材料成型传输原理复习资料

1、考试题型：一、 判断题（10题，15%）二、 选择题（10题，20%）三、 名词解释（3题，9%）四、 简答与计算题（7题，56%）要记忆的公式：1、牛顿粘性定律 2、傅里叶定律 3、菲克第一定律4、伯努力方程5、雷诺准数 6、热扩散率7、普兰特准数 8、努塞尔准数9、施密特准数10、舍伍德准数11、沿程阻力降计算公式（达西公式）或12、局部阻力降计算公式：或13、能依题意例出单层、二层、三层的无限大平板和圆筒的传热计算公式14、黑体辐射力：Eb = C0 (T/100)4 式中： C0=5.67 w/(K4) 叫黑体的辐射系数。15、半无限大表面渗碳时的非稳态传质：16、半无限大物体一维非稳

2、态导热：17、对流传热量：Q=aADT绪论重点：动量、热量与质量传输的类似性动量传输：牛顿粘性定律 热传导：傅里叶定律 质量传输：菲克第一定律 记忆上述三个公式。公式中参数的物量意义和各符号表示什么？1、 什么是传输过程？传输过程的基础是什么？2、 试总结三种传输过程的物理量、推动力、传输方程。3、传输过程的研究方法有哪些？各有什么特点？第2章 流体的性质名词解释：1、不压缩流体答：不可压缩流体指流体密度不随压力变化的流体。2、可压缩流体3、理想流体答：粘性系数为零（不考虑粘性）的流体4、速度边界层5、粘性系数（动力粘度）答：表征流体变形的能力，由牛顿粘性定律所定义的系数：,速度梯度为1时，单

3、位面积上摩擦力的大小。6、运动粘度7、牛顿流体8、非牛顿流体填空题：1、理想流体是指不存在 力，或其作用可忽略的流体。2、如果在运动过程中每一流体质点的密度都保持不变,有关密度的关系式可表述为 。3、两平行平板间距h=0.5mm,两板间充满密度=900kg/m3的液体,下板固定不动,上板在切应力=2N/m2的作用下,以v=0.25m/s的速度平移,该液体的动力粘滞系数和运动粘滞系数值分别为 和 (标注单位)。1、粘性力作用可以忽略的流体可以视为理想流体。 （ ）2、 理想流体是粘性系数为零（不考虑粘性）的流体。 （ ）3、如果在运动过程中每一流体质点的密度都保持不变，则。 （ ）4、两平行平板

4、间距h=0.5mm,下板固定不动,上板在切应力=2N/m2的作用下,以v=0.25m/s的速度平移,该液体的动力粘滞系数为1(Pa·s) （ ）5、动力粘度等于运动粘度除以密度。 （ ）6、不可压缩流体指流体密度不随压力变化的流体。 （ ）7、在研究液体运动时,按照是否考虑粘滞性,可将液流分为牛顿液体流动及非牛顿液体流动。 （ ）选择题：1. 动力粘滞系数的单位是： (B)A. N*s/m B. N*s/m2 C. m2/s D. m/s2.在研究液体运动时,按照是否考虑粘滞性,可将液流分为(D) A 牛顿液体流动及非牛顿液体流动; B 可压缩液流及不可压缩液流; C 均匀流动及非均

5、匀流动; D 理想液体流动及实际液体流动.简答题：1、 试请说明的物理含义答：首先是粘性应力，由于x方向流动速度在y方向存在差异而产生于流体内部。下角标y表示力的法向，x表示力的方向。同样代表粘性动量通量，此时下角标y表示动量传递方向，x表示动量的方向。2、何为流体连续介质模型？引入该模型有何作用和意义？该模型在何条件下适用？答：连续介质：流体质点是流体力学中研究的最小物质实体，流体由流体质点连绵不断地组成，质点间无间隙。流体质点是微观上充分大，宏观上充分小的流体团。流体质点微观上充分大，其中包含了大量的流体分子，各种宏观物理量是对大量流体分子的统计平均，具有稳定的统计值；流体质点宏观上充分小

6、，可看作空间一个点。因此可认为流体性质（密度，温度，速度等）在空间每一点都有确定的值，可以当作空间位置和时间的函数来处理，连续介质假说是流体力学的基本假设之一。当所研究的对象的几何尺寸和分子间的距离或分子自由程相当时连续介质模型不再适用。3、为何随温度升高液体的粘度降低，而随温度升高气体的粘度增大？以下几题考一题，主要考查对牛顿粘性定律 的应用掌握的情况。4.粘性系数的流体流过两平行平板的间隙，间隙宽，流体在间隙内的速度分布为 ， 其中C为待定常数，y为垂直于平板的坐标。设最大速度 ， 试求最大速度在间隙中的位置及平板壁面上的切应力。解：1）由速度分布可知y坐标原点位于下平板 由 即中心处 u

7、取最大值，在两板中央取速度最大值将 代入速度分布式 2） y = 0 流体作用于上下平板的壁面切应力都是，且均指向流动方向，而正负号不同则源于应力正负向的规定。5.油压机的活塞在自重及摩擦力的作用匀速下落。已知活塞自重G=190N,d=152mm,D=152.02mm,L=200mm.1) 若采用 的油，试求活塞的下降速度；2）若下落速度U=39mm/s;试确定油的动力粘性系数。解: 活塞与活塞套的流体运动也可看作是两平行平板间的流体运动，活塞拖动油膜运动，线形速度分布，于是活塞受到的摩擦力：此力方向向上与重力G相平衡1） 2）6、两平行平板间距h=0.5mm,两板间充满密度=900kg/m3

8、的液体,下板固定不动,上板在切应力=2N/m2的作用下,以v=0.25m/s的速度平移,试求该液体的动力粘滞系数和运动粘滞系数.解:（1）已知 间隙 t=.0005 m；密度 =900 kg/m3；切应力 =2 N/m2（2）已知 速度 v=.25 m/s；待求 动力黏度 =? N*s/m2；运动黏度 =? m2/s方程 :=*v/t；=/计算结果:动力黏度:=.004 N*s/m2 ；运动黏度:=.0000044444 m2/s解：见教材P.11。例题：轴在轴承中空载旋转，两者间隙为，轴径为，转动角速度为 ，且温度保持不变，轴瓦长，测得摩擦力矩为，求粘性系数 。 解：轴和轴承视为同心圆，其间

9、隙与轴径相比足够小，并忽略端部影响。轴对轴承相对运动类似于两块平行平板间相对运动。 作业：P.15第3题。第3章 流力动力学名词解释：迹线：流体质点的轨迹线；流线：用欧拉法描述速度场时的速度矢量线；连续方程：反映物质不灭质量守恒的方程。动量方程：反映物质动量变化与受力关系的方程，其本质是牛顿第二定律。能量方程：反映物质能量变化与作功、吸收热量关系的方程。伯努利方程：反映理想流体定常运动时，流体的压力能，动能，质量力势能以及内能关系的方程。重点：流体动力学方程之间的关系和应用条件。伯努利方程填空题1、 场中流体各物理量只是 的函数，称一维流场2、 如果流场中每点的物理量值都一致,则称其为 场；如

10、果各点的物理量值不随时间而变化，则称其为 场。3、 根据动量守恒定律，可以推导出纳维斯托克斯方程；根据 ，可以推导出传热微分方程；根据 则可以分别推导出流体连续性方程方程和质量传输微分方程。4、 一维圆管中水流的质量守恒表达式为 5、伯努利方程的物理意义是 能、 能、 能总和守常。其积分式应用条件是 、 、 、 、 。6、质量力是指作用于流体质点上的力，最常见的有 力；表面力是指通过接触作用于流体表面上的力，常见的有 力和 力。7、质量守恒定律在流体力学中的具体表现形式为 方程；而动量守恒定律在流体力学中的具体表现形式称为 方程；理想流体能量守恒方程称为 方程。答案：1 流场中流体各物理量只是

11、 空间单一方向的函数，称一维流场2 如果流场中每点的物理量值都一致,则称其为 均匀场；如果各点的物理量值不随时间而变化，则称其为 稳态场。3、根据动量守恒定律，可以推导出纳维斯托克斯方程；根据 能量守恒定律 ，可以推导出传热微分方程；根据 质量守恒定律 则可以分别推导出流体连续性方程方程和 质量传输 微分方程。4、一维圆管中水流的质量守恒表达式为 5、伯努利方程的物理意义是 压 能、 动 能、 势 能总和守常。其积分式应用条件是 不可压缩 、 沿流线 、 稳态流 、 理想流体 、 只有重力场 。6、质量力是指作用于流体质点上的力，最常见的有 重力力；表面力是指通过接触作用于流体表面上的力，常见

12、的有 粘性力和 压强力。7、质量守恒定律在流体力学中的具体表现形式为连续 方程；而动量守恒定律在流体力学中的具体表现形式称为动量方程；理想流体能量守恒方程称为伯努利方程。1、流场中流体各物理量只是时间的函数，称为一维流场。 （ ）2、均匀流场中每点的物理量值都一致。 （ ）3、稳态流场中的各点的物理量值不随时间而变化。 （ ）4、稳态流场中的各点的物理量对时间的偏导数为零。 （ ）5、根据动量守恒定律，可以推导出纳维斯托克斯方程6、一维圆管中水流的质量守恒表达式为v1A1=v2A2。 （ ）7、一维圆管中水流的连续方程可表达为v1A1=v2A2。 （ ）8、理想流体能量守恒方程称为连续方程。

13、（ ）9、实际流体动量传输方程又称为纳维尔-斯托克斯方程，简称N-S方程 。 （ ）10、伯努利方程的物理意义是压能、动能、势能总和守常。 （ ）11、表示的平面流场流动是连续的。 （ ）1、如果流场中每点的物理量值都一致,则称其为 。A、一维流场 B、均匀场 C、稳态场 D、非稳态场2、根据 ，可以推导出纳维尔-斯托克斯方程。A、能量守恒定律 B、质量守恒定律 C、动量守恒定律 D、傅里叶定律3、质量守恒定律在流体力学中的具体表现形式为 。A、连续方程 B、能量方程 C、运动方程 D、伯努利方程4、理想流体能量守恒方程称为 。A、连续方程 B、能量方程 C、运动方程 D、伯努利方程5、以下不

14、满足伯努利方程应用条件是 。A、不可压缩 B、沿流线非稳态流动 C、理想流体 D、只有重力场6、实际流体动量传输方程又称为 。A、欧拉方程 B、伯努利方程C、纳维尔-斯托克斯方程 D、达西公式选择题1. 伯努利方程表达式错误的是 。A. =常数 B. C. =常数 D. 2. 纳维尔-斯托克斯方程表达式正确的为 。(D)A. B. C D 简答与计算题：1、流体静力方程。各参数物理意义？2、维尔-斯托克斯方程和欧拉方程的应用条件各是什么？答：N-S方程：不可压缩、物性守常、粘性流体欧拉方程：无粘流体5、 如果给定某一连续流体速度场（即给出、表达式）,如何判断该流体是否为不可压缩流体？6、 P.

15、43习题2、习题3。7总流伯努利方程的适用条件有哪些？P.37以下几题考一题，主要考伯努力方程的应用6.用充汞的U形管测水槽内I面的静压，得汞柱高差为0.012 m，(如图所示)，求该水平面的静压差h静1(h静1=P1-P2)。已知H=0.02m，汞的密度与水的密度分别为13595、1000kg/m3。解：h静1=P1-P2据：0-0面两边静压相等，有：或：式中右侧第一项忽略不计，则有：7.如图所示文特利管可测流量，如处于开口试验段，d=400mm,D=1m,h=150mm,空气和酒精密度分别为1.293,795 kg/m3计算出口处的气流速度。要点：所以：得到：9、P.38例题：皮托管测流速

16、原理10、P.39例题：3-511、P44习题9第4章 层流流动及湍流流动一、名词解释1. 速度边界层指在靠近边壁处速度存在明显差异的一层流体，即从速度为零到0.99倍的地方称为速度边界层。3、雷诺准数及其物理意义雷诺准数,表征惯性力与粘性力之比的无因次量，是流态的判断标准。4 层流流体质点在流动方向上分层流动，各层互不干扰和掺混，这种流线呈平等状态的流动称为层流。5. 湍流当流体运动极不规则，各部分流体相互剧烈掺混，流体质点的迹线杂乱无章，流场极不稳定时。此种流动形态称为“湍流”。6、层流边界层 近壁处，由速度为零的壁面到速度分布较均匀的99%的地方，这一流层称为层流边界层。二、填空题1、雷

17、诺数Re的表达式为：，其物理含义为表征 惯性力 与 粘性 力之比。2、层流中平均流速与管轴线上最大流速的关系是 。若用皮托管测得管道中轴层流最大流速为Vmax，则管道流量为 。湍流平均流速与管轴线上最大流速的关系是 。三、选择题1流体在边界层内流动的流态为 ( ) A层流 B.紊流 C既有层流又紊流 D.上述三种情况都有可能2粘度很大的流体在内径很小的管内作低速流动时，易产生( ) A紊流 B.层流 C.定常流动 D.非定常流动1、 层流和湍流的流动各有何特点？常用的判据是什么？（如何求沿层阻力降？）2、 温度为338K热水的密度 = 980kg/m3，粘度 = 0.4355×10

18、- 3 Pa·S，在直径为89×4的钢管中流动，如热水的体积流量为40m3/hr,试判断热水在管道中流动的型态。解：要判断热水在管中的流动型态，需要求出该流动情况下的雷诺数。d = 89 - 2×4 = 81mm = 0.081m热水的流速u = V/A = (40/3600)/(/4)×0.0812 = 2.16m/s338K热水的密度 = 980kg/m3 ,粘度 = 0.4355×10 - 3 Pa·S故 Re=dup/=(0.081×2.16×980)/(0.4355×10-3) = 3.93&#

19、215;105可见 Re > 2300,所以热水在管中的流动形态为湍流3、 20时甘油的粘度为1499厘泊，比重为1.26，1"管的规格为33.5×3.25mm ,以0.2m/s流速流动，求流过每米管长时的摩擦阻力。解：20时甘油的粘度为1499厘泊，比重为1.26，1"管的规格为33.5×3.25 ，d=0.027m。当流速为0.2m/s时，求得： Re=du/=(0.027×0.2×1260)/(1499×10-3)=4.54<2300 流动型态为层流，流过每米管长时的阻力损失为：据式（2-26）有：4.判断

20、下列流动状态是层流还是湍流？（a）很长的水管，直径，流速，运动粘性系数。 （b）很长的油管，直径，流速，运动粘性系数。答案：(a)层流 (b)湍流5、Re=3500, 20水(=998.23kg/m3)流过直径为50.8mm，长1.3m的光滑管。求：(1) 湍流、层流平均流速比、压力损失比(2) 湍流总压降(3) 层流时中心流速要点：(1)据Re定义式，(2)，(3)(4)6、某工厂架设一条铸铁输水管，长500m，直径200mm，流量为，水源为5m深井，进口有一个滤水网（），管路中有10个弯头（），两个闸门（），为，管道的绝对粗糙度。求水泵压头。要点：建立管道的伯努利型能量方程，由流量求出管流

21、的平均速度、雷诺数，再由相对粗糙度查莫迪图得出管道的沿程阻力系数，代入能量方程，即得水泵压头。答案：水泵压头53.3m6、试述雷诺试验意义 雷诺试验意义有三：其一是揭示了粘性流体存在两种截然不同的流动状态，即层流状态和紊流状态，如图当管内的整个流场呈一簇互相平行的流线，这种流动状态称为层流（或片流）。当管内的流速增大到上临界流速时，流体质点作复杂的无规则的运动，这种流动状态称为紊流（或湍流）。其二雷诺试验揭示了沿程损失和管内平均流速之间的关系：      hf=kvn式中k为系数，n为指数，均由实验确定。实验结果证明：当vvcr时,n

22、1=1，即层流中的沿程损失与平均流速的一次方成正比；当vvcr时，n2=1.752，即紊流中的沿程损失与平均流速的1.752次方成正比。其三是雷诺试验给出了判别流动状态的准则数雷诺数：，对于工业管道，一般取圆管的临界雷诺数Recr2300。当Re2300时，流动为层流；当Re2300时，即认为流动是紊流。7、 例题8、 作业P.63 第8题。第5章 边界层理论1、 例题2、作业：P.73第3题。第6章 热量传输的基本概念1 气体和液体的导热在机理上有何差别，为什么温度升高时气体导热系数升高，而大多数液体的导热系数却降低？2 何谓绝热保温材料？为什么多孔材料的隔热性能较好，若其被水浸湿后其导热性

23、能有何变化？3、热量的传输有三种基本方式，即导热，对流传热和辐射传热。要求能区分三种方式。4、导热（热传导）：指温度不同的物质微观粒子的热运动导致的热量传递，没有相对宏观运动时发生的热量传输现象。4、气体、液体、导电固体和固体的导热机理不同： 气体：通过分子或原子间的彼此碰撞 液体：通过弹性波的作用 固体：依靠晶格的振动， 金属中还有自由电子的扩散5、 对流是指流体中各部分间发生相对位移而引起的热传递现象，即不同温度的各部分发生相互对流，掺混。6、强制对流传热：流体的流动系外力引起的对流传热，如用水泵泵水使之流动。7、自然对流传热：则是由于温差造成密度差产生浮力而使流体流动。如用水壶烧水，在未

24、达到沸点前壶内的水已经开始上下流动。此时的对流传热即为自然对流传热。8、气体通过分子或原子间的彼此碰撞进行导热，气体导热系数升高随温度升高而增大。 （ ）6、7、 第8章 导热重点：要求能进行单层、二层、三层的无限大平板和圆筒的传热计算。 热阻的概念单层、二层、三层的无限大平板和圆筒的传热计算考一题。1、某圆筒型炉壁由两层耐火材料组成，第一层为镁碳砖，第二层为粘土砖，两层紧密接触。第一层内外壁直径为2.94m、3.54m，第二层外壁直径为3.77m，炉壁内外温度分别为1200和150。求：导热热流与两层接触处温度（已知l14.30.48×10-3t，l20.698+0.5×

25、10-3t w/m×）。解：按已知条件，t11200，t3150，并假设t2760，则有：符合工程误差要求，即导热热流为57874.2 w/m，两层接触处温度为760。2、某热风管道，内径d185mm，外径d2100mm，管道材料导热系数为 l158w/m·K，内表面温度t1150，现拟用玻璃棉保温（l20.0526w/m·K），若要求保温层外壁温度不高于40，允许的热损失为QL52.3w/m，试计算玻璃棉保温层的最小厚度。解：依题意有：即：d30.2004mm，即玻璃棉保温层最小厚度为（d3d2）÷2（200100）÷250mm。3、管道内径

26、d157mm，内壁温度tw1150，周围空气温度tf230，外表与空气间对流给热系数h210.5 w/m2·K，管壁材料l0.233w/m·K，当厚度分别为50mm、100mm时，求管道热损失。解：（1）当管壁厚度s=50mm时，d10.057m，d20.0570.05×20.157m由于已知管道内壁温度，计算传热量时可只考虑管壁本身导热及管道外壁与周围介质的对流给热：（2）当壁厚增至100mm时，d10.057m，d20.0570.10×20.257m，重复上述计算，有：管道壁厚增加一倍，传热量减少22.8%。4、P110例9-35、对流给热和传导传热

27、有什么联系与区别，为什么有人认为对流给热不是一种独立的传热方式？答：两者之间的联系是：都是接触传热，有温差时必然发生，与材料的物性参数有关；在流体参与导热的情况下，由于有温差的存在，必然发生对流，有对流又影响传热过程，即发生对流给热；对流给热发生在温度边界层内，层流边界层或过渡区、湍流边界层的层流底层的传热机理是传导传热，即导热是构成对流传热的一部分。两者之间的区别是：导热是依靠相接触的物体之间微观粒子的振动波来进行的，物体之间不发生物质的宏观位移，虽然也有物质的扩散迁移，但对导热影响不大；对流给热则不同，从传热机理上说，给热是有导热、辐射和宏观物质位移造成的热量迁移三者综合的结果，且一般说来

28、，宏观物质位移造成的热量迁移占对流给热的主要部分，但从传热机理上说，它并非是一种传热机理。正因为如此，有人认为对流给热不是一种独立的传热方式。6、自然对流与强制对流给热机理有何区别。答：引起流动的原因不同。自然对流是由于流体与表面换热后温度发生变化，导致不同部位流体的密度产生差异，受热部分受浮力作用产生向上的流动，变冷的流体部分向下流动，从而产生对流；而强制对流的动力来自外界，不受温度场影响或影响较小；给热强度不同。一般由于强制对流速度大，边界层厚度小、热阻小，因而对流给热强度大；而自然对流给热强度一般较小；影响对流给热系数的因素不同。自然对流给热系数一般受温差大小、流体物性参数、表面形状等因

29、素影响较大，而强制对流一般受外来动力影响较大。7、利用空气自然冷却直径为3mm的水平导线，此时电线表面温度为tw90，远离导线的空气温度为30。求：对流给热系数。解：边界层内定性温度查得：计算得：气体热膨胀系数查表得：8、含0.2%碳的低碳钢工件在1000下（奥氏体区）表面渗碳，入在渗碳气氛中使表面碳浓度维持在1.2%，已知1000条件下碳在钢中的平均扩散系数为3.59×10-11m2/s。求：经过3.5 hr后距表面0.5mm深度处的碳浓度。解：依题意有：CAi1.2%，CA00.2%，x0.5×10-3m，DA3.59×10-11m2/s，t3.5×

30、3600s=12600s将工件视为无限厚平板，则有：答：经过3.5小时后，距表面0.5mm深处的碳浓度为0.799%。10、一块厚度为200mm的钢板，初始温度1000°C，在20 °C的空气中冷却，仅考虑两侧冷却。已知钢板的l=34.8W/(m2 °C)，a=0.555x10-5m2/s，加热过程中的平均表面传热系数a=174W/(m2 °C)。试求：钢板中心冷却到500 °C时所需的时间。 11、习题：P.130第13题。第8章 对流传热1、 对流传热的分类2、 要求会判断传热类型，选择合适的公式。3、 给出公式会计算对流传热系数，要求记住

31、Nu准数的公式。4、 例题5、 习题6、 概念：特征尺寸、定性温度和特征速度l特征尺寸，它反映了流场的几何特征，对于不同的流场特征尺寸的选择是不同的。如，对于流体平行流过平板选择沿流动方向上的长度尺寸；对于管内流体流动选择垂直于流动方向的管内直径；对于流体绕流圆柱体流动选择流动方向上的圆柱体外直径。 特征流速它反映了流体流场的流动特征，是可以参照的特征参数，且易于确定。不同的流场其流动特征不同，所选择的特征流速是不同的。如，流体流过平板，来流速度被选择为特征流速；流体管内流动，管道截面上的平均流速可作为特征流速；流体绕流圆柱体流动，来流速度可选择为特征流速。 定性温度准数中的物性参数是温度的函

32、数，确定物性参数数值的温度称为定性温度。对于不同的流场定性温度的选择是不同的，这得根据确定该温度是否方便以及能否给换热计算带来较好的准确性来选取。一般的做法是，外部流动常选择来流流体温度和固体壁面温度的算术平均值，称为膜温度；内部流动常选择管内流体进出口温度的平均值（算术平均值或对数平均值），当然也有例外。7、空气横向流过直径为d5mm的铝质导线，空气温度tf10，流速vf1m/s，导线表面温度维持tw90，其电阻率为r0.0286Wmm2/m。求：（1）对流给热系数h；（2）若要表面温度不变，允许通过的最大电流I。解：（1）求对流给热系数h定性温度，查得：计算得：由表142知，C0.615，n0.466（2）求最大电流I散热量电线电阻发热量若保持电线表面温度不变，则即：8、作业：P.149第8题。第9章 辐射换热1、黑体、人工黑体。黑体的吸收率=12、 辐射力：E ：单位时间、单位表面积向半球空间辐射出的全部 波长（0-）范围的能量。单位 ：w /3、斯蒂芬波尔茨曼定律黑体辐射力：Eb = C0 (T/100)4 记 式中： C0 =5.67 W/(K4) 叫黑体的辐射系数。记4、实际物体的辐射力用下式计算： E=Eb=C0(T/100)4 W/4、 黑度（辐射率、发射率）的概念。5、6、黑度的影响因素有哪些？4、例：试分别计算2000K和5800K