材料工程基础作业题(2013-09)

第一章工程研究方法1、（Z10-11）。

流体流动的压强降Δp是速度v，密度ρ，线性尺度l、l1、l2，重力加速度g。

粘滞系数μ，表面张力σ，体积弹性模量E的函数。

即ΔP＝F（v、ρ、l、l1、l2、g、u、σ、E）取v、ρ、l作为基本物理量，利用因次分析法，将上述函数写成无因次式。

2、已知固体颗粒在流体中以等速u沉降，且u与粒径d，颗粒密度ρm(流体密度ρ)，动力粘度μ和重力加速度g，试用π定律发和矩阵法求揭示该颗粒沉降的无量纲乘积。

3、试分别用瑞利法和π定理法将压差ΔP、速度w、重度r和重力加速度g组合成无量纲乘积。

4、试证明直径为d的小球在密度为ρ，动力粘度为μ的流体中，以相对速度w运动时流动粘性阻力为：5、请根据纳维斯托克斯（N-S）方程，分别用量纲分析法和方程分析法得出相似准则数，并写出准则方程。

6、（L5-1）。

气流通过一等直径管道，拟用1／4缩小的透明模型中通过水故流的办法进行试验。

已知：气体的ρ气＝1.2kg/m3。

v气＝0.15cm2/s；水的ρ水＝1000kg/m3，v水＝0．01cm2/s。

实物的气流速度为24m/s，试确定：1）相应的模型中之水流速度。

2）若测得模型单位管长的压力降为13.8kN/m2，则原型中单位管长的压力降应为若干？第二章工程流体力学1、（L 1-7）。

质量为5kg，面积为40×45cm2的—收木板，沿着涂有滑油的斜面等速向下运动。

已知v＝1m/s，δ＝1mm(油膜厚度)，求滑油的粘度。

2、（L 1-9）。

一套筒长H＝20 cm，内径D＝5.04cm，重量G＝6.8N，套在直径d＝5cm的立轴上，如图所示。

当套筒与轴之间充以甘油（μ＝8P）时求套筒在自重作用下将以多大速度沿立轴下滑？不计空气阻力。

3、（L 2-2）。

图示的容器中，水和气达到下平衡状态，求容器内气体的压强，接触大气液面上为标准大气压，水的重度γ＝9807N／m3。

4、（L 2-3）。

开敞容器，盛装γ2＞γ1的两种液体，如图所示，求(a)在下层液体中任一点的压强；（b）1和2两测压管中的液面哪个高些？哪个和容器内的液面同高？为什么?5、（L2-6）。

双U型管，用来测定比重比水小的液体的比重。

试用液柱高差来确定未知液体的比重值。

(管中的水是在标准大气压下，4℃的纯水)6、（L2-8）。

一直立的煤气管，在下部测压管中测得水柱差h1＝100 mm，在H＝20 m处测得h2＝115mm如题2—8图示。

煤气管外面的空气重度γ＝12.64N/m3试求管内煤气的重度。

7、（L2-10）。

用两个U型管串联在一起去测量一个贮气罐中的气体压强，见图示，已知h1＝80cm，h2＝70 cm，h3＝80 cm，大气压为760mm 汞柱，γ汞＝1.3332×105N/m3，气柱重量可略去。

求罐内气体的压强等于多少？8、（Z 2-13）。

一封闭容器盛装γ2（水银）＞γ1（水）的两种不同液体，试问同一水平线上的1、2、3、4、5各点的压强哪点最大？哪点最小？哪些点相等？9、(L3-5)。

如图，密度不变的流体以151/s的流量，沿100mm直径的管AB流动，此管在B点分为BC、BD管，管径均为25mm，第三条分支BE，管径为50 mm，流经分支时，Q BC＝3Q BE ,v BD＝4m/s。

求三个支管中流量各为多少？AB、BC和BE管中的流速各为多少？10、（Z 3-9）。

管路由不同直径的两管前后相连接所组成，小管直径d A ＝0,2m，大管直径d B＝0.4m。

水在管中流动时，A点压强P A＝70kN／m2，B点压强P B＝40kN／m2，B点流速V B＝1m/s。

试判断水在管中的流动方向，并计取水流经两断面间的水头损失。

11、（L3-8）。

如图，泵的吸水管以1：5的坡度(高度1水平距为5)放置、水以1.8m/s的速度通过，若已知压力降到低于大气压70 kN／m2时空气会逸出，形成气蚀，使水泵不能正常工作，计算最大可能的管长l为多少？忽略水头损失，设水池中之水是静止的。

12、（L3-11）。

用图示测压管测定水管中的点流速，当读数Δh＝0.4m，h1＝0.3m，h2＝0.1m时，测压计中介质的比重S＝0.8，求A、B 两点的流速u A、u B为多少?13、（L3-17）。

输水管路三通各管段的直径为，d1＝400 mm，d2＝300 mm，d3＝200mm，流量Q1＝5001/s，Q2＝3001/s，Q3＝2001/s，压力表读数P g＝77kN/m2，求另外两管段的压力?(不计损失，三通水平放置)14、（L3-21）。

一虹吸管直径100 mm各管段垂直距离如图，求流量，A、B点压力，画管道总水头线，不计水头损失。

15、（Z3-12）用水银比压计量测管中水流，过流断面中点流速u如图，测得A点的比压计读数Δh＝60mm汞柱。

(1)求该点的流速u；(2)若管中流体是密度为0.8g/cm3的油，Δh仍不变。

该点流速为若干。

不计损失。

16、（Z3-13）水由图中喷嘴流出，管嘴出口d=75mm．不考虑损失．计算H值以m计，P值以kN/m2计。

17、（Z3-14）。

计算管线流量，管出口d＝50mm，求出A、B、C、D各点的压强。

不计水头损失。

18、（Z3-18）。

如图，闸门关闭时的压力表读数为49kN/m2。

闸门打开后，压力表读数为0.98kN/m2，由管进口到闸门的水头损失为1m，求管中的平均流速。

19、（L4-3）。

已知管径d＝150mm，流量Q＝151/s，液体温度为10℃，其运动粘性系数υ＝0.415cm2/s，试确定，①在此温度下的流动状态；②在此温度下的临界流速；③若过流断面积改为面积相等的正方形管道，则其流态如何？20、（L4-15）。

直径d＝300 mm的铁皮风管，通过20℃的空气，平均流速v＝2m/s，沿程压力损失Δp＝5mm水柱，若将流速加大一倍，沿程压力损失将增大为多少?21、（L4-18）。

水泵抽水系统，流量Q＝0.0628m3/s，水的粘度υ＝1.519×10-6m2/s，管径d＝200 mm，ε=0.4mm，h1＝3m，h2＝17m，h3=15m，各处局部阻力系数ζ1＝3，ζ2 (直角弯管d／R＝0.8)，ζ3 (光滑折管θ＝30°)，ζ4 ＝1。

求：（1）管道的沿程阻力系数λ(用莫迪图)。

（2）水泵的扬程H。

（3）水泵的有效功率Ne。

(Ne＝γQH)22、（L4-21）。

如图所示，管路由油库将油放出，出口处为大气压力。

已知H＝9m，l1＝l2＝50m，d＝0.1，λ＝0.02，局部阻力系数：进口ζ1＝0.5，弯头ζ2＝0.5，闸门ζ3＝3.0，求：①管中流量；②画出管路总水头线及测压管水头线，③若下游是流入另一个油池如图（b），上下游池面高度差仍为9m，则上述两项结果又将如何？23、（L4-22）。

虹吸管自水箱吸引水流入大气。

已知d＝25mm，l1＝6m，全管长20m，设λ＝0.025，进口ζ1＝0.8，直角弯头d/R＝0.5，折管角θ＝30°（按光滑管得ζ），求虹吸管流量及最高点B处的压力。

24、（Z5-18）。

如图所示管路，设其中的流量Q A ＝0.6m3/s，λ＝0.02，不计局部损失，其它已知条件如图，求A、D两点间的水头损失。

25、（Z5-22）。

一水平安置的通风机，吸入管d1＝200mm，l1＝10mm，λ＝0.02。

压出管为直径不同的两段管道串联组成，d2＝200mm，l2＝50m，λ＝0.02，d3＝100mm，l3＝10mm，λ＝0.02。

空气密度ρ＝1.2kg/m2，风量为Q＝0.15m3/s，不计局部阻力．试计算：(1)风机应产生的总压强为多少？(2)如风机与管道铅直安装，但管路情况不变，风机的总压有无变化？比较三段损失得何结论？(3)如果流量提高到0.16m3/s，风机总压变化多少？(d)绘出全压线与静压线图。

26、（Z5-23）。

如图水泵抽水系统，管长、管径单位为m，ζ给于图中，流量Q＝40×103 m3/s,求：（1）吸水管及压水管的S数。

（2）求水泵所需水头。

（3）绘制总水头线。

第三章传热学1、（【S-lt,2-2】）。

设有一窑墙，用粘土砖和红砖两种材树砌成，厚度均为230mm，窑墙内表面温度为1200℃，外表面温度为100℃。

试求每平方米窑墙的热损失。

已知粘土砖的导热系数为λ1＝0．835＋0.00058t W/m℃，红砖的导热系数为λ2＝0.0467＋0.00051tW/m2℃红砖的允许使用温度为700℃以下，那么在此条件下能否使用？2、（【S-lt,2-4】）。

蒸汽管道里流过温度为540℃的蒸汽，管外径d1＝273mm，管外包有水泥蛭石保温层，最外侧是15mm厚的保护层，按照规定保护层外圆的温度为t3＝48℃，热损失为440 W/m，求所需保温层厚度。

水泥蛭石的导热系数为λ1＝0.105W/m℃，保护层的导热系数为λ2＝0.192W/m℃。

3、（【S-lt,2-8】）。

试求平板间空气夹层的当量导热系数和对流换热量。

设夹层厚度为25.0mm，高200mm，热表面温度为150℃，冷表面温度50℃。

4、（【S-lt,2-12】）。

试求某余热锅炉中四排管子所组成的顺排管簇的换热系数。

设管子的外直径为60mm，,烟气的平均温度为t f =600℃，管壁温度t w=120℃，烟气通过最窄截面处的平均流速为w=800m/s，冲击角为60°。

5、（【S-lt,2-16】）。

用热电偶测量管道内的空气温度。

如果管道内空气温度与管道壁的温度不同，则由于热电偶与管道壁之间的辐射换热会产生测温误差，试计算当管道壁温度t2＝100℃，热电偶读数温度t1＝200℃时的测温误差。

假定热电偶接点处的对流换热系数a c＝46．52W/m℃，其黑度ε1 = 0.9。

6、（【S-lt,2-18】）。

为了减少上题中由于辐射换热所引起的热电偶读数误差，在热电偶接点周围围以遮热罩。

如果空气温度为233.6℃，其它各给定值仍和例2-16相同，由遮热罩表面到气流的对流换热系数a c’=11.63W/m2℃，遮热罩黑度ε3=0.8。

试求此时热电偶的读数应为多少？7、（S2-1）。

有一座玻璃池窑的胸墙，用硅砖砌筑，内表面平均温度为1300℃，外表面平均温度为300℃，胸墙厚度为450mm，面积为10m2。

试求通过胸墙的散热损失量。

8、（S2-2）。

某炉窑炉墙由耐火粘土砖、硅藻土层与红砖砌成，硅藻土与红砖的厚度分别为40mm和250mm，导热系数分别为0.13和0.39w/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？9、（S2-6）。

试求通过如图所示的复合壁的热流量，假设热流是一维的；已知各材料的热导系数为：λA=1.2，λB=0.6，λC=0.3，λD =0.8w/m℃。