冶金传输原理复习试题库

..一、名词解释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。2脉动现象：在足够时间，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，增加了流体流动阻力，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：流体流动时，各质点在不同方向上做复杂无规那么运动，相互干扰的运动。这种流动称为湍流。6流线：在同一瞬时，流场中连续不同位置质点的流动方向线。7流管：在流场取任意封闭曲线，通过该曲线上每一点，作流线，组成的管状封闭曲面，称流管。8边界层：流体通过固体外表流动时，在紧靠固体外表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n＜1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:要使这类流体流动需要有一定的切应力ι时流体处于固结状态，只有当切应力大于ι时才开场流动。12稳定流:运动参数只随位置改变而与时间无关，这种流动就成为稳定流。13非稳定流:流场的运动参数不仅随位置改变，又随时间不同而变化，这种流动就称为非稳定流。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，与时间无关。16水头损失:单位质量〔或体积〕流体的能量损失。17沿程阻力:它是沿流动路程上由于各流体层之间的摩擦而产生的流动阻力，也叫摩擦阻力。18局部阻力:流体在流动中因遇到局部障碍而产生的阻力。19脉动速度:脉动的真实速度与时均速度的差值成为脉动速度。20时均化原那么:在某一足够长时间段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。21热传导:物体各局部之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动进展的热量传递称为热传导。22对流:指流体各局部之间发生相对位移，冷热流体相互惨混所引起的热量传递方式。23热辐射:物体因各种原因发出辐射能，其中因热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。24等温面:物体中同一瞬间一样温度各点连成的面称为等温面。25温度梯度:温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度。26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。它表征了物体热量传输的能力。27对流换热:流体流过固体物体外表所发生的热量传递称为对流换热。28黑体:把吸收率为1的物体叫做绝对黑体，简称黑体。29灰体:假定物体的单色吸收率与波长无关，即吸收率为常数，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间单位外表积向外表上半球空间所有方向发射的全部波长的总辐射能量，记为E，单位是W/㎡。31角系数:我们把外表1发射出的辐射能落到外表2上的百分数称为外表1对外表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空位扩散:气体或液体进入固态物质孔隙的扩散。35自扩散系:指纯金属中原子曲曲折折地通过晶格移动。36互扩散系数:，式中称为互扩散系数。37普朗克定律:提醒了黑体辐射能量按波长的分布规律，数学表达式〔〕38斯蒂芬-玻尔茨曼定律:提醒了黑体辐射力正比于其热力学温度的四次方的规律，公式39维恩位移定律:在一定温度下，绝对黑体的温度与辐射本领最大值相对应的波长λ的乘积为一个常数，λT=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，恒等于同温度下黑体的辐射力。41投入辐射:单位时间投射到外表单位面积上的总辐射能被称之为投入辐射。42有效辐射:单位时间离开外表单位面积的总辐射能为该外表的有效辐射。43采用何种技术路线测量一固态物质的自扩散系数:44柯肯达尔现象:指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷。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。二、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，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对流体的剪切力？答：边界层都处于层流状态。4两个不同水力学系统相似的条件是什么？答，几何相似，动力相似，运动相似。5解释雷假设数的物理意义，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。6．温度T=15℃，运动粘度ν＝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"：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。7．流体在圆管中流动时，"流动已经充分开展〞的含义是什么？在什么条件下会发生充分开展了的层流，又在什么条件下会发生充分开展了的湍流？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。进口段有开展着的流动，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，便形成了充分开展的流动。在层流流进管道时，当流进长度大于l=0.065dRe)时，流体开展为充分开展的层流。在湍流条件下，当流入管长度至l=25-40d左右，流体为充分开展的湍流。8写出流体静力学根本方程式，并说明其能量意义和几何意义。解:流体静力学根本方程为：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。9试判断以下平面流场是否连续"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=kπ〔k=0，1，2，……〕时连续。11、温度T=5℃的水在直径d＝100mm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解：由题意知：水的平均流速为根据雷诺数公式故为湍流。11．当铸件在砂型中冷却凝固时，由于铸件收缩导致铸件外表与砂型间产生气隙，气隙中的空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种根本的热量传递方式？答：热传导、辐射12．假设在两小时，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解：由傅里叶定律可知两小时通过面积为152×152mm2的平面的热量为873=-得13有一厚度为20mm的平面墙，其热导率λ为1.3W/(m·℃)。为使墙的每平方米热损失不超过1500W，在外侧外表覆盖了一层λ为0.1W/(m·℃)的隔热材料，复合壁两侧外表温度分布750℃和55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14液态纯铝和纯铜分别在熔点〔铝660℃，铜1083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量，取决于材料的热物性。两个砂型材料一样，它们的热导率λ和比热容c及紧实度都一样，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，比热和密度根本不变，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，取决于外表的粗糙程度〔相对于热辐射的波长而言〕当外表的不平整尺寸大于投射波长时，形成漫反射。16，解释黑体的吸收率等于一的物理意义？答：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。17，解释制造人造黑体的原理？答：利用工程材料〔吸收率必然小于黑体〕，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，空腔要经历屡次吸收和发射，而每经历一次吸收辐射就能按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部被吸收。18，严重氧化的金属外表的发射率分别处于温度50度和500度的环境下，比拟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。19，解释角系数相对性原理，角系数与温度有关吗？答：公式表示两个外表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。20，解释角系数的完整性性质。答：完整性对于有n个外表组成的封闭系统，据能量守恒可得，此式即为角系数的完整性。21，用代数法计算外表1和外表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，与外表1和外表2一起组成一个封闭腔。在此系统里，根据角系数的完整性，外表1对外表2的角系数可表示为：同时，也可以把图形abc和abd看成两个各由三个外表组成的封闭腔。将式用于这两个封闭腔可得：于是可得外表1和外表2之间角系数为：22，气体辐射有何特点？答：1.气体辐射对波长具有选择性2气体辐射和吸收在整个容积中进展3气体的反射率为23，气体的吸收率与发射率相等吗？为什么？答：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；投射到物体外表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：当物体外表为漫灰外表时，二者相等25，一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晶体构造4第素或杂质26，气体扩散系数受压力影响吗？为什么？答：气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，压力越大，分子活动速率加大，导致温度升高，而又由于,可知温度为其主要影响因素，温度越高扩散系数越大27，当铸件在砂型中冷却凝固时，由于铸件收缩导致铸件外表与砂型间产生气隙，气隙中的空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种根本的热量传递方式？答：热传导、辐射。注：无对流换热29有哪些因素影响扩散系数？答：=1\*GB3①温度:影响扩散激活能和改变物质构造=2\*Arabic2、杂质=3\*GB3③气氛④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,原子间尺寸差异越小,电负性越大,亲和力越强,扩散越困难

⑤扩散物质性质和构造⑥化学键类型和强度

⑦扩散介质构造:体心立方构造大于面心立方构造的扩散系数

⑧构造缺陷:构造缺陷活化能小,容易扩散.三、计算题1．三段管路串联如图，直径d1=100cm，d2=50cm，d3＝25cm，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，故：质量流量为2．直径d=200m，长度l=300m的新铸铁管、输送重度γ=8.82kN/m3的石油．已测得流量Q=0.0278m3/s。如果冬季时油的运动粘性系数ν1=1.092cm2/s，夏季时ν2=0.355cm2/s，问在冬季和夏季中，此输油管路中的水头损失h1各为假设干"解：由题意知冬季同理，夏季有因为由布拉休斯公式知：4．用一风扇把静止空气通过一直管道排到车间外面。管道截面形状为矩形，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,问需要选择多少功率的风扇？(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P1=P2,Z2=Z1,V1=0所以上方程简化为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那么在0.98大气压条件下，空气密度是---ρ1.18kg/M3空气粘度为：η=1.7x10-5kg/s-m空气流速V^=28/(0.2x0.3)=7.7m/sReynoldnumberRe=VDeρ/ηQUOTE是湍流，查表得f=0.0042因为Ef=2f(L/De)V^2能量平衡方程β2=1M*=QUOTE=92m2/s2=92J/kg输送每公斤空气消耗能量92J.设计要求每秒输送空气质量流量Q=(28M3/60s)x1.18kg/M3=0.55kg/s那么风扇功率为M*xQ=92x0.55kgxJ/(kgxs)=50.6J/s=51w5．有一水管网线支线，长度20M，管径为20mm。管线上安装有3个90度的弯接头，一个全开启的阀门。试计算这条管线的压力降。〔9分〕：温度为20度,设管线为光滑管。要求供给水量10M3/小时，运动粘度查表〔教科书，pp234〕。局部损失L/D名称L/D90度弯头31全开阀76，水从铅直圆管向下流出，如图3.28所示。管直径d1＝10cm，管口处的水流速度vI＝1.8m/s，试求管口下方h＝2m处的水流速度v2，和直径d2。解：以下出口为基准面，不计损失，建立上出口和下出口面伯努利方程：代入数据得：v2=6.52m/s由得:d2=5.3cm7，管径d＝150mm，流量Q＝15L/s，液体温度为10℃，其运动粘度系数ν＝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)假设过流面积改为面积相等的正方形管道，那么其流动状态如何解：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：由不稳定区向层流转变临界速度为：假设为正方形那么故为湍流状态。8，在长度L=10000m、直径d=300mm的管路中输送重γ＝9.31kN/m3的重油，其重量流量G＝2371.6kN/h，求油温分别为10℃(ν=25cm2/s)和40℃(ν=1.5cm解：由题知：油温为10℃时40度时9，常压下温度为30℃的空气以10m/s的速度流过一光滑平板外表，设临界雷诺数Recr=3.2*105,试判断距离平板前缘0.4m及0.8m解：由题意临界雷诺数知