冶金传输原理考试题

冶金传输原理考试题
一、判断下列说法是否正确（2分/题×15题=30分）
1、迹线与流线是完全重合的。

2、本书中对应力的双下标描述中，第一个下标是应力的作用面的法向方向，第二个下标为作用力的方向。

3、利用量纲分析法导出准数方程，必须首先得到描述现象的微分方程式以及全部单值条件。

4、欧拉方程是N-S方程的简化。

5、管内流体层流流动时其最大速度是平均速度的两倍。

6、无论是圆管水流还是明渠水流，流态判别雷诺数均为2300。

7、在温度场中，等温面可以是连续的，也可以是不连续的。

8、导温系数就是导热系数。

9、温度梯度是矢量，其方向沿等温面的法线指向温度增加的方向。

10、普朗特准数反映了物体的导热能力与蓄热能力之间的关系。

11、自然界中黑体并不存在，但灰体是广泛存在的。

12、实际物体的辐射力总是小于黑体，其辐射能量的分布遵守普朗克定律。

13、黑体就是黑色的。

14、质量浓度就是密度。

15、球形物体在静止流体中传质时，谢伍德准数为一固定值。

二、选择题（2分/题×10题=20分）
1、不同的液体其粘滞性_______，同一种液体的粘滞性具有随温度_______而降低的特性。

A 相同降低
B 相同升高
C 不同降低
D 不同升高
2、在研究液体运动时,按照是否考虑粘滞性,可将液流分为
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 均匀流动及非均匀流动;
D 理想液体流动及实际液体流动。

3、雷诺数的物理意义是
A.惯性力与压力之比；
B.惯性力与重力之比；
C.惯性力与黏性力之比；
D.惯性力与表面张力之比；
4、非恒定流是：
A、；
B、；
C、；
D、。

5、如模型比尺为1:20, 考虑粘滞离占主要因素，采用的模型中流体与原型中相同，模型中流速为50m/s,则原型中流速为______m/s。

A 11.1
B 1000
C 2.5
D 223
6、下列那个方程可描述自然对流给热？
A ()Pr Re,f Nu =；
B ()Pr ,Gr f Nu =；
C ()Gr f Nu Re,=；D
()Sc f Sh Re,=
7、根据兰贝特定律，黑体的辐射力是其辐射强度的 倍。

A 10；
B 5；
C Π；
D 2
8、热扩散系数的单位是
A W/m ℃；
B W/m2℃；
C m2/s ；
D m/s
9、以下结论中，哪个是对流传质理论中的表面更新论的结论？ A '=c D K δ/；B πτD
K 2=；C DS K =
10、对流流动传质准数方程中不涉及的准数有
A Sh ；
B Re ；
C Nu ；
D Sc 。

三、简答题（5分/题×4题=20分）
1、请解释连续介质的概念
2、用管道输送热流体时，什么情况下外包保温材料反而会导致热损失增大？
3、何谓黑体模型?
4、请给出本征扩散系数及互扩散系数的定义及物理意义。

四、计算题（30分）
1、（10分）相距3.2mm 两平行平板，下板固定，若保持上板
以1.52m/s 速度运动，需施加2.394N/m2的力，求两平板间流体的粘度。

2、（15）分设有面积为F ，厚度为x ∆的平板，一面受温度为1T ，
对流给热系数为1α的流体的加热，另一面受温度为2T ，对流给热系数
为2α的流体的冷却，试证明通过此平板的传热量为
F
F x F T T Q 212111αλα+∆+-= 3、（10分）对初始含碳量为零的纯铁件进行表面渗碳。

若渗
碳气氛使铁件表面含碳量保持在Cs ，计算铁件表面0.5mm 深处1小时后的含碳量。

已知C 在Fe 中的扩散系数为3⨯10-11m2/s 。

求解中所需的误差函数可用下式计算。

3
32)(2+≈ηηπηerf 或 3321)(1)(2+-≈-=ηηπηηerf erfc 答案：
一、
1、错
2、对
3、错
4、对
5、对
6、对
7、错
8、错
9、对 10、对 11、错 12、错 13、错 14、错 15、对
二、D D C B C B C C C C
三、
1. 从物理学的观点来看，流体是由运动着的分子组成的，且分子之间是有空隙的。

因此，从微观方面来考虑流体问题时，需要从分子运动学说来研究。

但我们所感兴趣的不是个别分子的微观运动，而是由大量分子组成的宏观流体。

大量分子的统计平均特性就构成了宏观流体的特性，包括压力、速度、密度和粘度等。

这些特性，都是大量分子的行为和作用的平均效果，均能从实验中直接测出，这样，我们就可以把流体视为充满其所占的空间，有大量的没有间隙存在的流体质点所组成；或者说把有空隙真实的流体，看成是有无限多个流体（或称为微团）所组成的稠密而无间隙的所谓连续介质，也就是假定流体具有连续性和稠密型。

2. 输送热流体的管道外包保温材料时，单位管长的总热阻为
2
2121111ln 21ln 211h d d d d d h d r x x x ππλπλπ+++=∑ 式中λx 为保温材料的导热系数，dx 为外包保温材料后的管外
径。

由式可见，随dx 增加，第二项热阻增加，但第三项热阻减小，说明存在总热阻的极值。

可证明此极值为极小值，故存在所谓的临界绝热直径，其值为dc=2λx/h2。

当d2<dc 时，外包保温材料使热阻减小，热损失增加。

当d2≥dc 时，外包保温材料使热阻增加，热损失减少。

3. 黑体是一种理想物体，在自然界是不存在的，但可以人工制
造出接近于黑体的模型。

人工黑体模型：一个内表面吸收比较高的空腔，空腔的壁面上有一个小孔。

只要小孔的尺寸与空腔相比足够小，则从小孔进入空腔的辐射能经过空腔壁面的多次吸收和反射后，几乎全部被吸收，相当于小孔的吸收率接近于1，即接近于黑体。

4、本征扩散系数：以扩散组元自身的基与本体移动坐标的浓度梯度通过菲克第一定律来定义的扩散系数。

它表示的是组元本身在某一介质中的扩散能力。

互扩散系数：两组元的混合物发生互扩散时，以某一扩散组元的基与空间静止坐标的浓度梯度通过菲克第一定律来定义的扩散系数。

它反映了两扩散组元之间的相互影响。

本征扩散系数DA 、DB 与互扩散系数DAB 之间的关系为：
四、
1、
解： dy
dv A F x μτ== ()
s
Pa 1004.5102.3/52.1394.2/33⋅⨯=⨯==
--dy dv F/A x μ 答:两平板间流体的粘度为s Pa 1004.53⋅⨯-。

D D X D X AB A B B A =+
2、
解：设平板高温侧的温度为'1T ，低温侧为'2T
高温侧对流 ()F T T Q '111-=α ⇒ F
Q T T 1'11α=- 平板内导热 F x T T Q ∆-='2'1λ ⇒ F
x Q T T λ∆=-'2'1 低温侧对流 ()F T T Q 2'22-=α ⇒ F Q T T 22'2α=
- 三式相加：⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+∆+=-F F x F Q T T 212111αλα
F
F x F T T Q 212111αλα+∆+-= 3、解：
该问题属表面浓度恒定的半无限大物体中的非稳态扩散，其浓度分布为
⎪⎭⎫ ⎝⎛=--Dt x erf C C C C S S 20 或 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--Dt x erfc Dt x erf C C C C S 2210
0 由于C0=0，所以
⎪⎭
⎫ ⎝⎛=Dt x erfc C C S 2 钢件表面0.5mm 深处1小时后的含碳量
)7607.0(36001032105.02113erfc erfc Dt x erfc C C S =⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=-- 2804.037607.07607.0321)7607.0(2=+⨯-=πerfc S C C 2804.0=∴。