冶金傳輸原理試題標準答案

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)是研究流體運動的一種模型概念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：溫度場中任意一點沿等溫面法線方向的溫度增加率。4、熱邊界層答：流體與固體進行對流換熱時，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)的流場中，流體質(zhì)點在某一段時間間隔內(nèi)經(jīng)過的路線叫做跡線。②在連續(xù)介質(zhì)的流場中，相鄰流體質(zhì)點于同一瞬間的速度向量所構(gòu)成的連線稱為流線。③跡線是對某一流體質(zhì)點而言的，它表示在某一段時間間隔內(nèi)某一特定的流體質(zhì)點在空間所經(jīng)過的路線；流線則是對連續(xù)分布的許多質(zhì)點而言的，它表示某一特定時刻這些質(zhì)點的運動方向。在穩(wěn)定流動中，各質(zhì)點的速度不隨時間而變化，因而在不同時刻，流體質(zhì)點是沿著不變的流線流動，所以流線與跡線重合。2、什么是層流流動？什么是湍流流動？如何判斷兩種流動狀態(tài)？答：①當流體流動時，流體在流動方向上水平平行流動，各層間無橫向干擾和摻混。如果是管流流動是平行管軸的平行流動，此種流動狀態(tài)稱為層流流動。②當流體流動時，流體質(zhì)點在各方向都有分速度，相互干擾和摻混的向前，全部流場中流體質(zhì)點做復(fù)雜的無規(guī)則運動。這種流動狀態(tài)稱為湍流流動。③通常用雷若準數(shù)（Re=uρd/μ）1）由紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變時Re=23002）由層流向紊流轉(zhuǎn)變時Re可達138003、什么是穩(wěn)定態(tài)傳熱？什么是非穩(wěn)定態(tài)傳熱？舉例說明。答：①穩(wěn)定溫度場下發(fā)生的傳熱叫穩(wěn)定態(tài)傳熱。所謂穩(wěn)定溫度場是指溫度場僅是空間坐標的函數(shù)，與時間無關(guān)。以導(dǎo)熱為例，發(fā)生穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱時，物體各處溫度不隨時間變化，物體不吸熱，也不放熱，沒有熱量的積蓄，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)定溫度場是指溫度場不僅是空間坐標的函數(shù)也是時間函數(shù)。以導(dǎo)熱為例，發(fā)生不穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱時，物體因此溫度不斷變化，隨時都在吸熱或放熱，有熱量的積蓄，通過物體的導(dǎo)熱量則不是常數(shù)。例如鋼坯在連續(xù)加熱爐中加熱時，鋼坯的導(dǎo)熱過程。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)熱過程中，物體內(nèi)部形成的溫度差趨于均勻，（內(nèi)部熱阻相對外部熱阻較?。夭钶^小，可以忽略，此時,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數(shù)當Bi＜0.25時,為薄材。當Bi＞0.5時,為厚材。當0.25＜Bi＜0.5時,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算公式，并說明其物理意義。①能夠?qū)⑼秮淼臒彷椛淠芡耆盏奈矬w叫黑體。②三、分析說明（共30分，每題10分）1、寫出下列相似準數(shù)，并說明其物理意義。（1）努塞爾特準數(shù)。Nu=hL/λ表示對流傳熱邊界層上導(dǎo)熱特征的準數(shù)。即邊界層上導(dǎo)熱阻與對流熱阻之比,該數(shù)越大，說明對流傳熱相對導(dǎo)熱較強。（2）普蘭特準數(shù)Pr=ν/α表示流體動量傳輸能力與熱量傳輸能力之比，是熱量邊界層相對動量邊界層厚度表示。2寫出熱量傳輸方程（傅立葉—可希荷夫熱量傳輸微分方程）并說明其物理意義。（5分）方程表示了無內(nèi)熱源的常物性流體在流動過程中的能量平衡關(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、簡述牛頓粘性定律、付立葉導(dǎo)熱定律和菲克第一定律，并說明動量、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）表達式是相似(通量)=-(系數(shù))×(梯度)2）動量、熱量、質(zhì)量擴散系數(shù)、DAB具有相同的因次，其單位為m2/s3）通量為單位時間通過與傳遞方向相垂直的單位面積上的動量、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點處），水流量200m3/h,表壓力0.2MPa.試計算水塔高度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個標準大氣壓，水在管道內(nèi)流動總能量損失為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