传输原理讲义 2015A试卷及答案学习资料

A北京航空航天大学2015年6月29日班号学号姓名成绩《材料制备传输原理》期末考试卷注意事项：1、填空及判断题直接答在试卷上。2、简答和计算题答在答题纸上。题目：一、填空题(30分)1、（2分,1.1）如图，在相距h=0.06m的两个固定平行板间放置一块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油（上A下B），且油A粘度是油B粘度的3倍。以匀速v=0.3m/s拖动薄板时，每平方米所受合力F=28N，可得油A的粘度是2.1Pa·S、油B的粘度是0.7Pa·S。2、（5分，2.1）伯努力方程的积分式应用条件是不可压缩、沿流线、稳态流、理想流体和质量力只有重力。3、（1分，2.1）已知某空气流动速度场为，可以判断这种流动状况连续。（填连续/不连续）4、（2分，2.1）雷诺数Re反映了流场的惯性力与其粘性力的对比关系，毕渥数Bi反映了系统内导热热阻与环境对流换热热阻的对比关系。5、（5分，1.5）一般说来，固体的导热系数大于（大于、等于、小于）液体，液体的导热系数大于（大于、等于、小于）气体；在固体中，通常金属的导热系数比非金属大（大、小、等于），结晶物质的导热系数要比非晶物质的导热系数大（大、小、等于）；大多数金属的导热系数随温度的升高而降低（升高、降低、不变）。6、（2分，1.5）集总参数法的适用条件是Bi<0.1，满足集总参数法的物体，其内部温度分布特点为物体内部在同一时刻均处于同一温度，物体部的温度仅是时间的函数，而与位置无关。7、（2分，1.6）有一根水平放置的蒸汽管道穿过厂房，其保温层外径为583mm，外表面平均温度为48℃。已知周围空气温度为23℃，每米长保温管道由自然对流引起的散热量为157W。8、（2分，1.6）冷藏瓶由真空玻璃夹层所组成，在夹层的两相对面上镀银，黑度为0.05。内层壁的外径120mm，温度为0℃；外层壁的内径为240mm，壁温为27℃。玻璃夹层高200mm。如果不计瓶口的导热损失，由于辐射换热冷藏瓶每小时传热量为1326W。9、（3分，1.6）有一O2（A）与CO2（B）的混合物，温度294K，压力1.519×105，已知xA=0.40，vA=0.88m/s，vB=0.02m/s，试计算组分A和组分B的物质的量浓度分别为0.80kg/m3、1.64kg/m3；B的质量通量密度jB=-12.83mol/m2•s。10、（4分，1.1）已知：动量传输微分方程可以写作方程，根据三传类比，热量传输微分方程可以写作，质量传输微分方程可以写作二、判断题(15分)（1分，2.1）流体具有粘性的因素是流体分子间的吸引力。（×）（2分，4.4）已知管径d=300mm，流量Q=10L/s，液体温度为283K，其运动粘度系数υ=0.415cm2/s，此温度时管内液体流动状态为层流。（√）（2分，4.4）如图，文丘里管推动控制机构的活塞A上升。已知活塞直径D=50mm，质量m=0.51kg，文丘里管的d1=20mm，d2=10mm，h=100mm。当管中水流量为1.34×10-4m3•s-1时可托起活塞。（×）（1分，1.2）等温面上的任意一条线称为等温线，它可以是直线也可以是曲线。（√）（1分，4.3）冬天用手触摸铁块和泡沫塑料块时，尽管它们温度相同，但总是感觉铁块比较凉，这是因为铁的蓄热系数比泡沫的小几十倍左右的缘故。(×)（1分，1.5）利用集总参数Biv＜0.1M进行判断时，其中的M是与几何形状有关的常数：球体时M=1/3，无限长圆柱时M=1/2。（√）（1分，1.5）分子间不发生相对位移时，依靠物体内部的分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而产生的热量传递称为热辐射。（×）（1分，1.2）绝对的黑体是理想的物体，而灰体是在绝对黑体的基础上经灰度系数修正的模型，因此灰体并不是理想物体。(×)（1分，1.2）对流传质不仅依靠分子扩散，而且依赖于流体各部分之间的宏观相对位移，如金属熔炼时吸气，固体燃料燃烧时的鼓风送氧。（√）（1分，1.5）置换固溶体的激活能要比间隙固溶体的激活能大得多，所以钢件表面热处理时要获得同样的浓度，渗碳，渗氮要比渗铬的周期长。（×）（1分，1.5）菲克第二定律的意义是浓度对时间的变化率等于传质通量随距离的变化的负值。（√）（1分，1.2）等摩尔逆向扩散的质量传递与一维稳态导热不同，呈非线性变化，而通过静止气膜单向扩散时，组分物质的量浓度呈指数规律变化。（×）（1分，1.2）表面更新理论指出，传质的表面更新率和流体动力学条件及系统的几何形状有关，那么湍流相比于层流，表面更新率必然大。（√）三、简答题(15分)（5分,1.2）（1）为什么流体静压强的方向必垂直作用面的内法线？（2）试写出欧拉静平衡方程

答：（1）由于流体在静止时，不能承受拉力和切力，所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。（2）（5分,4.3）夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。试从传热的观点分析原因。答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。（5分，1.5）试述影响固相扩散的因素，并任意挑选2个因素进行举例说明答：a.温度b.晶体缺陷c.晶体结构的影响d.固溶体类型e.扩散元素浓度f.第三元素（或杂质）影响，四、计算题(40分)(8分，2.2)水池的侧壁上，装有一根直径d=0.8m的圆管，圆管内口切成α=45°的倾角，在这切口上装了一块可以绕上端铰链旋转的盖板，h=3m，如图所示。如果不计盖板自重以及盖板与铰链间的摩擦里，问开起盖板的力T为多大？（椭圆形面积的）1、解：P=γhCA=ρg(h+d/2)π=23.7KN……………….2分yD=yC+JC=压力中心距铰链的距离L=yD-=yC+-=0.582（m）……...…..5分由力矩平衡可知，PL=TdT==17.24（KN）…………………8分（9分，3.2）如图，燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度b=230mm；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为(1)根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm，试确定绝热砖层的厚度。(2)若普通砖层厚度为240mm，试计算普通砖层外表面温度。解(1)确定绝热层的厚度温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q。绝热砖层厚度的计算每块绝热砖的厚度为，取两块绝热砖的厚度为。................4分(2)计算普通砖层的外侧壁温先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度.......................................................................7分小于130℃，符合要求。通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温。.......................................................................9分（10分，3.1）已知碳初始质量分数Wc=0.20%，厚度为0.5cm的低碳钢板，置于一定温度下做渗碳处理1h，此时碳的表面质量分数Wc=0.70%，如果碳在钢中的扩散系数为1.0×10-11m2/s，试问在钢表面0.01cm处碳的质量分数是多少？（已知误差函数erf(0.264)=0.291，erf(0.280)=0.307，erf(0.259)=0.285。解：在低碳钢中碳的总质量分数很低，可视为常数，故用质量分数表示：……………….....2分代入已知数据：………………..5分即：在x=0.01cm处：……………….…………..8分所以wA=0.55%…………...……...……................……..10分(13分,1.6)湿球温度计的头部包上湿纱布置于压强为1×105Pa的空气中，温度计读数Ts为27℃。它所指示的温度是少量液体蒸发到大量未饱和蒸汽的稳态平衡温度。此湿度下的物性参数：水的蒸汽压0.05×105Pa，蒸发潜热2248kJ/kg，CH2O，s,=77×10-5kmol/m3，CH2O,∞=0，空气密度1.416kg/m3，质量热容1.105kJ/(kg·℃)，Pr=0.805，Sc=0.46。试求空气温度T∞为多少？x1.001.251.501.752.002.252.502.753.001.001.161.311.451.591.721.841.962.08解：水蒸发时的通量为水蒸发所需的能量是由对流换热提供的，即...................................................3分式中，L为表面温度下水的蒸发潜热。由此可知将第一式带入，可得...................................................7分应用奇尔顿—科尔伯思的j因子，可求