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：在足夠時間內(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，各質點在不同方向上做復雜無規(guī)則運動，相互干擾的運動。這種流動稱為湍流。6流線：在同一瞬時，流場中連續(xù)不同位置質點的流動方向線。7流管：在流場內(nèi)取任意封閉曲線，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。9偽塑性流:其特征為（），當n＜1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:要使這類流體流動需要有一定的切應力ι時流體處于固結狀態(tài)，只有當切應力大于ι時才開始流動。12穩(wěn)定流:運動參數(shù)只隨位置改變而與時間無關，這種流動就成為穩(wěn)定流。13非穩(wěn)定流:流場的運動參數(shù)不僅隨位置改變，又隨時間不同而變化，這種流動就稱為非穩(wěn)定流。14跡線:跡線就是流體質點運動的軌跡線，特點是:對于每一個質點都有一個運動軌跡，所以跡線是一族曲線，而且跡線只隨質點不同而異，與時間無關。16水頭損失:單位質量（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內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的流動阻力，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:在某一足夠長時間段內(nèi)以平均值的速度流經(jīng)一微小有效斷面積的流體體積，應該等于在同一時間段內(nèi)以真實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:物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動進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:物體中同一瞬間相同溫度各點連成的面稱為等溫面。25溫度梯度:溫度場中任意一點沿等溫面法線方向的溫度增加率稱為該點的溫度梯度。26熱擴散率:（），熱擴散率與熱導率成正比，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?7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，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間內(nèi)單位表面積向表面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/㎡。31角系數(shù):我們把表面1發(fā)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質量溶度:單位體積的混合物中某組分的質量。33摩爾溶度:單位體積混合物中某組分的物質的量。34空位擴散:氣體或液體進入固態(tài)物質孔隙的擴散。35自擴散系:指純金屬中原子曲曲折折地通過晶格移動。36互擴散系數(shù):，式中稱為互擴散系數(shù)。37普朗克定律:揭示了黑體輻射能量按波長的分布規(guī)律，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規(guī)律，公式39維恩位移定律:在一定溫度下，絕對黑體的溫度與輻射本領最大值相對應的波長λ的乘積為一個常數(shù)，λT=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:單位時間內(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:單位時間內(nèi)離開表面單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射。43采用何種技術路線測量一固態(tài)物質的自擴散系數(shù):44柯肯達爾現(xiàn)象:指兩種擴散速率不同的金屬在擴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，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？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，如果流線穿過流管，意味不同流線將相交，因為流線表示在流線上的質點的運動方向和大小，如果流線穿過流管，意味一個質點在同時具有兩個速度，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)。4兩個不同水力學系統(tǒng)相似的條件是什么？答，幾何相似，動力相似，運動相似。5解釋雷若數(shù)的物理意義，它有何作用？答：表示流體流動過程中慣性力和粘性力的作用大小，是它們的比值?？梢杂脕砼袛嗔黧w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)的實驗變量。6．溫度T=15℃，運動粘度ν＝0.0114cm2/s的水，在直徑d=2cm的管中流動，測得流速v=8cm/s，問水流處于什么狀態(tài)?如要改變其運動，可以采取哪些?：故為層流。升高溫度或增大管徑d均可增大雷諾數(shù)，從而改變運動狀態(tài)。7．流體在圓管中流動時，“流動已經(jīng)充分發(fā)展”的含義是什么？在什么條件下會發(fā)生充分發(fā)展了的層流，又在什么條件下會發(fā)生充分發(fā)展了的湍流？答：流體在圓管中流動時，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，直至消失后，便形成了充分發(fā)展的流動。在層流流進管道時，當流進長度大于l=0.065dRe)時，流體發(fā)展為充分發(fā)展的層流。在湍流條件下，當流入管長度至l=25-40d左右，流體為充分發(fā)展的湍流。8寫出流體靜力學基本方程式，并說明其能量意義和幾何意義。解:流體靜力學基本方程為：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x=0，1，或y=kπ（k=0，1，2，……）時連續(xù)。11、溫度T=5℃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動狀態(tài)?T=5℃的水動力粘度為1.547x10解：由題意知：水的平均流速為根據(jù)雷諾數(shù)公式故為湍流。11．當鑄件在砂型中冷卻凝固時，由于鑄件收縮導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、輻射12．假設在兩小時內(nèi)，通過152mm×152mm×13mm（厚度）實驗板傳導的熱量為837J，實驗板兩個平面的溫度分別為19℃和26解：由傅里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13有一厚度為20mm的平面墻，其熱導率λ為1.3W/(m·℃)。為使墻的每平方米熱損失不超過1500W，在外側表面覆蓋了一層λ為0.1W/(m·℃)的隔熱材料，已知復合壁兩側表面溫度分布750℃和55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得14液態(tài)純鋁和純銅分別在熔點（鋁660℃，銅1083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，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。兩個砂型材料相同，它們的熱導率λ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。注：鑄型的蓄熱系數(shù)與所選造型材料的性質、型砂成分的配比、砂型的緊實度及冷鐵等因素有關！考慮溫度影響時，澆注純銅時由于溫度較純鋁的高，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），制造一個空腔，使空腔壁面保持均勻溫度，并在空腔上開一個小孔，空腔內(nèi)要經(jīng)歷多次吸收和發(fā)射，而每經(jīng)歷一次吸收輻射就能按內(nèi)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，可以認為投入輻射完全在空腔內(nèi)部被吸收。18，嚴重氧化的金屬表面的發(fā)射率分別處于溫度50度和500度的環(huán)境下，比較該金屬在這兩種條件下的發(fā)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)與溫度有關嗎？答：公式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，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。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，此式即為角系數(shù)的完整性。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，根據(jù)角系數(shù)的完整性，表面1對表面2的角系數(shù)可表示為：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。將式用于這兩個封閉腔可得：于是可得表面1和表面2之間角系數(shù)為：22，氣體輻射有何特點？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容積中進行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；投射到物體表面的總能量中被吸收的能量所占的份額是物體的吸收率。由基爾霍夫定律可知：當物體表面為漫灰表面時，二者相等25，一般固體物質的擴散系數(shù)受哪些因素影響？答：1.溫度。溫度越高，擴散系數(shù)越大2固溶體類型3晶體結構4第三元素或雜質26，氣體擴散系數(shù)受壓力影響嗎？為什么？答：氣體中的擴散系數(shù)與系統(tǒng)、溫度和壓力有關，壓力越大，分子活動速率加大，導致溫度升高，而又由于,可知溫度為其主要影響因素，溫度越高擴散系數(shù)越大27，當鑄件在砂型中冷卻凝固時，由于鑄件收縮導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、輻射。注：無對流換熱29有哪些因素影響擴散系數(shù)？答：=1\*GB3①溫度:影響擴散激活能和改變物質結構=2\*Arabic2、雜質=3\*GB3③氣氛④固溶體類型:間隙性固溶體比置換型固溶體更容易擴散;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,擴散越困難

⑤擴散物質性質和結構⑥化學鍵類型和強度

⑦擴散介質結構:體心立方結構大于面心立方結構的擴散系數(shù)

⑧結構缺陷:結構缺陷活化能小,容易擴散.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，和質量流量(流體為水)。解：可壓縮流體穩(wěn)定流時沿程質量流保持不變，故：質量流量為2．直徑d=200m，長度l=300m的新鑄鐵管、輸送重度γ=8.82kN/m3的石油．已測得流量Q=0.0278m3/s。如果冬季時油的運動粘性系數(shù)ν1=1.092cm2/s，夏季時ν2=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：4．用一風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,問需要選擇多少功率的風扇？(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P1=P2,Z2=Z1,V1=0所以上方程簡化為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---ρ=1.207x0.98/1.0=1.18kg/M3空氣粘度為：η=1.7x10-5kg/s-m空氣流速V^=28/(0.2x0.3)=7.7m/sReynoldnumberRe=VDeρ/ηQUOTE是湍流，查表得f=0.0042因為Ef=2f(L/De)V^2能量平衡方程β2=1M*=QUOTE=92m2/s2=92J/kg輸送每公斤空氣消耗能量92J.設計要求每秒輸送空氣質量流量Q=(28M3/60s)x1.18kg/M3=0.55kg/s則風扇功率為M*xQ=92x0.55kgxJ/(kgxs)=50.6J/s=51w5．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。試計算這條管線的壓力降。（9分）已知：溫度為20度,設管線為光滑管。要求供應水量10M3/小時，運動粘度查表（教科書，pp234）。局部損失L/D名稱L/D90度彎頭31全開閥76，水從鉛直圓管向下流出，如圖3.28所示。已知管直徑d1＝10cm，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d2。解：以下出口為基準面，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=5.3cm7，已知管徑d＝150mm，流量Q＝15L/s，液體溫度為10℃，其運動粘度系數(shù)ν＝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)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)向湍流轉變臨界速度為：由不穩(wěn)定區(qū)向層流轉變臨界速度為：若為正方形則故為湍流狀態(tài)。8，在長度L=10000m、直徑d=300mm的管路中輸送重γ＝9.31kN/m3的重油，其重量流量G＝2371.6kN/h，求油溫分別為10℃(ν=25cm2/s)和40℃(ν=1.5cm2/s)解：由題知：油溫為10℃時40度時9，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，設臨界雷諾數(shù)Recr=3.2*105,試判斷距離平板前緣0.4m及0.8m解：由題意臨界雷