【考试突击】武汉理工大学材料工程基础第三章传热学例题

合集下载

材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案第三章

第三章答案3-2略。

3-2试述位错的基本类型及其特点。

解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。

刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。

螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。

3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。

由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。

3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。

2.<15%连续。

3.>40%不能形成固熔体。

（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。

（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。

（4）场强因素。

（5）电负性：差值小，形成固熔体。

差值大形成化合物。

影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。

（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。

一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。

（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。

3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。

解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。

武汉理工大学材料科学基础试题三

试题三一、根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题（18）：1、晶面BCGF、HAC的晶面指数；晶向DF、AH的晶向指数。

2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；3、晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？4、计算说明O2-的电价是否饱和；5、结构中是否存在TiO32-离子，为什么？图 1二、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型（6）：r-Ca2[Si04]， K[AISi3O8]， CaMg[Si2O6]，Mg3[Si4O10](OH)2， Ca2Al[AlSiO7]， Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2三、1、写出下列缺陷反应式（10）：(1) CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体，并写出固溶体的化学式；(2) NaCl形成肖脱基缺陷。

2、为什么间隙型固溶体不能形成无限固溶体？四、硅酸盐熔体的结构特征是什么？从Na2O—SiO系统出发，随引入B2O3量的增加，系统的粘度如何变化，为什么？（10）五、固体是如何降低系统的表面能的，为什么相同组成的固体的表面能总是高于液体的表面能？（8）六、假定碳在α—Fe(体心立方)和γ—Fe（面心立方）中进行扩散，碳在α—Fe中的D0和扩散活化能为0.0079、83600J/mol，碳在γ—Fe中的D0和扩散活化能为0.21和141284J/mol，计算800℃时各自的扩散系数并解释其差别。

（6）七、为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变? 什么情况下需过冷，什么情况下需过热，试证明之。

（6）八、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为Mg(OH)2、MgO、γ-Al2O3、α-Al2O3，从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。

（6）九、下列过程中哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? （6分）(a)蒸发冷凝、 (b) 体积扩散、 (c)粘性流动、 (d)表面扩散、(e)溶解沉淀十、图2是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题（24）：1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质；2．判断化合物S1、S2、S3的性质；3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；5．写出组成为H的混合物在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出组成H的混合物在完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。

武汉理工大学工程热力学和传热学往年试卷(含答案)

13、当黑体表面温度为27℃时计算得辐射力。

A 解得辐射力E01=549W/M2;B 解得辐射力E01=954W/M2;C 解得辐射力E01=459W/M2 ;D 解得辐射力E01=659W/M2。

14、换热器加肋片的作用是。

A 增大对流换热系数α以增强传热；B 增大面积A以增强传热；C 增大黑度ε以增强传热；D 增大温差⊿t以增强传热。

15、Re的物理意义是。

二、简答题（每题5分，共30分）1、对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从50℃升温到100℃，请判断该过程是否可逆，并扼要说明原因。

2、有一台可逆机经历了定容加热1→2、等熵膨胀2→3和等压放热3→1之后完成一个循环。

设工质为理想气体，其等熵指数为k，循环点的温度T1、T2和T3已知，试在P-V图和T-S图上表示出该循环，并写出循环的热效率计算式。

3、用喷水方式冷却湿空气，能否把此湿空气的温度降至原先湿空气状态下的露点温度，为什么？4、用平底铝锅烧水，铝锅厚1mm，导热系数为200 W/（m·k），如果锅底结了厚为0.1mm的水垢，水垢的导热系数为2 W/（m·k），且锅两边的温差不变，那么有水垢和无水垢的导热量之比为多少？5、对管内强制对流换热，为何采用弯管可以强化流体的换热？6、地球和火星同太阳的距离相差不大，但为什么火星表面温度昼夜变化却比地球大得多？三、计算题（每题10分，共40分）1、空气在压缩机中被压缩。

压缩前空气的参数是p1=0.1Mpa,u1=0.845m3/kg, 压缩后空气的参数是p2=0.8Mpa,u2=0.175m3/kg。

设在压缩过程中，1kg空气的热力学能增加146kJ，同时向外放出热量50kJ,压缩机每分钟生产压缩空气10kg。

求①压缩过程中对1kg气体所作的功；②每生产1kg的压缩气体所需的功；③带动此压缩机的电动机的功率。

2、温度为800k，压力为5.5Mpa的燃气进入燃气轮机，在燃气轮机内绝热膨胀后流出燃气轮机。

化工原理第三章传热习题答案

第三章传热习题一、填空题1．三层圆筒壁热传导过程中，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同。

在其他条件不变时，若将第二层和第三层的材料互换，则导热量变（），第二层与第三层的界面温度变（）。

答：变小，变小。

2．在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（），冷凝传热量（）。

答：减小，增加。

冷凝传热系数与温差的-1/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热系数减小；冷凝传热量与温差的3/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热量增加。

3．在管壳式换热器中，热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程该为双程，则传热温度差（）。

答：下降4．在高温炉外设置隔热档板，挡板材料的黑度越低，则热损失越（）。

答：越小5．黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（）倍。

答：156．沸腾传热设备壁面越粗糙，汽化核心越（），沸腾传热系数α越（）。

答：多，大7．苯在内径为20mm 的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（m 2．℃）。

如果流量和物性不变，改用内径为30mm 的圆管，其对流传热系数变为（）W/（m 2．℃）。

答：612α=0.023nr P d8.0Re λ=0.023d λn S d W d Pr 4/8.02⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡μρρα∝8.0)21(1⨯-+-d =8.1-dαα'=8.12030-⎪⎭⎫⎝⎛=0.482α'=0.482α=0.482⨯1270=612W/(2m ·℃)8.某液体在一直管内（忽略进口段的影响）稳定强制湍流流动，该管内径为20mm ，测得其对流传热系数为α，现将管内径改为27mm ，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。

⑴若液体的流速保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.9417倍；⑵若液体的质量流量保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.5826倍；知： mm m d 20020.0== mm d 27=求： 12αα解：(1) 由 12u u =，np c du d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=λμμρλα8.0023.0 得 9417.020*******.08.0122118.0128.0212=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d d d d d d d d αα(2) 由 12W W =，uA V W ρρ==得 1122A u A u =，22112⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d d u u所以()()8.02218.012218.011222118.01128.02212⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d dd d d d u d u d d d d u d d u d αα5826.027208.18.1216.1218.01221=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=d d d d d d d d9.在一内钢管为φ180⨯10mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从100︒C 冷却到60︒C ，其平均比热为2380J/(kg ⋅K)。

武汉理工材料科学基础第三章部分习题

瓷釉结构中各离子所处的位置。 5、在硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃中，随着R2O的引入(<25mol％), 玻璃熔体的粘度怎样变化？试用聚合物理论解释。 6、解释B2O3含量10mol％，SiO2含量90mol％的熔体，在冷却过程中各自形成两个互不相容的分层玻璃，而加入适量Na2O后，能得到均匀的玻璃。 7、论证形成玻璃必须具有混合键。 8、说明为什么镁橄榄石熔体不易形成玻璃而长石熔体易形成玻璃？
分析：要应用关系式，必须换算成mol%。
解：玻璃组成
Na2O
CaO
SiO2
wt%
mol mol%
13
0.21 12.6
13
0.23 13.8
74
1.23 73.6
O 12.6 13.8 73.6 2 R ＝＝＝ 2.36 Si 73.6
Z＝4
X＝2R－Z＝2×2.36－4＝0.72 Y＝Z－X＝4－0.72＝3.28
3-7 (b) 上述数据是在恒压下取得，在恒容下，预计活化能会有所不同。因为恒容时熔体所受压力应增加，这将使其粘
度增大，从而改变了活化能值。
3－9 在SiO2中应加入多少Na2O,使玻璃的O/Si＝2.5，此时析晶能力是增强还是削弱？
解；假定引入的Na2O的mol含量为 x ，则SiO2的mol含量为 1－x
网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当O/Si＝3时，由于碱金属氧化物明显增加，使熔体中分子较小的低聚合物增加，熔体粘度变小，故可易结晶而不易形成玻璃。
3、在硅酸盐熔体析晶的成核速率、生长速率随T变化的关系图中，标出哪一条曲线代表成核速率，哪一条曲线代表生长速率？为什么？
速率
u IV
第三章熔体和玻璃体

武汉理工大学材料科学基础()课后习题和答案

第一章绪论1、仔细观察一下白炽灯泡，会发现有多少种不同的材料？每种材料需要何种热学、电学性质？2、为什么金属具有良好的导电性和导热性？3、为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体？4、铝原子的质量是多少？若铝的密度为2.7g/cm3，计算1mm3中有多少原子？5、为了防止碰撞造成纽折，汽车的挡板可有装甲制造，但实际应用中为何不如此设计？说出至少三种理由。

6、描述不同材料常用的加工方法。

7、叙述金属材料的类型及其分类依据。

8、试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢9、Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨，为什么不用Al2O3制造铁锤？第二章晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数（晶面指数）、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.2、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。

3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（322）与[236]，（257）与[111]，（123）与[121]，（102），（112），（213），[110]，[111]，[120]，[321]4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。

5、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。

6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。

7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。

MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。

8、根据最密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金钢石结构的空间利用率很低(只有34.01％)，为什么它也很稳定?9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25．9％；10、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为1.74克/厘米3，求它的晶胞体积。

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）。

材料工程基础__武汉理工大学(5)--期末模拟试题3

武武武武武武考试试题纸一、判断题1、热扩散系数a影响非稳定态导热过程？2、在一定条件下，利用比拟关系通过对流换热系数可得到对流传质系数？3、用皮托管对管道进行速度测量时，其测量读数便是管道的平均流速？4、雾化燃烧是气体燃料的一种燃烧方式？5、比重是一个无量纲数？6、流线描述的是流体质点的轨迹？7、光学高温计是一种非接触式的测温仪？8、与同流换热器相比，逆流换热器的换热效果相对较好？二、填空题1、对不饱和空气，t d、t w、t dew三者之间的大小关系为。

2、在情况下，传热过程中的单值条件中的时间条件可以不予考虑。

3、管路性能曲线与风机性能曲线的交点物理意义。

4、水面下0.5m处的表压强为 kpa。

5、在重力起主要作用的流动中，若模型与原型的几何比尺为1∶6，则模型与原型的速度之比为。

6、某管道d= 200mm，w=4 .0（m/s），ν=1.6×10—4m2/s，其流态为。

7、理想流体是: a）无粘性；b）粘度为常数；c）温度为常数；d）符合PV=RT。

。

三、如图为高位水箱向低位水箱供水系统。

已知L4=6m , d4=75mm。

两水箱间的高度差30mm，沿程阻力系数λ均为0.2，阀门的局部阻力系数ξ=3.6，忽略其它局部阻力。

求供水系统的流量。

四、一个无限大的平板，两壁面温度分别为650℃和30℃，平板壁厚度为500mm，该平板的导热系数为8.035+0.55 10-3t /w/（m℃）。

求单位时间内通过该平板热流量单位面积上的传热量。

如果该平板附加一层λ=0.21w/m℃，厚度为0.2m的材料，该平板的传热量如何变化？为什么？五、干燥设备每小时处理湿物料量1000kg，经干燥后，物料湿基含水量从40%减少为5%。

干燥采用预热空气进行，预热前空气温度为20℃，相对湿度60%，饱和水蒸气分压为2408.68Pa；预热后空气温度为120℃。

经干燥后的废气温度为40℃，相对湿度为80%，水蒸气分压为5978.33 Pa。

材料工程基础__武汉理工大学（3）--期末模拟试题2

材料工程基础__武汉理工大学（3）--期末模拟试题2武武武武武武考试试题一、选择题1、物理模拟可适用的范围。

2、烟气能自然地从底部向顶部流动，是因为的作用3、两管道组成并联管路，若h w1=0.3mH 2O，h w2 = kPa。

4、物理量a（加速度）、w、g 的量纲是否彼此独立？5、由于水泵的安装高度过高，泵入口处负压过大，由此引起的后果是。

6、在分子扩散过程中，扩散通量与成正比。

7、在多层平壁内，稳定导热的温度分布曲线为二、填空题1、雾化燃烧方法是的一种燃烧方法。

a）重油；b）天然气；c）煤粉；d）块煤2、在单层园筒壁内，稳定导热的温度分布曲线为：（a）折线；（b）直线；（c）抛物线；（d）对数曲线。

3、静止流体中某确定点的压强值大小与无关。

a）、位置；b）、方向；c）、流体种类。

4、风机并联运行的目的是：。

5、突然扩大的损失可表示为：a ）g w w 22221-；b ）g w w 221-；c ）gw w 22122-；d ）gw w 2)(221-6、比重与比容a）相同；b）成正比；c）无关；d）都不是三、加热炉由厚度为345mm 的耐火砖砌成。

已知炉内气体温度为1400℃，炉外部空气温度为25℃。

炉内热气体与内壁的总换热系数为82 w/m 2℃，外表面与空气的总换热系数为23w/m 2℃。

加热炉的内外壁温度分别为1000℃和80℃。

求单位面积炉壁向周围空气的散热量。

已知耐火砖导热系数，)./(1064.0698.03K m w t ??+=-λ四、设空气由炉口a 流入，通过燃烧后，废气经b 、c 、d ，由出口直径D =3m 的烟囱流入大气。

已知空气重度γa =11.8N/m 3，烟气重度γ=5.9N/m 3，由a 到c的压强损失为gu 292γ，c到d 的压强损失为gu 2202γ。

试求烟囱出口处烟气速度u 和流量。

五、某窑炉燃料收到基成分为(%)22283%。

试计算（1）每kg 燃料燃烧所产生的烟气量；（2）该燃烧过程的空气过剩系数为多少？六、已知连续性方程0)()()(=??+??+??+??zw y w x w z y x ρρρτρ，试用方程分析方法推导出相应的相似准数的表达式。

武汉理工工程热力学和传热学作业

工程热力学和传热学第二章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。

（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。

试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。

试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。

（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。

图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。

（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。

（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。

（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。

（4）100℃的水和15℃的水混合。

6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。

大气压力为760mmHg。

试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3）圆筒顶面所受的作用力。

图1-2第三章热力学第一定律一．基本概念功：热量：体积功：节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。

武汉理工大学材料科学基础各章节例题及答案

第二章晶体结构【例2-1】计算MgO和GaAs晶体中离子键成分的多少。

【解】查元素电负性数据得，则，，，MgO离子键％＝GaAs离子键％＝由此可见，MgO晶体的化学键以离子键为主，而GaAs则是典型的共价键晶体。

【提示】除了以离子键、共价键结合为主的混合键晶体外，还有以共价键、分子间键结合为主的混合键晶体。

且两种类型的键独立地存在。

如，大多数气体分子以共价键结合，在低温下形成的晶体则依靠分子间键结合在一起。

石墨的层状单元内共价结合，层间则类似于分子间键。

正是由于结合键的性质不同，才形成了材料结构和性质等方面的差异。

从而也满足了工程方面的不同需要。

【例2-2】 NaCl和MgO晶体同属于NaCl型结构，但MgO的熔点为2800℃, NaC1仅为80l℃，请通过晶格能计算说明这种差别的原因。

【解】根据：晶格能（1）NaCl晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝1，e＝1.6×10－19 库仑，，r0＝＝＝0.110＋0.172＝0.282nm＝2.82×10－10 m，m/F，计算，得：EL＝752.48 kJ/mol （2）MgO晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝2，e＝1.6×10－19库仑，r0＝＝0.080＋0.132＝0.212 nm＝2.12×10－10 m，m/F，计算，得：EL＝3922.06 kJ/mol则：MgO晶体的晶格能远大于NaC1晶体的晶格能，即相应MgO的熔点也远高于NaC1的熔点。

【例2-3】根据最紧密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，但是金刚石的空间利用率很低，只有34.01%，为什么它也很稳定？【解】最紧密堆积的原理只适用于离子晶体，而金刚石为原子晶体，由于C-C共价键很强，且晶体是在高温和极大的静压力下结晶形成，因而熔点高，硬度达，很稳定。

传热学历年真题

武汉理工大学2015-2017年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：传热学科目代码： 876 考试时间：月日（注：特别提醒所有答案一律写在答题纸上，直接写在试题或草稿纸上的无效！）———————————————————————————————一、名词解释（共4小题，每小题2分，共8分）。

1 保温材料：把导热系数小的材料称为保温材料。

2 普朗特数：动量扩散能力与热扩散能力的一种量度3 辐射力：单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的全部波长范围内的能量称为辐射力4 换热器的污垢热阻：换热器运行一段时间后，换热面上常会积起水垢，污泥，油污，烟灰之类的覆盖物垢后，有时还由于还热面与流体的相互作用发生腐蚀而引起的覆盖物垢层，所有这些垢层都表现为附加的热阻，就叫做污垢热阻。

二、填空题（共8小题，17个空，每空1分，共17分）。

1 规定边界上的热流密度为常数，属于第二类边界条件。

2 在非稳态导热的两个阶段中，主要受初始温度分布影响的是非正规状况阶段阶段。

3 对流传热的影响因素归纳起来有五个方面，分别是流体流动的起因、流体有无相变、流体的流动状态、换热表面的几何因素、流体的物理性质。

4 格拉晓夫数描述的是浮升力与粘性力之比的一种度量。

5 工业应用中实现的凝结形式是膜状凝结。

工业应用沸腾换热时，一般设计应用的是核态沸腾。

6 黑体定向辐射强度在空间不同方向是均匀分布的，辐射能量在不同空间方向是不均匀分布的。

（填均匀或不均匀）7 物体表面的有效辐射包括自身辐射和反射辐射。

8 在三种基本传热方式中，传热强化集中在对流传热和辐射传热，而传热过程的削弱主要通过导热环节进行。

1 其它条件相同时，等截面直肋片的肋高越大，肋片效率。

A) 越大 B)不变 C)越小 D)不确定2 现用一热电偶测气体温度，气体流速为20m/s ，表面传热系数为591W/m 2﹒K ，热电偶接点直径0.9mm ，密度为8332kg/m 3，定压比热为188 J/kg ﹒K ，导热系数为51 W/m ﹒K ，其时间常数为。

工程材料习题集参考答案(第三章)武汉理工大学,2014年

习题集部分参考答案2纯金属的结晶思考题1.何谓结晶？结晶与凝固有何区别？答：结晶是指在凝固过程中金属内形成许多小晶体及其长大的过程，从广义上讲，就是液态物质内部的原子，在短距离小范围内，呈现出近似于固态结构的规则排列，即短程有序的原子集团，它是不稳定的，瞬间出现又瞬间消失，结晶实质上是原子由近程有序转变为长程有序的过程。

而凝固是指金属由液态变成固态的过程，它属物理变化，若凝固后的物质不是晶体，而是非晶体，那只能称为凝固，而不能称为结晶。

2.何谓晶体，它与非晶体有什么区别？答：晶体是指具有一定几何形状的微粒（分子、原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质。

晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式，晶体内部的原子（或分子）在三维空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些局部的短程规律排列。

因为排列方式的不同，性能上也有所差异。

晶体有固定的熔点，非晶体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。

3.影响形核率和长大率的因素是什么？答：影响形核率和长大率最主要的因素是△G和D，当然它们是受过冷度△T控制的。

在均质形核中，过冷度△T不太大的时候，结晶的驱动力△G也不大，形核率不高，但是原子的扩散系数D比较大，已经形成的晶核长大速率却是较大的，这时候由液态金属转变为固态金属中的晶粒尺寸较大。

反之，晶粒较细小。

在非均质形核中，形核率和长大速率除了与过冷度有关之外，还受到所谓的未溶杂质以振动或搅拌等因素的影响。

4.金属的结晶有什么规律？答：结晶是由两个基本的过程——形核和长大相互更迭进行，直至液态金属消耗完毕的过程。

形核规律：形核方式有均匀形核和非均匀形核两种。

均匀形核（均质形核）是指在母相中自发形成新相结晶核心的过程。

均匀形核必需具备的条件为：必须过冷，过冷度越大形核驱动力越大；必须具备与一定过冷度相适应的能量起伏和结构起伏。

实际结晶时，大多以非均匀形核方式进行。

传热学例题（docX页）

例4-1某平壁厚度为0.37m，内表面温度t1为1650℃，外表面温度t2为300℃，平壁材料导热系数（式中t的单位为℃，λ的单位为W/(m·℃)）。

若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。

解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温度为：平壁材料的平均导热系数为：由式可求得导热热通量为：设壁厚x处的温度为t，则由式可得：故上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系。

（2）导热系数按变量计算由式得：或积分得（a）当时，，代入式a，可得：整理上式得：解得：上式即为当λ随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。

计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的；而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。

例4-2燃烧炉的平壁由三种材料构成。

最内层为耐火砖，厚度为150mm，中间层为绝热转，厚度为290mm，最外层为普通砖，厚度为228mm。

已知炉内、外壁表面分别为1016℃和34℃，试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。

假设各层接触良好。

解：在求解本题时，需知道各层材料的导热系数λ，但λ值与各层的平均温度有关，即又需知道各层间的界面温度，而界面温度正是题目所待求的。

此时需采用试算法，先假设各层平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下材料的导热系数（若知道材料的导热系数与温度的函数关系式，则可由该式计算得到λ值），再利用导热速率方程式计算各层间接触界面的温度。

若计算结果与所设的温度不符，则要重新试算。

一般经5几次试算后，可得合理的估算值。

下面列出经几次试算后的结果。

耐火砖绝热砖普通砖设t2耐火砖和绝热砖间界面温度，t3绝热砖和普通砖间界面温度。

，由式可知：再由式得：所以所以各层的温度差和热阻的数值如本列附表所示。

由表可见，各层的热阻愈大，温度差也愈大。

导热中温度差和热阻是成正比的。

武汉理工大学工程热力学和传热学期末考试试卷

武汉理工大学教学日历专业班：轮机1105，06，07，08图及其应用。

气体与蒸气的流动声速与马赫数。

一维稳定流动的基本方程。

气体与蒸气在喷管和扩压管中流动的基本特性。

喷管的计算。

有摩阻的绝热流动。

绝热节流及其在工程上的应用。

气体与蒸气的压缩压气机的型式及其工作原理。

定温、绝热和多变压缩时压缩机耗功的计算及在p-v、T-s图上的表示。

活塞式压气机余隙容积的影响。

多级压缩和中间冷却。

叶轮式压气机不可逆绝热压缩过程的分析。

气体动力循环分析循环的目的、任务及一般方法，分析循环的热效率法，分析循环中不可逆损失的熵方法。

活塞式内燃机的工作原理及热力学分析的方法。

内燃机的理想循环及分析计算。

燃气轮机装置循环。

循环功和效率的分析计算。

提高循环热效率的方法。

蒸汽动力循环朗肯循环及其热效率分析。

提高循环热效率的方法及途径（改变蒸汽参数，再热循环，回热循环）。

热电联产循环。

燃气-蒸汽联合循环。

制冷循环逆向卡诺循环。

空气压缩制冷循环。

蒸气压缩制冷循环。

热泵循环。

其它制冷循环。

传热学绪论传热学的研究对象及其在工程和科学技术中的应用。

热量传递的基本方式：导热、对流和热辐射。

传热过程及热阻概念。

导热基本定律律、导热系数及影响导热系数的主要因素。

温度场、等温面、等温线、温度梯度。

各向同性材料，具有内热源的导热微分方程。

定解条件--初始条件和边界条件、常见的边界条件。

导热问题的分析解通过单层、多层平壁、圆筒壁和球壁的导热。

通过具有内热源的单层平壁导热。

一维稳态导热问题的分析解及其讨论。

导热问题的工程计算。

对流换热原理公式与表面传热系数。

流动边界层及温度边界层的概念及其重要意义。

对流换热边界层微分方程组及定解条件。

相似原理及其在传热学实验中的应用。

对流换热的特征及其实验关联式圆管及非圆形通道内强制对流换热的特征及其实验关联式外掠平板、单管及管束强制对流换热的特征及其实验关联式。

大空间自然对流换热的特征及其实验关联式。

有限空间自然对流换热的概念。

材料工程基础第三、五、六章的答案

q= tf1 −tf 2
δ 1 1 +∑ i + h1 i =1 ki h2
n
q 外 = h2 ( tw 2 − t f 2 )
q=
tw 2 = t f 2 +
q h2
1 δA δ 1 + + B + 50 0.1 0.06 9.5
400 − 25
≤ ( 50 − 25 ) × 9.5
tw 2 = t f 2 +
∫∫∫ e ⋅ ρdV =
⇒
dT = 45.86 - 0.55 (T - T∞ ) = -0.55[(T - T∞ ) − 83.38]积分可得： ln[(T - T∞ ) − 83 .38] = −0.55t + C dt
代入当 t = 0时， T = T∞，其中 T∞为恒温槽温度即 25°C ⇒ C = ln (− 83.38 )，将其值返代回原式得：T - T∞ ) − 83.38 = −83 .38 ⋅ exp( −0.55t ) (
3 −1
在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热试验中，得到下列数据：
管壁平均温度t w = 69° C, 空气温度t f = 20° C，管子外径d = 14mm，加热段长度长80mm，输入加热段的功率为8.5w。如果全部热量通过空气对流换热传给空气，试问此时的对流换热系数为多大？
解：根据题意，低温空气外掠圆管将热量从圆管带走。
π h D 2 L πDL h (V A ) 4 = hD 解： 1. 判断是否可用集总参数法，由已知条件得， Bi = = k k 4k
因 h = 550 w /( m 2 ⋅ k )， k = 25 w /( m ⋅ k )， D = 1mm , 所以： hD 550 × 1× 10 − 3 Bi = = = 0.0055 < 0.1M = 0.05 （无限长圆柱 M = 0.5） 4k 4 × 25 δQ ∂ 所以，由集总参数的定义式可对金属丝列热平衡方程式： = ∫∫∫ e ⋅ ρdV dt ∂t c⋅v

武汉理工传热学复习资料

武汉理工传热学复习资料一. 填空、选择题2. 蒸汽凝结换热过程可分为﹙﹚和﹙﹚两大类。

相同的条件下两者相比，﹙﹚的换热系数大一些。

3. 对流换热过程是﹙﹚和﹙﹚的综合作用，在对流换热过程中，计算时，通常用﹙﹚数（准则）判别流态。

二. 判断题（）5. 为增强换热，工程中常用在换热器中换热系数小的一侧加肋片，目的是增加换热系数。

﹙﹚三. 简答、简算题（）1. 试写出Nu、Re准则的表达式，并分别说明其物理意义。

3. 已知某种隔热材料的λ=0.058W/m℃，而需保温的道的放热系数α=13.96W/㎡℃，那么临界热绝缘直径dc，通常要使临界热绝缘直径和管道外径有什么关联，为什么？5. 已知一换热器，热流体进口温度为' 1 t =300℃，出口温度为''1 t =210℃；冷流体进口温度为' 2 t =100℃，出口温度为''2 t =200℃。

求热交换在逆流布置时的对数平均温差。

并说明逆流式和顺流式相比哪种方式传热更为有效。

四. 计算题（）1. 一内外直径分别为180mm 和220mm的蒸汽管，管外包裹一层厚120mm的保温层，蒸汽管的导热管的导热系数40 w/(m℃)，保温层的导热系数0.1 (w/m℃)；管道内蒸汽温度300℃，周围空气的温度25℃；两侧的对流换热系数分别为100 w/(㎡℃)，8.5 w/(㎡℃)。

试求单位管长的传热量和保温层外表面的温度。

2. 现有三个相距很近的无限大的平行板，平板1 的温度为1200K，平板3 的温度为60k，且平板1、2、3 的黑度分别为0.2、0.5、0.8，平板2 位于1、3 之间，且不从外部热源接受任何热量，计算平板2 的温度为多少？一. 填空题（）1. 热量传递的三种基本方式﹙﹚、﹙﹚、﹙﹚。

2. 对于厚度为的平板稳态导热，两侧温度为t1和t2，当导热系数是温度的线性函数(λ=a+bt)时，通过平板的热流密度﹙﹚。

武汉理工传热学典型问题

为什么耳朵大的人更容易生冻疮？
答案：耳朵的散热可以看成是一维肋片导热，耳朵大的人沿肋高的方向热阻较小，则耳朵温度更容易接近周围环境的温度。
冬天屋顶积雪有助于房屋保温，您知道为什么吗？
答案：
在相同的室内外温度下，屋顶积雪相当于增加了一层热阻，从而使散热量降低。
北方,深秋或者初冬季节的清晨，为什么树叶总是在朝向太空的一面结霜？
烧开水时，为什么一旦？水
烧干了，铝壶就很容易烧坏
答案：水侧（沸腾）的表面传热系数远大于火焰侧的表面传热系数。没烧干时，壶底更接近水的温度，所以不会达到铝的熔点。
是否不利于电线散热？
大电流电线外所包的绝缘层
答案：
答案：
随着铁棒加热，温度升高，其辐射能量最大的波长向短波方向移动，即经历了由远红外线、近红外线到可见光的区域，因而会呈现上述颜色变化。
同样是25°C的房子，为什么夏天可以穿衬衫，而冬天却要穿毛衣？
答案：
墙壁内侧温度夏天比冬天高，所以人体向外辐射的能量冬天比夏天多，而自然对流和辐射换热处于同一数量级。
中央电视台99年9月5日的《科技博览》指出： 72°C的铁和600°C的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？
答案：人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的导温系数远大于木头的。
结霜为，什否么则要耗及电时量清就除会冰增箱加内？的
答案：因为冰箱结霜相当于在冷流体（制冷剂）与热流体（空气）的传热过程中串联环节中增加了一个热阻。因此，要保证冰箱内达到相同的空气温度，在结霜情况下必然要降低制冷剂的蒸发温度，而这是以增加压缩机功耗为代价的。