冶金传输原理(吴树森版)复习题库-2023修改整理

千里之行，始于足下让知识带有温度。第第2页/共2页精品文档推荐冶金传输原理(吴树森版)复习题库一、名词解释

1流体：能够流淌的物体。不能保持一定的外形，而且有流淌性。

2脉动现象：在足够时光内，速度始终围绕一平均值变化，称为脉动现象。

3水力粗糙管：管壁加剧湍流，增强了流体流淌阻力，这类管称为水力粗糙管。

4牛顿流：符合牛顿粘性定律的流体。

5湍流：流体流淌时，各质点在不同方向上做复杂无规章运动，互相干扰的运动。这种流淌称为湍流。

6流线：在同一瞬时，流场中延续不同位置质点的流淌方向线。

7流管：在流场内取随意封闭曲线，通过该曲线上每一点，作流线，组成的管状封闭曲面，称流管。

8边界层：流体通过固体表面流淌时，在紧靠固体表面形成速度梯度较大的流体薄层称边界层。

9伪塑性流：其特征为（），当nv1时，为伪塑型流。

10非牛顿流体:不符合牛顿粘性定律的流体，称之为非牛顿流体，主要包括三类流体。

11宾海姆塑流型流体：要使这类流体流淌需要有一定的切应力I时流体处于固结状态，惟独当切应力大于I时才开头流淌。

12稳定流：运动参数只随位置转变而与时光无关，这种流淌就成为稳定流。

13非稳定流：流场的运动参数不仅随位置转变，又随时光不同而变化，这种流淌就称为非稳定流。

14迹线：迹线就是流体质点运动的轨迹线，特点是：对于每一个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一族曲线，而且迹线只随质点不同而异，与时光无关。

16水头损失：单位质量（或体积）流体的能量损失。

17沿程阻力：它是沿流淌路程上因为各流体层之间的内摩擦而产生的流淌阻力，也叫摩擦阻力。

18局部阻力：流体在流淌中因碰到局部障碍而产生的阻力。

19脉动速度：脉动的真切速度与时均速度的差值成为脉动速度。

20时均化原则：在某一足够长时光段内以平均值的速度流经一极小有效断面积的流体体积，应当等于在同一时光段内以真切的有脉动的速度流经同一极小有效断面积的流体体积。

21热传导：物体各部分之间不发生相对位移时，依赖分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动举行的热量传递称为热传导。

22对流：指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体互相惨混所引起的热量传递方式。

23热辐射：物体因各种缘由发出辐射能，其中因热的缘由发出辐射能的现象称为热辐射。

24等温面：物体中同一眨眼相同温度各点连成的面称为等温面。

25温度梯度：温度场中随意一点沿等温面法线方向的温度增强率称为该点的温度梯度。

26热蔓延率：（），热蔓延率与热导率成正比，与物体的密度和比热容c成反比。它表征了物体内热量传输的能力。

27对流换热：流体流过固体物体表面所发生的热量传递称为对流换热。

28黑体：把汲取率为1的物体叫做肯定黑体，简称黑体。

29灰体：假定物体的单色汲取率与波长无关，即汲取率为常数，这种假定物体称之为灰体。

30辐射力的单位：辐射力是物体在单位时光内单位表面积向表面上半球空间全部方向放射

的所有波长的总辐射能量，记为E,单位是W/m2o

31角系数：我们把表面1放射出的辐射能落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数。

32质量溶度：单位体积的混合物中某组分的质量。

33摩尔溶度：单位体积混合物中某组分的物质的量。

34空位蔓延:气体或液体进入固态物质孔隙的蔓延。

35自蔓延系：指纯金属中原子曲蜿蜒折地通过晶格移动。36互蔓延系数：DDix2D2x-，式中

D称为互蔓延系数。

37普朗克定律：揭示了黑体辐射能量按波长的分布逻辑，数学表达式（）

38斯蒂芬-玻尔茨曼定律：揭示了黑体辐射力正比于其热力学温度的四次方的逻辑，公式

EbbT4

39维恩位移定律：在一定温度下，肯定黑体的温度与辐射本事最大值相对应的波长入的乘积为一个常数，入T=b40基尔霍夫定律：任何物体的辐射力与它对来自同温度黑体辐射的汲取率的比值，与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下黑体的辐射力。

41投入辐射:单位时光内投射到表面单位面积上的总辐射能被称之为投入辐射。

42有效辐射:单位时光内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射。

43采纳何种技术路线测量一固态物质的自蔓延系数：

44柯肯达尔现象：指两种蔓延速率不同的金属在蔓延过程中会形成缺陷。

45纽歇尔数：是由边界换热微分方程而来，它反映了对流换热在边界上的特征

46温度边界层：称热边界层，流体流过壁面时，边界附近因加热或冷却而形成的具有温度梯度的薄层，也就是对流传热热阻所在区域。

、问答题

1流体具有哪些物理性质？

压缩性，膨胀性，密度，粘度。

2流线可以穿过流管吗？为什么？

答：不能，流管是由流线组成，假如流线穿过流管，意味不同流线将相交，由于流线表示在流线上的质点的运动方向和大小，假如流线穿过流管，意味一个质点在同时具有两个速度，这是不行能的。所以流线不能穿过流管。

3为什么湍流条件下可以利用牛顿粘度定律计算管道壁面向流体的剪切力？答：边界层都处于层流状态。

4两个不同水力学系统相像的条件是什么？

答，几何相像，动力相像，运动相像。

5解释雷若数的物理意义，它有何作用？

答：表示流体流淌过程中惯性力和粘性力的作用大小，是它们的比值。可以用来推断流体

的流淌状态。可以两流体系统相像的判据之一。是摩擦系数的试验变量。

6.温度T=15C,运动粘度v0.0114cm2/s的水，在直径d=2cm的管中流淌，测得流速v=8cm/s,问水流处于什么状态？如要转变其运动，可以实行哪些?:

810-2-210"2

仆vd

=1403

ghF0

h

解:流体静力学基本方程为：

同一静止液体中单位分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。

9试推断下列平面流场是否延续？

解：由不行压缩流体流淌的空间延续性方程（

3-19，20）知：，

2

3

2

3xsiny3xsiny3x1xsiny

X

3x

X

当x=o,1，或y=kn(k=0,1,2,

11、温度T=5C的水在直径d=100mm的管中流淌，体积流量Q=15L/s，问管中水流处于什么运动状态？T=5C的水动力粘度为1.547x10-6m2/s

解：由题意知：水的平均流速为

6

I-—

—

=

m

」1—jui14

按照雷诺数公式

Yff

—

Re=—=」——r=123464)13000rI547MQ-6

故为湍流。

11.当铸件在砂型中冷却凝固时，

因为铸件收缩导致铸件表面与砂型间产愤怒隙，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

12.假设在两小时内，通过

152mmx152mmx13mm（厚度）试验板传导的热量为837J,

试验板两个平面的温度分离为

19C和26C，求试验板热导率。

解：由傅里叶定律可知两小时内通过面积为

152x152mm2的平面的热量为

小

dT

T

Q

A—tA

tdx

x

1926

152103

152103

亍23600873=-

13103

得

9.34103

W/m0

C

13有一厚度为20mm的平面墙，其热导率入为1.3W/（mC）。为使墙的每平方米热损失不超过1500W，在

外侧表面笼罩了一层入为0.1W/（m-C）的隔热材料，已知复合壁两侧表面温度分布750C和55C,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

-x

3x2

sinyx

-^3x3siny

y

时延续。

X

ab,cd

X

ab,ac

X

ab,bd

同时，也可以把图形abc和abd看成两个各由三个表

面组成的封闭腔。将式

X12

L1L2

2L1

用于这两个封闭腔可得:

TT2

1275055“cc

1500

1500

0.022

12

1.30.1

得

2

44.8mm

14液态纯铝和纯铜分离在熔点（铝660C,铜1083C）浇铸同样材料构成两个砂型中，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：此题为研究题，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

力的物理量，取决于材料的热物性bc

。

两个砂型材料相同，它们的热导率入和比热容C及紧实度都相同，故两个砂型的蓄热系数一样大。有关!

考虑温度影响时，浇注纯铜时因为温度较纯铝的高，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

15物体在什么条件下，形成漫反射？

答：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。

16,解释黑体的汲取率等于一的物理意义？

答：黑体的汲取率等于一，这意味着黑体能够所有汲取各种波长的辐射能。

17,解释创造人造黑体的原理？

答：利用工程材料（汲取率必定小于黑体）

，创造一个空腔，使空腔壁面保持匀称温度，并

在空腔上开一个小孔，空腔内要经受多次汲取和放射，而每经受一次汲取辐射就能按内壁吸收率的大小被削弱一次，终于能离开小孔的能量是微乎其微的，可以认为投入辐射彻低在空

腔内部被汲取。

18,

严峻氧化的金属表面的放射率分离处于温度50度和

500度的环境下，比较该金属在这两种条件下的放射率大小？答：后者更大，金属材料的放射率随温度上升而增高。

19,解释角系数相对性原理，角系数与温度有关吗？

答：公式AX】？5、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，仅取决于几何外形。

20,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，据能量守恒可得

21,用代数法计算表面1和表面2之间的角系数.（只要求列出方程式）解：作辅助线ac和bd,它们代表两个假象面，与表面1和表面2一起组成一个封闭腔。在

此系统里，按照角系数的完整性，表面

1对表面2的角系数可表示为：

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

X11X12X13

X=1

1n

，此式即为角系数的完整性。

解：由题意知

0.0278*

4

^0,22

=0.885m/j

的总能量中被汲取的能量所占的份额是物体的汲取率。由基尔霍夫定律可知：当物体表面为

漫灰表面时，二者相等

25,普通固体物质的蔓延系数受哪些因素影响？

答：1?温度。温度越高，蔓延系数越大

2固溶体类型3晶体结构4第三元素或杂质

26,气体蔓延系数受压力影响吗？为什么？

答：气体中的蔓延系数与系统、温度和压力有关，压力越大，分子活动速率加大，导致温度

27,

当铸件在砂型中冷却凝固时，因为铸件收

缩导致铸件表面与砂型间产愤怒隙，

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

29有哪些因素影响蔓延系数？

答：①温度：影响蔓延激活能和转变物质结构2、杂质③气氛④固溶体类型：间隙性固溶体比置换型固溶体更简单蔓延；在置换型固溶体中，原子间尺寸差别越小，电负性越大，亲和力越强蔓延越困难⑤蔓延物质性质和结构⑥化学键类型和强度⑦蔓延介质结构：体心立方结构大于面心立方结构的蔓延系数⑧结构缺陷：结构缺陷活化能小，简单蔓延?三、计算题

1.三段管路串联如图，直径d1=100cm,d2=50cm,d3=25cm,已知断面平均速度v3=10m/s,求v1,v2，

和质量流量（流体为水）。

解：可压缩流体稳定流时沿程质量流保持不变，

质量流量为

?Q水v3A349°Kg/s

2.

直径d=200m，长度l=300m的新铸铁

管、输送重度

丫=8.82kN/m3的石油.已测得流量

Q=0.0278m3/s。假如冬季时油的运动粘性系数

v1=1.092cm2/s夏季时

冬季和夏季中，此输油管路中的水头损失

h1各为若干？

22,

答:气体辐射有何特点？1.气体辐射对波长具有挑选性2气体辐射和汲取在囫囵容积中举行3气体的反射率为

23,答:气体的汲取率与放射率相等吗？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放射率；

投射到物体表面

Xi2Xab,cd

Xab,ae

abacbe

2abXab,bdabbdad

2ab于是可得表面1和表面2之间角系数为:

(bead)(acbd)

2ab

上升，而又因为D°e

Q/RT

，可知温度为其主要影响因素，温度越高蔓延系数越大

Q

V1

vAA

V

^AL0.625m/s

v3A3

A1故:

2.5m/s

v2=0.355cm2/s问在

冬季

(U31XJ0SS52冉“

li,--2,36m

16220.22*9,81

.0.3164z=Re,,0316430()0.885^

「

hj二时二

4986°23

022*9,81

4?用一风扇把静止空气通过向来管道排到车间外面。管道截面外形为矩形，尺寸为200x300mm,长度为60M,设

空气温度为20度，管道入口压力和出口压力都为

0.98大气压,

设计管道流量为28M3/min,问需要挑选多少功率的风扇？

（空气在1个大气压时的密度为

1.207kg/M3,运动粘度为15.06x10-6M2/S.）

解：写出伯努利方程

—P

廿z誓丄尸+菽一話*知-的亠护IF"

P1=P2,Z2=Z1,V1=0

所以上方程简化为

4+^+Ef=O

2p2

De=4A/Pw=4x0.2x0.3/2(0.2+0.3)=0.24M

在一个大气压，温度15摄氏度的空气密度是1.207kg/M3

则在0.98大气压条件下，空气密度是

p=1.207x0.98/1.0=1.18kg/M3

空气粘度为：

n=1.7x10-5kg/s-m

空气流速

VA=28/(0.2x0.3)=7.7m/sReynoldnumber

同理，夏季有

由于

4()0()L=36（M乜）

因此，由不稳定区向湍流改变临界速度为：'

隠=巳=2320nv11=064（n?/s）

由不稳定区向层流改变临界速度为：

得:d2=5.3cm

由v1A1V2A

（1）水平放置.

(GrP)gTI3

/TV2

gTd3

/Tv2

NU1?(GF)：

C]0.53

n14

9，常压下温度为

30C的空气以10m/s的速度流过一光洁平板表面，设临界雷诺数

Recr=3.2*105,试推断距离平板前缘

0.4m及0.8m两处的边界层是层流边界层还是湍流边界

层？求出层流边界层相应点处的边界层厚度

解：由题意临界雷诺数知对应的厚度为

x,则

x0.512m

A点处（0.4m）是层流，

B点处（0.8m）是湍流层流边界层处雷诺数为：

于静止的空气中冷却。试问：从加速冷却的目的动身，柱体应水平还是竖直放置（辐射散热相同）？试估算开头冷却的眨眼两种状况下自然对流表面传热系数之比（均为层流）解：在开头冷却的眨眼，可以设初始温度为壁温，

因而两种情形下壁面温度相同。

水平放置

时，特征尺寸为柱体外径；竖直放置时，特征尺寸为圆柱长度，L>d。近似地采纳稳态工

况下获得的准则式来比较两种状况下自然对流表面传热系数，则有：

若为正方形则故为湍流状态。

Re=

心谥巧屈

i3

=680>500

8,在长度L=10000m、直径d=300mm的管路中输送重尸9.31kN/m3的重油，其分量流量G=2371.6kN/h，

求油温分离为10C（v=25cm2/和）40C（v=1.5cm2/S）的水头损失

G237L6+4

Q=—

二、貞=>￥二--=

s

解：由题知：「I-"

'■_

油温为10C时

曲1*0.5

RtU—=

r2严10"

=12i〕64/v16410000

]-

=Rccf2g1200.32*9.81

二906Im

Re=

*=2000(2320

1al()T

(UKK)00

2b0(i0~

10x

16106

3.2105

V°X10*0.4

6

16*10

2.5*105故,边界层厚度为:

4.64xRex

4.642.5105

0.43.712103m

10,一根L/d=10的金属柱体，从加热炉中取出置

40度时

c20.59n14

Nd!NU2C1

(GrF>)1

；C2(GrPr)2n

00.|3(L)

34

J

2

Nui_NU2—0.13G1)34

101.6:1

/

dL0.5910

由此可知：对给定情形，水平放置时冷却比较快。所以为了加速冷却，圆柱体应水平放置。

11,

管内强制对流湍流时的换热，若Re相同，在tf=30C条件下水的表面

传热系数比空气的高多少倍？解：定性温度tf

在该条件下，水的表面传热系数比空气高

52.46倍。

12,

设保温瓶的瓶胆可看作直径为

10cm高为26cm的圆柱体，夹层抽真

空，夹层两内表面

放射率都为0.05。试计算沸水刚注入瓶胆后，初始时刻水温的平均下降速率。夹层两壁壁温

可近似取为100C及20C

13,两块宽度为W，长度为L的矩形平板，面向面平行放置组成一个电炉设计中常见的辐射系统，板间间隔为S,

长度L比W和S都大无数，试求板对板的角系数

解：(参按例11-1)作辅助线ac和bd,代表两个假想面，与A1、A2

组成一个封闭腔，按照角

⑵竖直放置.

(GrP

r)2

gTl[Tv2gTL'/Tv2