冶金傳輸原理復(fù)習(xí)試題庫

1、一、名詞解釋1流體：能夠流動的物體。不能保持一定的形狀，而且有流動性。2脈動現(xiàn)象：在足夠時(shí)間，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，增加了流體流動阻力，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：流體流動時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)在不同方向上做復(fù)雜無規(guī)那么運(yùn)動，相互干擾的運(yùn)動。這種流動稱為湍流。6流線：在同一瞬時(shí)，流場中連續(xù)不同位置質(zhì)點(diǎn)的流動方向線。7流管：在流場取任意封閉曲線，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。8邊界層：流體通過固體外表流動時(shí)， 在緊靠固體外表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(dāng)n<1時(shí)，為偽

2、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：要使這類流體流動需要有一定的切應(yīng)力c時(shí)流體處于固結(jié)狀態(tài)，只有當(dāng)切應(yīng)力大于C時(shí)才開場流動。12穩(wěn)定流運(yùn)動參數(shù)只隨位置改變而與時(shí)間無關(guān)，這種流動就成為穩(wěn)定流。13非穩(wěn)定流：流場的運(yùn)動參數(shù)不僅隨位置改變，又隨時(shí)間不同而變化，這種流動就稱為非穩(wěn)定流。14跡線跡線就是流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡線，特點(diǎn)是：對于每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都有一個(gè)運(yùn)動軌跡，所以跡線是一族曲線，而且跡線只隨質(zhì)點(diǎn)不同而異，與時(shí)間無關(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：它是沿流動路程上由于各流體層之間的摩擦而產(chǎn)生的流動阻力，

3、也叫摩擦阻力。18局部阻力：流體在流動中因遇到局部障礙而產(chǎn)生的阻力。19脈動速度：脈動的真實(shí)速度與時(shí)均速度的差值成為脈動速度。20時(shí)均化原那么：在某一足夠長時(shí)間段以平均值的速度流經(jīng)一微小有效斷面積的流體體積，應(yīng)該等于在同一時(shí)間段以真實(shí)的有脈動的速度流經(jīng)同一微小有效斷面積的流體體積。21熱傳導(dǎo):物體各局部之間不發(fā)生相對位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動進(jìn)展的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。22對流指流體各局部之間發(fā)生相對位移，冷熱流體相互慘混所引起的熱量傳遞方式。23熱輻射：物體因各種原因發(fā)出輻射能，其中因熱的原因發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。24等溫面物體中同一瞬間一樣溫度各點(diǎn)連成的面稱為等

4、溫面。25溫度梯度：溫度場中任意一點(diǎn)沿等溫面法線方向的溫度增加率稱為該點(diǎn)的溫度梯度。26熱擴(kuò)散率：，熱擴(kuò)散率與熱導(dǎo)率 成正比，與物體的密度 和比熱容c成反比。它表征了 物體熱量傳輸?shù)哪芰Α?7對流換熱：流體流過固體物體外表所發(fā)生的熱量傳遞稱為對流換熱。28黑體 把吸收率為1的物體叫做絕對黑體，簡稱黑體。29灰體假定物體的單色吸收率與波長無關(guān)，即吸收率為常數(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(shí)間單位外表積向外表上半球空間所有方向發(fā)射的全部波長的總輻射能量，記為E,單位是 W/ m2o31角系數(shù)：我們把外表1發(fā)射出的輻射能落到外表 2上的百分?jǐn)?shù)稱為外表 1對外表2的角系

5、 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空位擴(kuò)散：氣體或液體進(jìn)入固態(tài)物質(zhì)孔隙的擴(kuò)散。35自擴(kuò)散系：指純金屬中原子曲曲折折地通過晶格移動。36互擴(kuò)散系數(shù):D A“ 6”式中D稱為互擴(kuò)散系數(shù)。37普朗克定律：提醒了黑體輻射能量按波長的分布規(guī)律，數(shù)學(xué)表達(dá)式38斯蒂芬-玻爾茨曼定律：提醒了黑體輻射力正比于其熱力學(xué)溫度的四次方的規(guī)律，公式Eb T39維恩位移定律：在一定溫度下，絕對黑體的溫度與輻射本領(lǐng)最大值相對應(yīng)的波長入的乘積為一個(gè)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吸收率的比值，與物性無關(guān)而僅取決于溫

6、度，恒等于同溫度下黑體的輻射力。41投入輻射：單位時(shí)間投射到外表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(shí)間離開外表單位面積的總輻射能為該外表的有效輻射。43采用何種技術(shù)路線測量一固態(tài)物質(zhì)的自擴(kuò)散系數(shù)：44柯肯達(dá)爾現(xiàn)象：指兩種擴(kuò)散速率不同的金屬在擴(kuò)散過程中會形成缺陷。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(shí)，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。二、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，如果流

7、線穿過流管，意味不同流線將相交，因?yàn)榱骶€表示在 流線上的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向和大小，如果流線穿過流管，意味一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在同時(shí)具有兩個(gè)速度， 這是不可能的。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(jì)算管道壁面對流體的剪切力？答：邊界層都處于層流狀態(tài)。4兩個(gè)不同水力學(xué)系統(tǒng)相似的條件是什么?答，幾何相似，動力相似，運(yùn)動相似。5解釋雷假設(shè)數(shù)的物理意義，它有何作用？,是它們的比值?？梢杂脕砼袛嗔黧w答：表示流體流動過程中慣性力和粘性力的作用大小 的流動狀態(tài)?？梢詢闪黧w系統(tǒng)相似的判據(jù)之一。是摩擦系數(shù)的實(shí)驗(yàn)變量。6.溫度T=15 C,運(yùn)動粘度 y =0.0114cm2/s的水，在直徑 d=2cm的管

8、中流動，測得流速可以采取哪些?:v=8cm/s ,問水流處于什么狀態(tài)？如要改變其運(yùn)動rd 8 . IO-2 2 - IO-2-1403 2320Rc =二-v 0.0114 10 4故為層流。升高溫度或增大管徑 d均可增大雷諾數(shù)，從而改變運(yùn)動狀態(tài)。7.流體在圓管中流動時(shí)，“流動已經(jīng)充分開展的含義是什么？在什么條件下會發(fā)生充分開展了的層流，又在什么條件下會發(fā)生充分開展了的湍流？答：流體在圓管中流動時(shí)，由于流體粘性作用截面上的速度分布不斷變化，直至離管口一定距離后不再改變。進(jìn)口段有開展著的流動，邊界層厚度沿管長逐漸增加，僅靠固體壁面形成速度梯度較大的穩(wěn)定邊界層，在邊界層之外的無粘性流區(qū)域逐漸減小，

9、直至消失后，便形成了充分開展的流動。在層流流進(jìn)管道時(shí)，當(dāng)流進(jìn)長度大于l=0.065dRe）時(shí)，流體開展為充分開展的層流。在湍流條件下，當(dāng)流入管長度至l=25-40d左右，流體為充分開展的湍流。8寫出流體靜力學(xué)根本方程式，并說明其能量意義和幾何意義。_R_P2_Zi-Z22或PP0gh P0h解:流體靜力學(xué)根本方程為：同一靜止液體中單位重量液體的比位能可以不等，比壓強(qiáng)也可以不等，但比位能和比壓強(qiáng)可以互換，比勢能總是相等的。9試判斷以下平面流場是否連續(xù) ？解：由不可壓縮流體流動的空間連續(xù)性方程3-19, 20知：，Vx2Vy 3 3x sin y 3x sin y xyxy2323x sin y

10、3、sin y 3、1 x sin yx y當(dāng) x=0 , 1,或 y=k 兀k=0, 1, 2, 時(shí)連續(xù)。11、溫度T=5C的水在直徑d=100mm的管中流動，體積流量Q=15L/s ,問管中水流處于什么運(yùn)動狀態(tài)？T=5 C的水動力粘度為 1.547x10-6m2/s解：由題意知：水的平均流速為川，麗尸"4根據(jù)雷諾數(shù)公式故為湍流。11 .當(dāng)鑄件在砂型中冷卻凝固時(shí)，由于鑄件收縮導(dǎo)致鑄件外表與砂型間產(chǎn)生氣隙，氣隙中的空氣是停滯的，試問通過氣隙有哪幾種根本的熱量傳遞方式？答：熱傳導(dǎo)、輻射12 .假設(shè)在兩小時(shí)，通過152mmx 152mmx 13mm厚度實(shí)驗(yàn)板傳導(dǎo)的熱量為837J,實(shí)驗(yàn)板兩

11、個(gè)平面的溫度分別為19c和26 C,驗(yàn)板熱導(dǎo)率。解：由傅里葉定律可知兩小時(shí)通過面積為152X 152mm2的平面的熱量為Atx3319 26152 10152 103 2 3600873=-13 10 3得 9.34 10 3W/m 0 C13有一厚度為20mm的平面墻，其熱導(dǎo)率 入為1.3W/（m-。C ）。為使墻的每平方米熱損失不超過1500W,在外側(cè)外表覆蓋了一層入為0.1 W/（m C ）的隔熱材料，復(fù)合壁兩側(cè)外表溫度分布750 c和55 C,試確定隔熱層的厚度。解：由多層壁平板導(dǎo)熱熱流密度計(jì)算公式9-14知每平方米墻的熱損失為15007500.0255215001.30.1得 2 4

12、4.8mm14液態(tài)純鋁和純銅分別在熔點(diǎn)鋁660 C ,銅1083C澆鑄同樣材料構(gòu)成兩個(gè)砂型中，砂綜合反映材料蓄熱和導(dǎo)熱能型的密實(shí)度也一樣，試問兩個(gè)砂型的蓄熱系數(shù)哪個(gè)大？為什么？ 答：此題為討論題，砂型的蓄熱系數(shù)反映的是材料的蓄熱能力,力的物理量，取決于材料的熱物性b J c。兩個(gè)砂型材料一樣， 它們的熱導(dǎo)率 人和比熱容c及緊實(shí)度都一樣，故兩個(gè)砂型的蓄熱系數(shù)一 樣大。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(shí)度及冷鐵等因素有關(guān)！考慮溫度影響時(shí)，澆注純銅時(shí)由于溫度較純鋁的高，砂型的熱導(dǎo)率會增大， 比熱和密度根本不變，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

13、漫反射？答：物體是否發(fā)生漫反射，取決于外表的粗糙程度相對于熱輻射的波長而言當(dāng)外表的不平整尺寸大于投射波長時(shí)，形成漫反射。16,解釋黑體的吸收率等于一的物理意義？答：黑體的吸收率等于一，這意味著黑體能夠全部吸收各種波長的輻射能。17,解釋制造人造黑體的原理？答：利用工程材料吸收率必然小于黑體，制造一個(gè)空腔，使空腔壁面保持均勻溫度，并在空腔上開一個(gè)小孔， 空腔要經(jīng)歷屢次吸收和發(fā)射，而每經(jīng)歷一次吸收輻射就能按壁吸收率的大小被減弱一次，最終能離開小孔的能量是微乎其微的，可以認(rèn)為投入輻射完全在空腔部被吸收。18,嚴(yán)重氧化的金屬外表的發(fā)射率分別處于溫度50度和500度的環(huán)境下，比擬該金屬在這兩種條件下的發(fā)

14、射率大小？答：后者更大，金屬材料的發(fā)射率隨溫度升高而增高。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A1X12 AX21表示兩個(gè)外表在輻射換熱時(shí)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，僅取決于幾何形狀。20,解釋角系數(shù)的完整性性質(zhì)。答：完整性對于有 n個(gè)外表組成的封閉系統(tǒng)，據(jù)能量守恒可得X11X._ =11n ,此式即為角系數(shù)的完整性。21,用代數(shù)法計(jì)算外表 1和外表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(gè)假象面，與外表 1和外表2 一起組成一個(gè)封閉腔。在此系統(tǒng)里，根據(jù)角系數(shù)的完整性，外表 1對外表2的角系數(shù)可表示為：Xab,cd 1 Xa

15、b,ac Xbd同時(shí)，也可以把圖形abc和abd看成兩個(gè)各由三個(gè)外表組成的封閉腔。將式X12L1 L2 L32L1用于這兩個(gè)封閉腔可得:ab ac bc、X ab,ac X ab, bd2abab bd ad2ab于是可得外表1和外表2之間角系數(shù)為:(bc ad) (ac bd)X12 X ab, cd 2ab22,氣體輻射有何特點(diǎn)？答：1.氣體輻射對波長具有選擇性2氣體輻射和吸收在整個(gè)容積中進(jìn)展3氣體的反射率為23,氣體的吸收率與發(fā)射率相等嗎？為什么？答：實(shí)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發(fā)射率；投射到物體外表的總能量中被吸收的能量所占的份額是物體的吸收率。由基爾霍夫定律

16、可知：當(dāng)物體外表為漫灰外表時(shí)，二者相等25, 一般固體物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)受哪些因素影響？答：1.溫度。溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大2固溶體類型3晶體構(gòu)造4第素或雜質(zhì)26,氣體擴(kuò)散系數(shù)受壓力影響嗎？為什么？答：氣體中的擴(kuò)散系數(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(dǎo)致溫度D D -Q/ RT升高，而又由于 DD0e，可知溫度為其主要影響因素，溫度越高擴(kuò)散系數(shù)越大27,當(dāng)鑄件在砂型中冷卻凝固時(shí)，由于鑄件收縮導(dǎo)致鑄件外表與砂型間產(chǎn)生氣隙，氣隙中的空氣是停滯的，試問通過氣隙有哪幾種根本的熱量傳遞方式？答：熱傳導(dǎo)、輻射。 注：無對流換熱29有哪些因素影響擴(kuò)散系數(shù)？答：溫度：影響擴(kuò)散激活能和改變物質(zhì)構(gòu)

17、造 2、雜質(zhì)氣氛固溶體類型：間隙性固溶體比 置換型固溶體更容易擴(kuò)散；在置換型固溶體中，原子間尺寸差異越小，電負(fù)性越大，親和力越強(qiáng) 擴(kuò)散越困難擴(kuò)散物質(zhì)性質(zhì)和構(gòu)造化學(xué)鍵類型和強(qiáng)度擴(kuò)散介質(zhì)構(gòu)造：體心立方構(gòu)造大于面心立方構(gòu)造的擴(kuò)散系數(shù) 構(gòu)造缺陷：構(gòu)造缺陷活化能小，容易擴(kuò)散.三、計(jì)算題1 .三段管路串聯(lián)如圖，直徑 d1=100 cm, d2=50cm , d3=25cm,斷面平均速度 v3=10m/s, 求v1,v2,和質(zhì)量流量（流體為水）。Q vAV3 A31故：A1v1 A0.625m/sV 2V2 A2 V3 A3A22 . 5 m/s解：可壓縮流體穩(wěn)定流時(shí)沿程質(zhì)量流保持不變，質(zhì)量流量M?Q水v3

18、 A 490Kg/s2 .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。如果冬季時(shí)油的運(yùn)動粘性系數(shù)丫 1=1.092cm2/s ,夏季田屯=0.355cm2/s ,問在冬季和夏季中，此輸油管路中的水頭損失 h1各為假設(shè)干？0.0278 U ,Q = A => =占解：由題意知加2n vJ O.K85 *0.2Re = =. = 1622冬季V 1.092 *10(U 3D0 02,36 m1622 0.2 2!9.S1同理，夏季有因?yàn)?.885 * 0.20.355 * 10 一4。0031（戶rX-0.316

19、4=49X6由布拉休斯公式知:h/ =03164 30() 0.885-49X6* 0 2 2*9,814.用一風(fēng)扇把靜止空氣通過一直管道排到車間外面。管道截面形狀為矩形，尺寸為 200x300mm長度為60M,設(shè)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(shè)計(jì)管道流量為28M3/min,問需要選擇多少功率的風(fēng)扇?1.207kg/M3,運(yùn)動粘度為 15.06x10-6M2/S.）解：寫出伯努利方程（空氣在1個(gè)大氣壓時(shí)的密度為一P,十 京一六 + g？ 一國+ Ef=0ojui 4 乙 d xP1=P2, Z2=Z1, V1=0所以上方程簡化為2p2+ AT+ Ef = 0De=

20、4A/Pw=4x0.2x0.3/2(0.2+0.3)=0.24M在一個(gè)大氣壓，溫度 15攝氏度的空氣密度是1.207kg/M3那么在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：中1.7x10-5kg/s-m空氣流速VA=28/(0.2x0.3)=7.7m/s7,7X0.24X1.18m噂d= 1, Zc X 1UReynold numberc ,1.7X1 fl-ssxixm3 kaRe=VDe d 0是湍流，查表得 f=0.0042因?yàn)?Ef=2f(L/De)VA2能量平衡方程國=1M*一二八。屈求:"；=92m2/s2=9

21、2J/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=（28M3/60s）x1.18kg/M3=0.55kg/s那么風(fēng)扇功率為 M*xQ=92x0.55kgxJ/（kgxs）=50.6J/s=51w 5.有一水管網(wǎng)線支線，長度 20M,管徑為20mmo管線上安裝有3個(gè)90度的彎接頭，一個(gè)全開啟的閥門。試計(jì)算這條管線的壓力降。9分:溫度為20度，設(shè)管線為光滑管。要求供Z水量10M3/小時(shí)，運(yùn)動粘度查表教科書，pp234。名稱L/D90度彎頭31全開 閥7由 vA V2A2 得:d2=5.3cm局部損失L/D6,水從鉛直圓管向下流出， 如圖3.28所示。管直徑d1 = 10 c

22、m, 管口處的水流速度 vI = 1.8m/s ,試求管口下方 h= 2m處的水流 速度v2,和直徑d2o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 22努利方程:h Pa v1 0 Pa v22g2g代入數(shù)據(jù)溥：v2=6.52m/s7,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)丫 =0.415cm2/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）假設(shè)過流面積改為面積 相等的正方形管道，那么其流動狀態(tài)如何？Q 15*107 八一一- = - = -=占解：流體平均速度為:zrO.15" 4Rt? = 一

23、= 3069 6 E1 2320 1500（1雷諾數(shù)為：故此溫度下處在不穩(wěn)定狀態(tài)。R J=13。00=3.6。" n ）因此，由不穩(wěn)定區(qū)向湍流轉(zhuǎn)變臨界速度為：1由二二 2320= /=064（加由不穩(wěn)定區(qū)向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變臨界速度為：i'Rs4= 680 500而、幾不丁七m. Z0.415* 1C42JkIKI?假設(shè)為正萬形那么故為湍流狀態(tài)。8,在長度L=10000m、直徑d=300mm的管路中輸送重 丫 =9.31kN/m3的重油，其重量流量G = 2371.6kN/h ,求油溫分別為 10c ( 、=25cm2/s) 40DC ( 、=1.5cm2/s) 時(shí)的水頭損失解：由題知

24、:油溫為10c時(shí)""曳_ 二 906切Rc4 2K 120 03 2*9.81237J.6*4r =加931*3600*03-1*03Re =1 = 2000(23201.5"0一,40度時(shí)h / =100001-二 54 3 7 tu21X10OJ219 S9,常壓下溫度為30c的空氣以 10m/s的速度流過一光滑平板外表，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,那么VoX10x16 10 63.2 105x 0.5

25、12mA點(diǎn)處(0.4m)是層流, 層流邊界層處雷諾數(shù)為：B點(diǎn)處(0.8m)是湍流v)x10* 0.416*10 62.5* 105故，邊界層厚度為:4.644.64x 5Rex2.5 100.4 3.712 10 3m10, 一根L/d=10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一樣？試估算開場冷卻的瞬間兩種情況下自然對流外表傳熱系數(shù)之比均為層流解：在開場冷卻的瞬間，可以設(shè)初始溫度為壁溫，因而兩種情形下壁面溫度一樣。水平放置時(shí)，特征尺寸為柱體外徑；豎直放置時(shí)，特征尺寸為圓柱長度，L>d。近似地采用穩(wěn)態(tài)工況下獲得的準(zhǔn)那么式來比擬兩種情況下自然對流外表傳熱系數(shù)，那么有：Ci 0.53水平放置.(GrPr) 1 g Tl3/Tv2 g Td3/Tv2 , NU1 G(GrB)1n , n 14(2)豎直放置(GrPr)2 g Tl3 Tv2 g TL3 Tv2 Nu? C2(grr)2nc2 0.59nn 0.53 ,d、3 4NUi NU2 cl(Gr Pr ) 1 G(GrE)20 59(1)0.53 1 341 2 Nui - NU2 ()10 1.6:1