冶金傳輸原理試題標(biāo)準(zhǔn)答案

西安建筑科技大學(xué)研究生試卷冶金傳輸試題答案一、解釋名詞（共20分，每題5分）1、連續(xù)介質(zhì)答：將流體視為由連續(xù)不斷的質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的、內(nèi)部不存在間隙的介質(zhì)。連續(xù)介質(zhì)是研究流體運(yùn)動(dòng)的一種模型概念2、牛頓流體答：符合牛頓粘性定律，流體剪切應(yīng)力與速度梯度的一次方成正比的流體。3、溫度梯度答：溫度場(chǎng)中任意一點(diǎn)沿等溫面法線方向的溫度增加率。4、熱邊界層答：流體與固體進(jìn)行對(duì)流換熱時(shí)，在流體與固體表面間形成具有溫度梯度的流體薄層。二、回答問(wèn)題（共30分，每題6分）1、什么是跡線？什么是流線？它們有什么區(qū)別？①在連續(xù)介質(zhì)的流場(chǎng)中，流體質(zhì)點(diǎn)在某一段時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)過(guò)的路線叫做跡線。②在連續(xù)介質(zhì)的流場(chǎng)中，相鄰流體質(zhì)點(diǎn)于同一瞬間的速度向量所構(gòu)成的連線稱為流線。③跡線是對(duì)某一流體質(zhì)點(diǎn)而言的，它表示在某一段時(shí)間間隔內(nèi)某一特定的流體質(zhì)點(diǎn)在空間所經(jīng)過(guò)的路線；流線則是對(duì)連續(xù)分布的許多質(zhì)點(diǎn)而言的，它表示某一特定時(shí)刻這些質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向。在穩(wěn)定流動(dòng)中，各質(zhì)點(diǎn)的速度不隨時(shí)間而變化，因而在不同時(shí)刻，流體質(zhì)點(diǎn)是沿著不變的流線流動(dòng)，所以流線與跡線重合。2、什么是層流流動(dòng)？什么是湍流流動(dòng)？如何判斷兩種流動(dòng)狀態(tài)？答：①當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，流體在流動(dòng)方向上水平平行流動(dòng)，各層間無(wú)橫向干擾和摻混。如果是管流流動(dòng)是平行管軸的平行流動(dòng)，此種流動(dòng)狀態(tài)稱為層流流動(dòng)。②當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)在各方向都有分速度，相互干擾和摻混的向前，全部流場(chǎng)中流體質(zhì)點(diǎn)做復(fù)雜的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為湍流流動(dòng)。③通常用雷若準(zhǔn)數(shù)（Re=uρd/μ）1）由紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變時(shí)Re=23002）由層流向紊流轉(zhuǎn)變時(shí)Re可達(dá)138003、什么是穩(wěn)定態(tài)傳熱？什么是非穩(wěn)定態(tài)傳熱？舉例說(shuō)明。答：①穩(wěn)定溫度場(chǎng)下發(fā)生的傳熱叫穩(wěn)定態(tài)傳熱。所謂穩(wěn)定溫度場(chǎng)是指溫度場(chǎng)僅是空間坐標(biāo)的函數(shù)，與時(shí)間無(wú)關(guān)。以導(dǎo)熱為例，發(fā)生穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，物體各處溫度不隨時(shí)間變化，物體不吸熱，也不放熱，沒(méi)有熱量的積蓄，僅起導(dǎo)熱作用。例如連續(xù)加熱爐的爐墻導(dǎo)熱。（5分）②不穩(wěn)定溫度場(chǎng)下發(fā)生的傳熱叫不穩(wěn)定態(tài)傳熱。所謂不穩(wěn)定溫度場(chǎng)是指溫度場(chǎng)不僅是空間坐標(biāo)的函數(shù)也是時(shí)間函數(shù)。以導(dǎo)熱為例，發(fā)生不穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，物體因此溫度不斷變化，隨時(shí)都在吸熱或放熱，有熱量的積蓄，通過(guò)物體的導(dǎo)熱量則不是常數(shù)。例如鋼坯在連續(xù)加熱爐中加熱時(shí)，鋼坯的導(dǎo)熱過(guò)程。4、非穩(wěn)定態(tài)傳熱中，什么是薄材？什么是厚材？它們之間有什么區(qū)別？①物體在加熱（或冷卻）的不穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中，物體內(nèi)部形成的溫度差趨于均勻，（內(nèi)部熱阻相對(duì)外部熱阻較小）溫差較小，可以忽略，此時(shí),將該物體稱為薄材，反之叫厚材。②區(qū)分薄材與厚材是以畢歐準(zhǔn)數(shù)當(dāng)Bi＜0.25時(shí),為薄材。當(dāng)Bi＞0.5時(shí),為厚材。當(dāng)0.25＜Bi＜0.5時(shí),視被加熱材料的種類和形狀而定。5、什么是黑體？試寫出黑體輻射能力計(jì)算公式，并說(shuō)明其物理意義。①能夠?qū)⑼秮?lái)的熱輻射能完全吸收的物體叫黑體。②三、分析說(shuō)明（共30分，每題10分）1、寫出下列相似準(zhǔn)數(shù)，并說(shuō)明其物理意義。（1）努塞爾特準(zhǔn)數(shù)。Nu=hL/λ表示對(duì)流傳熱邊界層上導(dǎo)熱特征的準(zhǔn)數(shù)。即邊界層上導(dǎo)熱阻與對(duì)流熱阻之比,該數(shù)越大，說(shuō)明對(duì)流傳熱相對(duì)導(dǎo)熱較強(qiáng)。（2）普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=ν/α表示流體動(dòng)量傳輸能力與熱量傳輸能力之比，是熱量邊界層相對(duì)動(dòng)量邊界層厚度表示。2寫出熱量傳輸方程（傅立葉—可希荷夫熱量傳輸微分方程）并說(shuō)明其物理意義。（5分）方程表示了無(wú)內(nèi)熱源的常物性流體在流動(dòng)過(guò)程中的能量平衡關(guān)系。（1分）方程中：是物體熱焓變化，熱量的蓄積，體現(xiàn)了熱量傳輸?shù)姆欠€(wěn)定特征；（1分）：流體對(duì)流引起的熱量傳輸（1分）：流體導(dǎo)熱引起的熱量傳輸（1分）——熱量傳輸系數(shù)（1分）3、簡(jiǎn)述牛頓粘性定律、付立葉導(dǎo)熱定律和菲克第一定律，并說(shuō)明動(dòng)量、熱量和質(zhì)量三種傳輸現(xiàn)象的類似性。①牛頓粘性定律：付立葉導(dǎo)熱定律：菲克第一定律：②類似性：1）表達(dá)式是相似(通量)=-(系數(shù))×(梯度)2）動(dòng)量、熱量、質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)、DAB具有相同的因次，其單位為m2/s3）通量為單位時(shí)間通過(guò)與傳遞方向相垂直的單位面積上的動(dòng)量、熱量、質(zhì)量，各量傳遞方向均與該量的梯度方向相反。五、計(jì)算（共20分，每題10分）1、某加熱爐所用冷卻水由水塔供給，其供水系統(tǒng)如圖所示。根據(jù)爐子冷卻水需求，要求在水管出口處（如圖2點(diǎn)處），水流量200m3/h,表壓力0.2MPa.試計(jì)算水塔高度H為多少米才能滿足爐子要求。（注：假設(shè)水塔內(nèi)水面上為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，水在管道內(nèi)流動(dòng)總能量損失為50kPa.）根據(jù)題意知：帶入上式得：答：水塔高度H為25.16米才能滿足爐子要求。2、某冶金爐的爐墻面積為300m2，有兩層耐火材料構(gòu)成，內(nèi)層為硅磚，外層為粘土磚，兩層厚度均為300mm。假設(shè)兩層緊密接觸,若已知爐內(nèi)為13