南昌大学冶金传输原理

1、流体：能够流动的物体，不能保持一定的形状，而且有流动性脉动现象：在足够的时间内，速度始终围绕一平均值变化，称为脉动现象水力粗糙管：管壁加速湍流，增加了流体流动阻力，这类管称为水力粗糙管牛顿流：符合牛顿粘性定律的流体湍流：液体流动时，各质点在不同方向上做复杂无规则运动，相互干扰的运动，流线：在同一瞬间，流场中连续不同位置质点的流动方向线流管：在流场内取任意封闭曲线，通过该曲线上每一点，作流线，组成的管状封闭曲面，称流管边界层：流体通过固体表面流动时，在紧靠固体表面形成速度梯度大的流体薄层称边界层非稳定流：如果流场的运动参数不仅随位置变化，又随时间不同而变化，这种流体就称为非稳定流稳定流：如果运动

2、参数只随位置变化而与时间无关，这种流动就称为稳定流迹线：同一质点在不同时间的运动轨迹水头损失：单位质量（或单位体积）流体的能量损失，称为水头损失或压力损失沿程阻力：沿流动路程上各流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力局部阻力：流体在流动中因局部障碍而产生的阻力称局部阻力脉动速度：脉动的真实速度与时均速度的差值时均化原则:在某一足够长时间段内以平均值的速度流经一微小有效断面积的流体体积，应该等于在同一时间段内以真实的有脉动的速度流经同一微小有效断面积的流体体积。 热传导：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递称为热传导对流：流体各部分之间发生

3、相对位移，冷热流体相互掺杂所引起的热量传递方式热辐射：物体通过电磁波传递能量的方式称为辐射等温面：物体在同一瞬间相同温度各点连成的面称为等温面温度梯度：温度场中任意一点沿等温法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度热扩散率：热扩散率与热导率成正比，与物体的密度和比热容c成反比。，表征了物体内热量传输的能力对流换热：流体流过固体表面时对流和导热联合起作用的方式黑体：吸收率为1的物体为绝对黑体灰体：物体的单色吸收率与波长无关，这种假想的物体称之为灰体辐射力的单位：物体向外界发射的辐射能量用辐射力表示角系数：表面一发射出的辐射能落到表面2的百分数称为表面1对表面二的角系数雷诺数：表示了惯性力和粘性力的

4、比值流束：在流管内取一微小曲面dA,通过dA上每一点作流线，这族流线叫做流束二维稳态导热：稳态导热的温度分布将是两个空间坐标的函数，称为二维稳态导热吸收率：；普朗克定律：揭示了黑体辐射能量按波长的分布规律，即黑体单色辐射力的具体函数形式，根据量子理论导得的普朗克定律有如下数学表达式 斯蒂芬-波尔兹曼定律：在热辐射的分析计算中，确定黑体的辐射力是至关重要的，将普朗克定律式代入，积分的结果就得到著名的斯蒂芬-波尔兹曼定律基尔霍夫定律：提示了物体的辐射力与吸收率之间的理论关系，任何物体的辐射力与它来自同温度黑体辐射的吸收率的比值，与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下的黑体辐射力维恩位移定律：对应

5、于单色辐射力的波长m与热力学温度T之间存在着如下的关系；mT=2.8976×10-3 mK,表达的波长m与温度成反比的规律，称为维恩位移定律投入辐射：单位时间内投射到表面单位面积上的总辐射能被称为投入辐射记为G有效辐射：单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射记为J角形系数：砂粒实际比表面积/球形砂粒理论比表面积之比流体具有哪些物理性质？压缩性，膨胀性，密度，粘度。流线可以穿过流管吗？为什么？答：不能，流管是由流线组成，如果流线穿过流管，意味不同流线将相交，因为流线表示在流线上的质点的运动方向和大小，如果流线穿过流管，意味一个质点在同时具有两个速度，这是不可能的。所以流

6、线不能穿过流管。为什么湍流条件下可以利用牛顿粘度定律计算管道壁面对流体的剪切力？答：边界层都处于层流状态。两个不同水力学系统相似的条件是什么？ 答，几何相似，动力相似，运动相似。解释雷若数的物理意义，它有何作用？答：表示流体流动过程中惯性力和粘性力的作用大小 ，是它们的比值。可以用来判断流体的流动状态。可以两流体系统相似的判据之一。是摩擦系数的实验变量。温度T=15，运动粘度0.0114cm2/s的水，在直径d=2cm的管中流动，测得流速v=8cm/s，问水流处于什么状态?如要改变其运动，可以采取哪些办法?知： 故为层流。 升高温度或增大管径d均可增大雷诺数，从而改变运动状态。流体在圆管中流动

7、时，“流动已经充分发展”的含义是什么？在什么条件下会发生充分发展了的层流，又在什么条件下会发生充分发展了的湍流？答： 流体在圆管中流动时，由于流体粘性作用截面上的速度分布不断变化，直至离管口一定距离后不再改变。进口段内有发展着的流动，边界层厚度沿管长逐渐增加，仅靠固体壁面形成速度梯度较大的稳定边界层，在边界层之外的无粘性流区域逐渐减小，直至消失后，便形成了充分发展的流动。在层流流进管道时，当流进长度大于l=0.065dRe)时，流体发展为充分发展的层流。在湍流条件下，当流入管长度至l=25-40d左右，流体为充分发展的湍流。写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。解:流体静力学基

8、本方程为：同一静止液体中单位重量液体的比位能 可以不等，比压强也可以不等，但比位 能和比压强可以互换，比势能总是相等的。 试判断下列平面流场是否连续?解：由不可压缩流体流动的空间连续性方程（3-19，20）知： ， 当x=0，1，或y=k （k=0，1，2，）时连续。已知管径d150 mm，流量Q15L/s，液体温度为 10 ，其运动粘度系数0.415cm2/s。试确定：(1)在此温度下的流动状态；(2)在此温度下的临界速度；(3)若过流面积改为面积相等的正方形管道，则其流动状态如何?解：流体平均速度为： 雷诺数为： 故此温度下处在不稳定状态。因此，由不稳定区向湍流转变临界速度为：由不稳定区向

9、层流转变临界速度为： 若为正方形则故为湍流状态。温度T=5的水在直径d100mm的管中流动，体积流量Q=15L/s，问管中水流处于什么运动状态? T=5的水动力粘度为1.547x10-6m2/s解：由题意知：水的平均流速为 根据雷诺数公式 故为湍流。当铸件在砂型中冷却凝固时，由于铸件收缩导致铸件表面与砂型间产生气隙，气隙中的空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种基本的热量传递方式？答：热传导、辐射假设在两小时内，通过152mm×152mm×13mm（厚度）实验板传导的热量为 837J，实验板两个平面的温度分别为19和26，求实验板热导率。解：由傅里叶定律可知两小时内通过面积为1

10、52×152mm2的平面的热量为 873=- 得 有一厚度为20mm的平面墙，其热导率为1.3W/(m·)。为使墙的每平方米热损失不超过1500W，在外侧表面覆盖了一层为0.1 W/(m·)的隔热材料，已知复合壁两侧表面温 度分布750 和55 ，试确定隔热层的厚度。解：由多层壁平板导热热流密度计算公式（9-14）知每平方米墙的热损失为 得 液态纯铝和纯铜分别在熔点（铝660，铜1083）浇铸入同样材料构成的两个砂型中，砂型的密实度也相同。试问两个砂型的蓄热系数哪个大？为什么？答：此题为讨论题，砂型的蓄热系数反映的是材料的蓄热能力，综合反映材料蓄热和导热能力的物理

11、量，取决于材料的热物性。 两个砂型材料相同，它们的热导率和比热容c及紧实度都相同，故两个砂型的蓄热系数一样大。 注：铸型的蓄热系数与所选造型材料的性质、型砂成分的配比、砂型的紧实度及冷铁等因素有关！ 考虑温度影响时，浇注纯铜时由于温度较纯铝的高，砂型的热导率会增大，比热和密度基本不变，从而使得砂型蓄热系数会有所增大物体在什么条件下，形成漫反射？物体是否发生漫反射，取决于表面的粗糙程度（相对于热辐射的波长而言）当表面的不平整尺寸大于投射波长时，形成漫反射。解释黑体的吸收率等于一的物理意义？黑体的吸收率等于一，这意味着黑体能够全部吸收各种波长的辐射能。解释制造人造黑体的原理？答：利用工程材料（吸收

12、率必然小于黑体），制造一个空腔，使空腔壁面保持均匀温度，并在空腔上开一个小孔，空腔内要经历多次吸收和发射，而每经历一次吸收辐射就能按内壁吸收率的大小被减弱一次，最终能离开小孔的能量是微乎其微的，可以认为投入辐射完全在空腔内部被吸收。严重氧化的金属表面的发射率分别处于温度50度和500度的环境下，比较该金属在这两种条件下的发射率大小？答：后者更大，金属材料的发射率随温度升高而增高。解释角系数相对性原理，角系数与温度有关吗？答：公式表示两个表面在辐射换热时角系数的相对性。角系数与温度无关，因其纯属几何因子，仅取决于几何形状。解释角系数的完整性性质。答：完整性对于有n个表面组成的封闭系统，据能量守恒

13、可得，此式即为角系数的完整性。气体辐射有何特点？ 气体辐射对波长具有选择性。  气体辐射和吸收是在整个容器中进行的，与气体在容器中的分子数目及容器形状和容积等有关。 气体的吸收率与发射率相等吗？为什么？实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为该物体的发射率；投射到物体表面的总能量中被吸收的能量所占的份额是物体的吸收率。由基尔霍夫定律可知：当物体表面为漫灰表面时，二者相等一般固体物质的扩散系数受哪些因素影响？答：1.温度。温度越高，扩散系数越大2固溶体类型3晶体结构4第三元素或杂质气体扩散系数受压力影响吗？为什么？气体中的扩散系数与系统、温度和压力有

14、关，压力越大，分子活动速率加大，导致温度升高，而又由于-/0eQRTDD= ,可知温度为其主要影响因素，温度越高扩散系数越大当铸件在砂型中冷却凝固时，由于铸件收缩导致铸件表面与砂型间产生气隙，气隙中的空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种基本的热量传递方式？答：热传导、辐射。 注：无对流换热假设在两小时内，通过152mm×152mm×13mm（厚度）实验板传导的热量为 837J，实验板两个平面的温度分别为19和26，求实验板热导率。解：由傅里叶定律可知两小时内通过面积为152×152mm2的平面的热量为 873=- 得 , 有哪些因素影响扩散系数？答：温度:影响扩散激活能和改变物质结构2、杂质气氛固溶体类型:间隙性固溶体比置换型固溶体更容易扩散;在置换型固溶体中,原子间尺寸差别越小,电负性越大,亲和力越强,扩散越困难 扩