材料加工傳輸原理期末考試.doc

08級材料加工冶金傳輸原理考試卷（B卷）答案及評分標(biāo)準(zhǔn)試卷評分說明1、 參照本評分標(biāo)準(zhǔn)中給出的解題步驟分值評分。2、 解題方法正確、計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤的，酌情扣12分。3、 解題思路基本正確，但分析的不夠全面、不完全正確的，按解題步驟分值酌情扣分。4、 前面計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤影響到后面的計(jì)算結(jié)果，只要后續(xù)計(jì)算公式、方法正確，不重復(fù)扣分。5、 不要求學(xué)生的解題步驟與本答案完全相同，只要能表明其知道正確的解答方法且結(jié)果正確即可得分。6、 解題方法、計(jì)算結(jié)果正確，但解題中間步驟不全的，酌情扣01分。7、 沒有給出物理量單位或單位錯(cuò)誤的扣1.0分。一、選擇題（每題2分，共計(jì)10分）1、流體連續(xù)介質(zhì)模型意味著 B 。 A. 流體分子之間的間隙很小 B.描述流體運(yùn)動的物理參數(shù)是連續(xù)函數(shù) C. 流體是不可壓縮的 D. 流體的物性是不變的2、粘度很大的流體在內(nèi)徑很小的管內(nèi)作低速流動時(shí)，易出現(xiàn) A 流動。A層流 B. 湍流 C. 定常流動 D.非定常流動 3、用虹吸管在兩個(gè)開口水池之間輸送水，虹吸管最高處的壓強(qiáng) B 大氣壓強(qiáng)。A大于 B. 小于 C. 等于 D. 大于等于4、按照導(dǎo)熱機(jī)理，在水的氣、液、固三種狀態(tài)中， A 狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)最小。A氣體 B. 液體 C. 固體 D. 氣體和液體5、物體的發(fā)射率取決于物體的表面特性(物質(zhì)的種類、表面狀況和溫度)，與外界條件 A 。A. 無關(guān) B. 有關(guān) C. 關(guān)系不大 D. 有時(shí)有關(guān)，有時(shí)無關(guān)，視具體情況而定；二、填空題（每空1分，共計(jì)15分）1、流體在管內(nèi)流動時(shí)，雷諾數(shù)Re的表達(dá)式為： ；其物理含義為： 慣性力 與 粘性力 之比。 2、理想流體是指不存在 粘性 力，或其作用可以忽略不計(jì)的流體。3、流體在管道內(nèi)流動時(shí)，根據(jù) 層流 邊界層的厚度和管道表面絕對粗糙度的相對大小，可將管道分為兩種類型：即 水力光滑管 和 水力粗糙管 。4、實(shí)際流體在流動過程中，因受到阻力作用而造成能量損失。其中，因流體自身的粘性或（和）流體微團(tuán)的遷移、脈動造成的阻力損失稱為 沿程阻力 ；而因流道變化或（和）流道的某些障礙形成的阻力損失稱為 局部阻力 。5、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，半無限大平板內(nèi)部某處未受表面溫度突變影響的時(shí)間稱為 惰性時(shí)間 。惰性時(shí)間與其表面溫度的高低 無關(guān) ，與該處離開表面距離的平方成 正比 ，與材料的熱擴(kuò)散率成 反比 。6、對流換熱時(shí)，固體壁面附近流體速度急劇變化的薄層稱為 速度邊界層 ，而溫度急劇變化的簿層則稱為 溫度邊界層 。三、簡述題 （每小題5分，共計(jì)20分）1、簡述速度邊界層的定義，速度邊界層的厚度是如何劃分的？ 答：流體流經(jīng)固體壁面時(shí)，在固體壁面附近形成的速度梯度較大的流體薄層，稱為速度邊界層。 （2.0分）其厚度可按如下方式確定：沿壁面法向由速度為零到來流速度（或主流體速度）0.99倍處的距離。 （3.0分）2、簡述普朗特準(zhǔn)則數(shù)（Pr）的表達(dá)式及其物理意義。答：普朗特?cái)?shù)的表達(dá)式為； （2.0分）Pr 表示動量傳輸能力與熱量傳輸能力之比。從邊界層的概念出發(fā)，可以認(rèn)為是速度邊界層與熱邊界層的厚度相對大小的指標(biāo)。 （3.0分）3、試說明室內(nèi)暖氣片的散熱過程包括哪些熱量傳遞方式？以暖氣管道內(nèi)通熱水散熱為例。答：有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及熱傳遞方式： (1)由熱水到暖氣片管道內(nèi)壁，熱傳遞方式是對流換熱(強(qiáng)制對流)；（2.0分） (2)由暖氣片管道內(nèi)壁至外壁熱傳遞方式為導(dǎo)熱； （1.0分）(3)由暖氣片外壁至室內(nèi)環(huán)境和空氣，熱傳遞方式有輻射換熱和對流換熱。（2.0分）4、簡述角系數(shù)的定義及角系數(shù)的性質(zhì)。答：表面1發(fā)射出的輻射能落到表面2上的百分?jǐn)?shù)稱為表面1對不表面2的角系數(shù)。角系數(shù)純屬幾何因子，僅取決于幾何特性（形狀、尺寸及物體的相對位置）。（2.0分）角系數(shù)的性質(zhì)包括：互換性 （1.0分）完整性 （1.0分）可分（加）性 （1.0分）四、計(jì)算題 （共計(jì)55分） 1、如右圖所示。容器A中的空氣被部分抽出后，下端放入水槽中。因容器A內(nèi)為負(fù)壓，水沿玻璃管上升的高度h=0.5米，水的密度1000千克/米3。若當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為1.013105Pa，試求容器A中的絕對壓強(qiáng)PA =?（5分)解：容器A中的絕對壓強(qiáng)PA應(yīng)滿足下面關(guān)系：，其中為大氣壓 （2.0分) （3.0分)答：容器A中的絕對壓強(qiáng)為96400Pa。2、有如圖所示的變直徑管段AB，已知dA=0.2m，dB=0.4m， 高差h=1.0m，壓力表測得pA=7104Pa，pB=4104Pa，流量Q=10m3/min。試判斷管內(nèi)水的流動方向并計(jì)算AB段的水頭損失。（10分）解：首先計(jì)算管中水的平均速度 （2.0分）由連續(xù)性方程及A、B處的管徑大小可知： （1.0分）以1-1斷面為基準(zhǔn)，采用表壓強(qiáng)計(jì)算A、B兩處的總水頭。 （2.0分） （2.0分）比較A、B兩處的總水頭可知：水流的方向是由A處流向B處。 （1.0分）AB段的水頭損失hAB為: （2.0分）3、采用內(nèi)徑為100毫米的輸油管道水平地輸送密度為915kg/m3的石油，輸送的距離為16公里，油的運(yùn)動粘度為1.8610-4m2/s，試計(jì)算流量為50噸/小時(shí)的沿程水頭損失及所消耗的功率。（10分）解：首先計(jì)算體積流量和平均流速 （2.0分） （1.0分） 油在輸油管內(nèi)流動為層流。 （2.0分）沿程水頭損失： （3.0分）消耗的功率： （2.0分）答：所求的沿程水頭損失約為188.52米油柱，消耗的功率約為25.7kW。4、有一厚度為20mm的平面壁，其熱導(dǎo)率為1.3w/(m)。為使墻的每平方米熱損失不超過1500w，在墻的外側(cè)表面覆蓋了一層為0.1w/(m)的隔熱材料，已知復(fù)合壁兩側(cè)表面的溫度分別為750和55，試求隔熱層的厚度。 （10分）解：本題屬于多層平壁導(dǎo)熱問題，按照題意，已知q1500W/m2 ; 1=1.3W/(m) , 1=20mm ; 2=0.1W/(m), 要求2=？根據(jù)多層平壁導(dǎo)熱時(shí)，熱流密度的計(jì)算公式 （2.0分）所以 （2.0分） （5.0分）答：隔熱層的厚度必須45mm。 （1.0分）5、如圖所示，有一半徑r=1m的半球刑容器，底部的圓面積上有溫 度為200的黑體表面1和溫度為40的黑體表面2，它們各占底部圓面積的一半，容器壁3是絕熱表面。試計(jì)算表面1與表面2之間的輻射換熱量。 （10分）解：令表面1的面積為F1 , 表面2的面積為F2 。所以 F1=F2=3.14/2 m2 。（1.0分） 由于F1和F2在同一個(gè)平面上，所以角系數(shù) X12=X21=0 （1.0分） 又因?yàn)楸砻?和表面2被表面3所包裹，所以角系數(shù) X13=X23=1 （2.0分） 由于表面3是絕熱的重輻射面，所以 （3.0分） （2.0分）答：表面1與表面2之間的輻射換熱量1800W。 （1.0分）6、在用熱線風(fēng)速儀測定氣流速度的試驗(yàn)中，將直徑為0.1mm的電熱絲與來流方向垂直放置，穩(wěn)定狀態(tài)下測得來流的溫度為25，電熱絲的溫度為55，電熱絲消耗的功率為20 wm。假定除對流換熱以外其它熱損失均可忽略不計(jì)，試確定此時(shí)氣流的速度v=? （10分）注：已知確定平均表面換熱系數(shù)的準(zhǔn)則關(guān)系式為： ?？諝獾奈镄灾狄约皽?zhǔn)則關(guān)系式中的 C、n與Re的關(guān)系可參見下表。C、n與Re的關(guān)系干空氣的熱物理性質(zhì)解：本題為空氣外掠圓柱體強(qiáng)制對流換熱問題。由題意 l=20W/m ,根據(jù)牛頓冷卻公式l=hA(tw-tf )=hd(tw-tf ) (1.0分) 解得 h=l /d(tw-tf )=20/0.110-3(55-25)=2122 W/(m2K) (1.0分)定性溫度 tm=(tw-tf )/2=(55+25)/2=40 (1.0分) 空氣的物