材料加工冶金傳輸原理習(xí)題答案(吳樹森版)

1、第1章 流體的主要物理性質(zhì)1-1何謂流體，流體具有哪些物理性質(zhì)？ 答：流體是指沒有固定的形狀、易於流動的物質(zhì)。它包括液體和氣體。流體的主要物理性質(zhì)有：密度、重度、比體積壓縮性和膨脹性。2、在圖3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m，H2=6m，管徑D=15mm，如果不計損失，問S處的壓強(qiáng)應(yīng)為多大時此管才能吸水?此時管內(nèi)流速2及流量Q各為若干?(注意：管B端並未接觸水面或探入水中) 解：選取過水?dāng)嗝?-1、2-2及水準(zhǔn)基準(zhǔn)面O-O，列1-1面(水面)到2-2面的貝努利方程 圖3.20 虹吸管再選取水準(zhǔn)基準(zhǔn)面O-O，列過水?dāng)嗝?-2及3-3的貝努利方程 (B) 因V2=V3 由式(B)得 5、有一

2、文特利管(如下圖)，已知d1 =15cm，d2=10cm，水銀差壓計液面高差Dh =20cm。若不計阻力損失，求常溫(20)下，通過文氏管的水的流量。解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2處測量靜壓力差p1和p2，則由式可建立有關(guān)此截面的伯努利方程：根據(jù)連續(xù)性方程，截面1和2上的截面積A1和A2與流體流速v1和v2的關(guān)係式為所以 通過管子的流體流量為 用U形管中液柱表示，所以(m3/s)式中 、被測流體和U形管中流體的密度。如圖6-317(a)所示，為一連接水泵出口的壓力水管，直徑d=500mm，彎管與水準(zhǔn)的夾角45°，水流流過彎管時有一水準(zhǔn)推力，為了防止彎管發(fā)生位移，築一混凝土鎮(zhèn)

3、墩使管道固定。若通過管道的流量0.5m3/s，斷面1-1和2-2中心點(diǎn)的壓力p1相對=108000N/，p2相對=105000N/。試求作用在鎮(zhèn)墩上的力。解 如圖6317(b)所示，取彎管前後斷面11和2-2流體為分離體，現(xiàn)分析分離體上外力和動量變化。設(shè)管壁對流體的作用力R，動量方程在x軸的投影為：則動量方程在x軸的投影為：鎮(zhèn)墩對流體作用力的合力R的大小及方向為：流體對鎮(zhèn)墩的作用力P與R的大小相等方向相反。1-2某種液體的密度=900 Kgm3，試求教重度y和品質(zhì)體積v。解：由液體密度、重度和品質(zhì)體積的關(guān)係知：品質(zhì)體積為1.4某種可壓縮液體在圓柱形容器中，當(dāng)壓強(qiáng)為2MNm2時體積為995cm3

4、，當(dāng)壓強(qiáng)為1MNm2時體積為1000 cm3，問它的等溫壓縮率kT為多少?解：等溫壓縮率KT公式(2-1): V=995-1000=-5*10-6m3注意：P=2-1=1MN/m2=1*106Pa將V=1000cm3代入即可得到KT=5*10-9Pa-1。注意：式中V是指液體變化前的體積1.6 如圖1.5所示，在相距h0.06m的兩個固定平行乎板中間放置另一塊薄板，在薄板的上下分別放有不同粘度的油，並且一種油的粘度是另一種油的粘度的2倍。當(dāng)薄板以勻速v0.3m/s被拖動時，每平方米受合力F=29N，求兩種油的粘度各是多少?解：流體勻速穩(wěn)定流動時流體對板面產(chǎn)生的粘性阻力力為平板受到上下油面的阻力

5、之和與施加的力平衡，即代入數(shù)據(jù)得=0.967Pa.s第二章 流體靜力學(xué)（吉澤升版）2-1作用在流體上的力有哪兩類，各有什麼特點(diǎn)?解:作用在流體上的力分為品質(zhì)力和表面力兩種。品質(zhì)力是作用在流體內(nèi)部任何質(zhì)點(diǎn)上的力，大小與品質(zhì)成正比，由加速度產(chǎn)生，與質(zhì)點(diǎn)外的流體無關(guān)。而表面力是指作用在流體表面上的力，大小與面積成正比，由與流體接觸的相鄰流體或固體的作用而產(chǎn)生。2-2什麼是流體的靜壓強(qiáng)，靜止流體中壓強(qiáng)的分佈規(guī)律如何?解： 流體靜壓強(qiáng)指單位面積上流體的靜壓力。 靜止流體中任意一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)值只由該店座標(biāo)位置決定，即作用於一點(diǎn)的各個方向的靜壓強(qiáng)是等值的。 2-3寫出流體靜力學(xué)基本方程式，並說明其能量意義和幾

6、何意義。解:流體靜力學(xué)基本方程為：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。 2-4如圖2-22所示，一圓柱體d0.1m，品質(zhì)M50kg在外力F520N的作用下壓進(jìn)容器中，當(dāng)h=0.5m時達(dá)到平衡狀態(tài)。求測壓管中水柱高度H? 解：由平衡狀態(tài)可知：代入數(shù)據(jù)得H=12.62m 2.5盛水容器形狀如圖2.23所示。已知hl0.9m，h20.4m，h31.1m，h40.75m，h51.33m。求各點(diǎn)的表壓強(qiáng)。解：表壓強(qiáng)是指：實際壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的差值。2-6兩個容器A、B充滿水，高度差為a0為測量它們之間的壓強(qiáng)差，用頂部充滿油的倒U形管

7、將兩容器相連，如圖2.24所示。已知油的密度油=900kgm3，h0.1m，a0.1m。求兩容器中的壓強(qiáng)差。解：記AB中心高度差為a，連接器油面高度差為h，B球中心與油面高度差為b；由流體靜力學(xué)公式知：2-8一水壓機(jī)如圖2.26所示。已知大活塞直徑D11.785cm，小活塞直徑d=5cm，杠桿臂長a15cm，b7.5cm，活塞高度差h1m。當(dāng)施力F198N時，求大活塞所能克服的載荷F2。解：由杠桿原理知小活塞上受的力為F3：由流體靜力學(xué)公式知：F2=1195.82N2-10水池的側(cè)壁上，裝有一根直徑d0.6m的圓管，圓管內(nèi)口切成a45°的傾角，並在這切口上裝了一塊可以繞上端鉸鏈旋轉(zhuǎn)的

8、蓋板，h=2m，如圖2.28所示。如果不計蓋板自重以及蓋板與鉸鏈間的摩擦力，問開起蓋板的力T為若干?(橢圓形面積的JC=a3b/4)解：建立如圖所示坐標(biāo)系oxy，o點(diǎn)在自由液面上，y軸沿著蓋板壁面斜向下，蓋板面為橢圓面，在面上取微元面dA,縱坐標(biāo)為y，淹深為h=y * sin ,微元面受力為板受到的總壓力為蓋板中心在液面下的高度為 hc=d/2+h0=2.3m,yc=a+h0/sin45° 蓋板受的靜止液體壓力為F=hcA=9810*2.3*ab 壓力中心距鉸鏈軸的距離為 ：X=d=0.6m,由理論力學(xué)平衡理論知，當(dāng)閘門剛剛轉(zhuǎn)動時，力F和T對鉸鏈的力矩代數(shù)和為零，即：故T=6609.

9、5N2-14有如圖2.32所示的曲管AOB。OB段長L10.3m，AOB=45°，AO垂直放置，B端封閉，管中盛水，其液面到O點(diǎn)的距離L20.23m，此管繞AO軸旋轉(zhuǎn)。問轉(zhuǎn)速為多少時，B點(diǎn)的壓強(qiáng)與O點(diǎn)的壓強(qiáng)相同?OB段中最低的壓強(qiáng)是多少?位於何處?解：盛有液體的圓筒形容器繞其中心軸以等角速度旋轉(zhuǎn)時，其管內(nèi)相對靜止液體壓強(qiáng)分佈為：以A點(diǎn)為原點(diǎn)，OA為Z軸建立坐標(biāo)系O點(diǎn)處面壓強(qiáng)為B處的面壓強(qiáng)為其中：Pa為大氣壓。當(dāng)PB=PO時=9.6rad/sOB中的任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)為對上式求P對r的一階導(dǎo)數(shù)並另其為0得到，即OB中壓強(qiáng)最低點(diǎn)距O處 代入數(shù)據(jù)得最低壓強(qiáng)為Pmin=103060Pa第三章習(xí)題

10、（吉澤升版）3.1已知某流場速度分佈為 ，試求過點(diǎn)(3，1，4)的流線。解：由此流場速度分佈可知該流場為穩(wěn)定流，流線與跡線重合，此流場流線微分方程為：即：求解微分方程得過點(diǎn)(3,1,4)的流線方程為：3.2試判斷下列平面流場是否連續(xù)?解：由不可壓縮流體流動的空間連續(xù)性方程（3-19，20）知： ， 當(dāng)x=0，1，或y=k （k=0，1，2，）時連續(xù)。3.4三段管路串聯(lián)如圖3.27所示，直徑d1=100 cm，d2=50cm，d325cm，已知斷面平均速度v310m/s，求v1,v2，和品質(zhì)流量(流體為水)。解：可壓縮流體穩(wěn)定流時沿程品質(zhì)流保持不變， 故： 品質(zhì)流量為：3.5水從鉛直圓管向下流出

11、，如圖3.28所示。已知管直徑d110 cm，管口處的水流速度vI1.8m/s，試求管口下方h2m處的水流速度v2，和直徑d2。解：以下出口為基準(zhǔn)面，不計損失，建立上出口和下出口面伯努利方程： 代入數(shù)據(jù)得：v2=6.52m/s由 得:d2=5.3cm3.6水箱側(cè)壁接出一直徑D0.15m的管路，如圖3.29所示。已知h12.1m，h2=3.0m,不計任何損失，求下列兩種情況下A的壓強(qiáng)。(1)管路末端安一噴嘴，出口直徑d=0.075m；(2)管路末端沒有噴嘴。解：以A面為基準(zhǔn)面建立水平面和A面的伯努利方程： 以B面為基準(zhǔn)，建立A,B面伯努利方程：（1）當(dāng)下端接噴嘴時， 解得va=2.54m/s,

12、PA=119.4KPa（2）當(dāng)下端不接噴嘴時， 解得PA=71.13KPa3.7如圖3.30所示，用畢託管測量氣體管道軸線上的流速Umax，畢託管與傾斜(酒精)微壓計相連。已知d=200mm，sin=0.2，L=75mm，酒精密度1=800kgm3，氣體密度21.66Kg/m3；Umax=1.2v(v為平均速度)，求氣體品質(zhì)流量。解：此裝置由畢託管和測壓管組合而成，沿軸線取兩點(diǎn)，A(總壓測點(diǎn)），測靜壓點(diǎn)為B，過AB兩點(diǎn)的斷面建立伯努利方程有： 其中ZA=ZB, vA=0,此時A點(diǎn)測得的是總壓記為PA*，靜壓為PB不計水頭損失，化簡得由測壓管知：由於氣體密度相對於酒精很小，可忽略不計。由此可得氣

13、體品質(zhì)流量:代入數(shù)據(jù)得M=1.14Kg/s3.9如圖3.32所示，一變直徑的管段AB，直徑dA=0.2m，dB=0.4m，高差h=1.0m，用壓強(qiáng)表測得PA7x104Pa，PB4x104Pa，用流量計測得管中流量Q=12m3/min，試判斷水在管段中流動的方向，並求損失水頭。解:由於水在管道內(nèi)流動具有粘性，沿著流向總水頭必然降低，故比較A和B點(diǎn)總水頭可知管內(nèi)水的流動方向。即：管內(nèi)水由A向B流動。以過A的過水?dāng)嗝鏋榛鶞?zhǔn)，建立A到B的伯努利方程有：代入數(shù)據(jù)得，水頭損失為hw=4m第四章（吉澤升版）4.1 已知管徑d150 mm，流量Q15L/s，液體溫度為 10 ，其運(yùn)動粘度係數(shù)0.415cm2/

14、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： 雷諾數(shù)為： 故此溫度下處在不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，由不穩(wěn)定區(qū)向湍流轉(zhuǎn)變臨界速度為：由不穩(wěn)定區(qū)向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變臨界速度為： 若為正方形則故為湍流狀態(tài)。4.2 溫度T=5的水在直徑d100mm的管中流動，體積流量Q=15L/s，問管中水流處於什麼運(yùn)動狀態(tài)?解：由題意知：水的平均流速為： 查附錄計算得T=5的水動力粘度為根據(jù)雷諾數(shù)公式 故為湍流。4.3 溫度T=15，運(yùn)動粘度0.0114cm2/s的水，在 直徑d=2cm的管中流動，測得流速v=8cm/s，問水流處

15、於什麼狀態(tài)?如要改變其運(yùn)動，可以採取哪些辦法?解：由題意知： 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)。4.5 在長度L=10000m、直徑d=300mm的管路中輸送重9.31kN/m3的重油，其重量流量G2371.6kN/h，求油溫分別為10(=25cm2/s)和40(=1.5cm2/s)時的水頭損失 解：由題知： 油溫為10時40時4.6某一送風(fēng)管道(鋼管，=0.2mm)長l=30m，直徑d=750 mm，在溫度T=20的情況下，送風(fēng)量Q=30000m3/h。問：(1)此風(fēng)管中的沿程損失為若干?(2)使用一段時間後，其絕對粗糙度增加到=1.2mm，其沿程損失又為若干

16、?(T=20時，空氣的運(yùn)動粘度係數(shù)=0.175cm2/s)解：（1）由題意知：由於Re3.29*105，故（2）：同（1）有4.7直徑d=200m，長度l=300m的新鑄鐵管、輸送重度=8.82kN/m3的石油已測得流量Q=0.0278m3/s。如果冬季時油的運(yùn)動粘性係數(shù)1=1.092cm2/s，夏季時2=0.355cm2/s，問在冬季和夏季中，此輸油管路中的水頭損失h1各為若干?解：由題意知 冬季 同理，夏季有 因為 由布拉休斯公式知：第五章 邊界層理論5.2流體在圓管中流動時，“流動已經(jīng)充分發(fā)展”的含義是什麼？在什麼條件下會發(fā)生充分發(fā)展了的層流，又在什麼條件下會發(fā)生充分發(fā)展了的湍流？答：

17、流體在圓管中流動時，由於流體粘性作用截面上的速度分佈不斷變化，直至離管口一定距離後不再改變。進(jìn)口段內(nèi)有發(fā)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，直至消失後，便形成了充分發(fā)展的流動。當(dāng)流進(jìn)長度不是很長（l=0.065dRe)，Rex小於Recr時為充分發(fā)展的層流。隨著流進(jìn)尺寸的進(jìn)一步增加至l=25-40d左右，使得Rex大於Recr時為充分發(fā)展的湍流3常壓下溫度為30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

18、？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 4. 常壓下，20的空氣以10m/s的速度流過一平板，試用布拉修斯解求距平板前緣0.1m，vx/v=0處的y，vx，vy，及avx/y解：平板前緣0.1m處 故為層流邊界層 又由 而 則 由速度分佈與邊界層厚度的關(guān)係知： 再由 由布拉修斯解知 5=0.73Pa·s、=925Kg/m3的油，以0.6m/s速度平行地流過一塊長為0.5m寬為0.15m的光滑平板，求出邊界層最大厚度、摩擦阻力係數(shù)及平板所受的阻力解：（1）由題意知：第七章 相似原理與量綱分析1. 用理想流體的伯努利方程式，以相似轉(zhuǎn)換法匯出Fr數(shù)和E

19、u數(shù)解： 理想流體的伯努利方程：實際系統(tǒng)： （1）模型系統(tǒng)： （2）做相似變換得 代入（2）式得上式的各項組合數(shù)群必須相等，即： 、所以，所以將上述相似變換代入上式得到弗勞德數(shù)和歐拉數(shù)得： 、3. 設(shè)圓管中粘性流動的管壁切應(yīng)力與管徑d，粗糙度，流體密度，黏度，流速有關(guān)，試用量綱分析法求出它們的關(guān)係式解法一：設(shè)有關(guān)物理量關(guān)係式為： ,其中量綱關(guān)係 因此， =解法二：由關(guān)係式知：選擇d， ，V為基本物理量，則 ， ，均可由它們表示，由此得到三個無量綱參數(shù)所以由此可得準(zhǔn)數(shù)方程：5用孔板測流量。管路直徑為d，流體密度為，運(yùn)動粘性係數(shù)為，流體經(jīng)過孔板時的速度為v，孔板前後的壓力差為p。試用量綱分析法匯出

20、流量Q的運(yùn)算式。解：物理量之間的關(guān)係選擇d，V為基本物理量，則，對，1=b 對,-1=-C 對，0=a-3b+c，對，1=y對，-1=x-3y+z對, -2=-z可得準(zhǔn)數(shù)方程所以，第八章 熱量傳遞的基本概念2當(dāng)鑄件在砂型中冷卻凝固時，由於鑄件收縮導(dǎo)致鑄件表面與砂型間產(chǎn)生氣隙，氣隙中的空氣是停滯的，試問通過氣隙有哪幾種基本的熱量傳遞方式？答：熱傳導(dǎo)、輻射。 注：無對流換熱3在你所瞭解的導(dǎo)熱現(xiàn)象中，試列舉一維、多維溫度場實例。答：工程上許多的導(dǎo)熱現(xiàn)象，可以歸結(jié)為溫度僅沿一個方向變化，而且與時間無關(guān)的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱現(xiàn)象。 例，大平板、長圓筒和球壁。此外還有半無限大物體，如鑄造時砂型的受熱升溫（砂型外側(cè)

21、未被升溫波及）多維溫度場：有限長度的圓柱體、平行六面體等，如鋼錠加熱，焊接厚平板時熱源傳熱過程。4假設(shè)在兩小時內(nèi)，通過152mm×152mm×13mm（厚度）實驗板傳導(dǎo)的熱量為 837J，實驗板兩個平面的溫度分別為19和26，求實驗板熱導(dǎo)率。解：由傅裡葉定律可知兩小時內(nèi)通過面積為152×152mm2的平面的熱量為 873=- 得 第九章 導(dǎo) 熱1. 對正在凝固的鑄件來說，其凝固成固體部分的兩側(cè)分別為砂型（無氣隙）及固液分介面，試列出兩側(cè)的邊界條件。解：有砂型的一側(cè)熱流密度為 常數(shù)，故為第二類邊界條件， 即0時固液介面處的邊界溫度為常數(shù)， 故為第一類邊界條件，即 0

22、時w=f()注：實際鑄件凝固時有氣隙形成，邊界條件複雜，常採用第三類邊界條件3. 用一平底鍋燒開水，鍋底已有厚度為3mm的水垢，其熱導(dǎo)率為1W/(m · )。已知與水相接觸的水垢層表面溫度為111 。通過鍋底的熱流密度q為42400W/m2，試求金屬鍋底的最高溫度。解：熱量從金屬鍋底通過水垢向水傳導(dǎo)的過程可看成單層壁導(dǎo)熱，由公式（9-11）知111， 得 =238.2 4. 有一厚度為20mm的平面牆，其熱導(dǎo)率為1.3W/(m·)。為使?fàn)澋拿科椒矫谉釗p失不超過1500W，在外側(cè)表面覆蓋了一層為0.1 W/(m·)的隔熱材料，已知複合壁兩側(cè)表面溫 度分佈750 和5

23、5 ，試確定隔熱層的厚度。解：由多層壁平板導(dǎo)熱熱流密度計算公式（9-14）知每平方米牆的熱損失為 得 6. 沖天爐熱風(fēng)管道的內(nèi)/外直徑分別為160mm和170mm，管外覆蓋厚度為80mm的石棉隔熱層，管壁和石棉的熱導(dǎo)率分別為1=58.2W/(m)，2=0.116W/(m)。已知管道內(nèi)表面溫度為240 ，石棉層表面溫度為40 ，求每米長管道的熱損失。解：由多層壁圓管道導(dǎo)熱熱流量公式（9-22）知 ,所以每米長為7解：查表已知8. 外徑為100mm的蒸汽管道覆蓋隔熱層采有密度為20Kg/m3的超細(xì)玻璃棉氈，已知蒸汽管外壁溫度為400，要求隔熱層外壁溫度不超過50，而每米長管道散熱量小於163W，試

24、確定隔熱層的厚度。解：已知 查附錄C知超細(xì)玻璃棉氈熱導(dǎo)率 由圓筒壁熱流量計算公式（9-20）知：得 而 得出 9. 解：UI 10. 在如圖9-5所示的三層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，已測的t1,t2,t3及t4分別為600，500，200及100，試求各層熱阻的比例解：根據(jù)熱阻定義可知而穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時各層熱流量相同，由此可得各層熱阻之比為 =100：300：100 =1：3：111題略 解：（參考例9-6）查表，代入式得 kk12液態(tài)純鋁和純銅分別在熔點(diǎn)（鋁660，銅1083）澆鑄入同樣材料構(gòu)成的兩個砂型中，砂型的密實度也相同。試問兩個砂型的蓄熱係數(shù)哪個大？為什麼？答：此題為討論題，砂型的蓄熱係數(shù)反映的是

25、材料的蓄熱能力，綜合反映材料蓄熱和導(dǎo)熱能力的物理量，取決於材料的熱物性。 兩個砂型材料相同，它們的熱導(dǎo)率和比熱容c及緊實度都相同，故兩個砂型的蓄熱係數(shù)一樣大。 注：鑄型的蓄熱係數(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有關(guān)！ 考慮溫度影響時，澆注純銅時由於溫度較純鋁的高，砂型的熱導(dǎo)率會增大，比熱和密度基本不變，從而使得砂型蓄熱係數(shù)會有所增大13試求高0.3m，寬0.6m且很長的矩形截面銅柱體放入加熱爐內(nèi)一小時後的中心溫度。已知：銅柱體的初始溫度為20，爐溫1020，表面?zhèn)鳠醾S數(shù)a=232.6W/（m2·），=34.9W/（m·）,c=0.198KJ/（

26、Kg·），=780Kg/m3。解：此題為二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，參考例9.8 ，可看成兩塊無限大平板導(dǎo)熱求解，銅柱中心溫度最低，以其為原點(diǎn)，以兩塊平板法線方向為坐標(biāo)軸，分別為x，y軸。則有：熱擴(kuò)散率/s查9-14得，鋼鏡中心的過餘溫度準(zhǔn)則為中心溫度為=0.036*（293-1293）+1293 =1257k=98415一含碳量Wc0.5%的曲軸，加熱到600後置於20的空氣中回火。曲軸的品質(zhì)為7.84Kg，表面積為870cm2，比熱容為418.7J/(Kg·),密度為7840Kg/m3，熱導(dǎo)率為42W/(m·)，冷卻過程的平均表面?zhèn)鳠醾S數(shù)取為29.1W/(m2

27、3;)，問曲軸中心冷卻到30所經(jīng)歷的時間。（原題有誤）解：當(dāng)固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻小於其表面的換熱熱阻時，固體內(nèi)部的溫度趨於一致，近似認(rèn)為固體內(nèi)部的溫度t僅是時間的一元函數(shù)而與空間座標(biāo)無關(guān)，這種忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的簡化方法稱為集總參數(shù)法。 通常，當(dāng)畢奧數(shù)Bi<0.1M時，採用集總參數(shù)法求解溫度回應(yīng)誤差不大。對於無限大平板M=1，無限長圓柱M=1/2，球體M=1/3。特性尺度為=V/F。經(jīng)上述驗算本題可以採用此方法計算溫度隨時間的依變關(guān)係。參閱楊世銘編傳熱學(xué)第二版，P105-106,公式（3-29）其中F為表面積， 為傳熱係數(shù)， 為時間，tf為流體溫度， V為體積。代入數(shù)據(jù)得：s 第十章 對

28、流換熱1. 某窖爐側(cè)牆高3m，總長12m，爐牆外壁溫t w=170。已知周圍空氣溫度t f=30，試求此側(cè)牆的自然對流散熱量（熱流量）（注：原答案計算結(jié)果有誤，已改正。）解：定性溫度 定性溫度下空氣的物理參數(shù)： ， ，特徵尺寸為牆高 h=3m .則：故 為 湍 流。查表10-2，得 ， 2. 一根L/d=10的金屬柱體，從加熱爐中取出置於靜止的空氣中冷卻。試問：從加速冷卻的目的出發(fā)，柱體應(yīng)水準(zhǔn)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)鳠醾S數(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。水準(zhǔn)放置時，特徵尺寸為柱體外徑；豎直

29、放置時，特徵尺寸為圓柱長度，L>d 。近似地採用穩(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)鳠醾S數(shù)，則有： (1) 水準(zhǔn)放置. , , (2) 豎直放置. , 由此可知：對給定情形，水準(zhǔn)放置時冷卻比較快。所以為了加速冷卻，圓柱體應(yīng)水準(zhǔn)放置。3. 一熱工件的熱面朝上向空氣散熱。工件長500mm，寬200mm，工件表面溫度220，室溫20，試求工件熱面自然對流的表面?zhèn)鳠醾S數(shù)（對原答案計算結(jié)果做了修改）解：定性溫度 定性溫度下空氣的物理參數(shù)： ， 特徵尺寸， 熱面朝上： 故為湍流。查表得 ， 4. 上題中若工件熱面朝下散熱，試求工件熱面自然對流表面?zhèn)鳠醾S數(shù)解：熱面朝下： , 層流，查表

30、得 5. 有一熱風(fēng)爐外徑D=7m，高H=42m，當(dāng)其外表面溫度為200，與環(huán)境溫度之差為40，求自然對流散熱量（原答案缺少最後一步，已添加）解：定性溫度 定性溫度下空氣的物性參數(shù)為：, 依題應(yīng)為垂直安裝，則特徵尺寸為H = 42 m., 為湍流.查表得 自然對流散熱量為 67. 在外掠平板換熱問題中，試計算25的空氣及水達(dá)到臨界雷諾數(shù)各自所需的板長，取流速v=1m/s計算，平板表面溫度100（原答案計算有誤，已修改）解：定性溫度為(1).對於空氣查附錄計算得 (2). 對於水則有 ： 8. 在穩(wěn)態(tài)工作條件下，20的空氣以10m/s的速度橫掠外徑為50mm，管長為3m的圓管後，溫度增至40。已知

31、橫管內(nèi)勻布電熱器消耗的功率為1560W，試求橫管外側(cè)壁溫（原答案定性溫度計算有誤，已修改）解： 採用試演算法 假設(shè)管外側(cè)壁溫為60，則定性溫度為 查表得 ， 即: 與假設(shè)不符，故重新假設(shè)，設(shè)壁溫為.則定性溫度 查表得 ， ， ， ，即： 與假設(shè)溫度誤差小於5%，是可取的。即壁面溫度為79.80.10. 壓力為1.013*105Pa的空氣在內(nèi)徑為76mm的直管內(nèi)強(qiáng)制流動，入口溫度為65，入口體積流量為0.022m3/s，管壁平均溫度為180，試問將空氣加熱到115所需管長為多少？解：強(qiáng)制對流定性溫度為流體平均溫度流體平均溫度，查查附錄F得 為旺盛湍流。由於流體溫差較大應(yīng)考慮不均勻物性的影響，應(yīng)採

32、用實驗準(zhǔn)則式（10-23或24）計算Nuf 即 =56.397品質(zhì)流量散熱量 因為，所以需要進(jìn)行入口段修正。入口段修正係數(shù)為所需管長：11. 解：12管內(nèi)強(qiáng)制對流湍流時的換熱，若Re相同，在tf=30條件下水的表面?zhèn)鳠醾S數(shù)比空氣的高多少倍？解：定性溫度 查附錄D得到: 查附錄F得到： 為湍流，故相同 在該條件下，水的表面?zhèn)鳠醾S數(shù)比空氣高52.46倍。第十一章 輻射換熱1 100W燈泡中鎢絲溫度為2800K，發(fā)射率為0.30。（1）若96%的熱量依靠輻射方式散出，試計算鎢絲所需要最小面積；（2）計算鎢絲單色輻射率最大時的波長解：（1） 鎢絲加熱發(fā)光, 按黑體輻射發(fā)出連續(xù)光譜，將數(shù)據(jù)代入為：A1=

33、9.2*10-5（2）由威恩位移定律知，單色輻射力的峰值波長與熱力學(xué)溫度的關(guān)係 m.k，當(dāng)T=2800k時，=1.034*10-6m3. 一電爐的電功率為1KW，爐絲溫度為847，直徑為1mm，電爐的效率（輻射功率與電功率之比）為0.96，爐絲發(fā)射率為0.95，試確定爐絲應(yīng)多長？解：由黑度得到實際物體輻射力的計算公式知：4. 試確定圖11-28中兩種幾何結(jié)構(gòu)的角係數(shù)X12 解：由角係數(shù)的分解性得：由角係數(shù)的相對性得： 所以對於表面B和（1+A），X=1.5、Y=1.5、Z=2時，,查表得，對於表面B和A，X=1.5，Y=1.5，Z=1，,查表得，所以，。對表面（2+B）和（1+A），X=1.5，Y=2.5，Z=2，,查表得。對於表面(2+B),A,X=1.5,Y=2.5,Z=1, ,查表得,所以，由角係數(shù)的分解性, ，對表面2和A，X=1.5，Y=1，Z=1，,查表得。對面2和（1+A），X=1.5，Y=1，Z=2， ，查表得，代入數(shù)據(jù)得，所以5兩塊平行放置的大平板的表面發(fā)射率均為0.8，溫度分別為t1=527和t2=27，板的間距遠(yuǎn)小於板的寬與高。試計算（1）板1的本身輻射（2）對板1的投入輻射（3）板1的反射輻射