Nd!NU2C1

(GrF>)1

；C2(GrPr)2n

00.|3(L)

34

J

2

Nui_NU2—0.13G1)34

101.6:1

/

dL0.5910

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，圓柱體應水平放置。

11,

管內(nèi)強制對流湍流時的換熱，若Re相同，在tf=30C條件下水的表面

傳熱系數(shù)比空氣的高多少倍？解：定性溫度tf

在該條件下，水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比空氣高

52.46倍。

12,

設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

放射率都為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100C及20C

13,兩塊寬度為W，長度為L的矩形平板，面向面平行放置組成一個電爐設計中常見的輻射系統(tǒng)，板間間隔為S,

長度L比W和S都大無數(shù)，試求板對板的角系數(shù)

解：(參按例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，按照角

⑵豎直放置.

(GrP

r)2

gTl[Tv2gTL'/Tv2