冶金传输原理-热量传输-第5章 试题库
冶金传输原理习题
计算题3：已知拉格朗日变量的速度分布：u=(a+1)et-1， v=(b+1)et-1，且t=0时，x=1,y=1。求（1）t=2时质点分 布；（2）a=1,b=2时质点的运动规律；（3）质点加速度。
解： dx 对 = (a + 1)et −1积分得： dt x = (a + 1)et −1 + c1 已知t = 0, x = a，得常数c1 = 1 − (a + 1)e −1 所以x = (a + 1)et −1 + 1 − (a + 1)e −1 同理y = (b + 1)et −1 + 1 − (b + 1)e −1 (1)当t = 2时，代入即可。 (2)当a=1,b=2时，代入即可。 du dv t −1 (3)a x = = (a + 1)e , a y = = (b + 1)et −1 dt dt
计算题2：已知流场的速度分布为u=x2y，v=-3y，w=2z2，求 点（1，2，3）处的流体加速度。
解： ∂u ∂u ∂u ax = u + v + w = 2 x3 y 2 − 3x 2 y = 2 ∂x ∂y ∂z ∂v ∂v ∂v a y = u + v + w = 9 y = 18 ∂x ∂y ∂z ∂w ∂w ∂w az = u +v +w = 8 z 3 = 216 ∂x ∂y ∂z
理论方法中，流体力学引用的主要定理有： （1）质量守恒定律； （2）动量守恒定律；（3）牛顿运动第二定律； （4）机械能转化与守恒定律：动能+压能+位能+能量损失=const
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 11.1B 1000C 2.5D 2236、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。
冶金传输原理考试题
冶金传输原理考试题一、选择题（每题2分，共30分）请在每道题的括号内选择出正确答案，并将其序号填写在答题卡上。
1. 冶金传输原理主要研究的是（）。
A. 金属的冶炼过程B. 金属的物理性质C. 金属的化学性质D. 金属的机械性质2. 冶金传输原理课程的教学目标是培养学生掌握（）。
A. 冶金工艺设计的基本原理B. 金属材料的性能分析方法C. 输送过程中温度、压力、流动速度等参数的计算能力D. 冶金设备的选择与配置能力3. 冶金传输原理的基本假设之一是（）。
A. 金属在输送过程中不会发生相变B. 输送过程中不考虑能量损失C. 流体处于非稳定状态D. 输送过程中不考虑阻力4. 输送系统中由于管道摩擦而产生的能量损失称为（）。
A. 动能损失B. 摩擦损失C. 管道耗散D. 流体摩擦阻力5. 管道输送中的瞬时损失主要是指（）。
A. 弯头和管径突变带来的局部阻力B. 管道与周围环境的传热损失C. 由于管道内液体流动产生的压力波动造成的损失D. 输送过程中发生的事故导致的能量损失二、判断题（每题2分，共20分）请在每道题的括号内选择出正确答案，并将其序号填写在答题卡上。
1. 对于非牛顿流体，其粘滞系数与应变速率呈正相关。
（）A. 正确B. 错误2. 液体在沿管道流动时，由于摩擦阻力将产生管道壁面附近的速度剖面，即流速剖面会变平整。
（）A. 正确B. 错误3. 定常流体运动的主要特点是流量、速度和流态都随时间的变化而变化。
（）A. 正确B. 错误4. 弯头对流体流动的阻力主要是由于流体在弯头处的对流和扰动效应引起的。
（）A. 正确B. 错误5. 管道摩阻系数是和管道长度成正比的。
（）A. 正确B. 错误三、简答题（每题10分，共30分）请简要回答下列问题，并将答案写在答题卡上。
1. 请简述流体的黏度和流变特性对管道输送过程的影响。
答案：黏度是流体流动的基本性质之一，对管道输送过程中的摩擦阻力、能量损失和泵功耗等起到重要影响。
冶金传输原理考研试题及答案
冶金传输原理考研试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 在冶金过程中，下列哪项不是影响金属传输速率的因素？A. 温度B. 压力C. 金属的化学性质D. 金属的物理状态答案：B2. 冶金传输原理中，扩散系数与温度的关系通常可以用以下哪个方程描述？A. D = D0 * exp(-Q/RT)B. D = D0 * exp(Q/RT)C. D = D0 / (1 + exp(Q/RT))D. D = D0 * (1 + exp(-Q/RT))答案：A3. 在冶金过程中，金属的传输主要通过哪种机制？A. 对流B. 扩散C. 过滤D. 电迁移答案：B4. 下列哪项不是影响金属溶解速率的因素？A. 金属的晶格结构B. 溶液的浓度C. 金属的表面粗糙度D. 溶液的pH值答案：C5. 在冶金传输原理中，哪种类型的边界条件通常用于描述固体表面的传输现象？A. 狄利克雷边界条件B. 诺伊曼边界条件C. 罗宾边界条件D. 周期性边界条件答案：C二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述冶金过程中对流传输和扩散传输的区别。
答案：对流传输是指流体中的物质由于整体运动而发生的宏观传输，它与流体的流动速度直接相关，通常发生在流体中，传输速率较快。
扩散传输是指由于分子或原子的热运动导致的微观传输，它不需要整体运动，可以在静止的介质中发生，传输速率相对较慢。
2. 描述冶金传输原理中的菲克第一定律及其物理意义。
答案：菲克第一定律描述了稳态扩散过程中，单位时间内通过单位面积的扩散通量与浓度梯度成正比的关系，即J = -D * (dc/dx)，其中J是扩散通量，D是扩散系数，dc/dx是浓度梯度。
这一定律的物理意义在于，它表明了物质从高浓度区域向低浓度区域传输的速率与浓度梯度的大小成正比，且与介质的扩散性质有关。
3. 解释为什么在冶金过程中需要考虑金属的热力学性质和动力学性质。
答案：在冶金过程中，金属的热力学性质决定了反应的方向和平衡状态，而动力学性质则决定了反应的速率。
冶金传输原理-热量传输-第5章 试题库
第5章 热量传输的基本概念及基本定律5-1 一块厚50mm 的平板，两侧表面分别维持在3001=w T ℃，1002=w T ℃。
试求下列条件下导热的热流密度：（1）材料为铜，)/(389 C m W ⋅=λ;(2)材料为灰铸铁，)/(8.35 C m W ⋅=λ；（3）材料为铬砖，)/(04.5 C m W ⋅=λ。
解 参见式（5.6）有dxdT q λ-=在稳态导热过程中，垂直于x 轴的任一截面上的热流密度是相等的，即q 是常量。
将上式分离变量并积分得⎰⎰-=21w w T T dTdx q δ21w w T T Tqxλδ-=于是 δλδλ2121)(w w w w T T T T q -=--=这就是当导热系数为常数时一维稳态导热的热流密度计算式。
将已知数值代入该式，得铜 26/1056.105.010*******mW q ⨯=-⨯= 灰铸铁 25/1043.105.01003008.35mW q ⨯=-⨯= 铬砖 24/1002.205.010030004.5mW q ⨯=-⨯=5-2 一块温度127℃的钢板。
（1）已知钢板的发射率8.0=ε，试计算钢板发射的热流密度（即单位面积发射出的辐射热流量）。
（2）钢板除本身发射出辐射能散热外，还有什么其它散热方式？（3）已知)/(702C m W h ⋅=,钢板周围的空气温度为27℃，试求自然对流散热的热流密度。
解 （1）按式（5.15），钢板发射出的热流密度为24840/1160)127273(1067.58.0mW TA q =+⨯⨯⨯==Φ=-εσ（2）还有自然对流散热方式。
（3）自然对流散热按牛顿冷却公式（5.11）计算2/700)27127(7)(m W T T h q f w =-⨯=-=5-3 为了测量某种材料的热导率，用该材料制成厚5mm 、直径25mm 的圆形平板试件。
第一次试验时测得通过试件的导热量为0.22W ，试件两侧温度分别为20℃和50℃。
冶金传输原理总复习
第一章动量传输的基本概念1．流体的概念物质不能抵抗切向力，在切向力的作用下可以无限的变形，这种变形称为流动，这类物质称为流体，其变形的速度即流动速度与切向力的大小有关，气体和液体都属于流体。
2 连续介质流体是在空间上和时间上连续分布的物质。
3流体的主要物理性质密度；比容（比体积）；相对密度；重度（会换算）1.3流体的粘性1粘性在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动，流体的这种性质叫做流体的粘性，由粘性产生的作用力叫做粘性力或内摩擦力。
牛顿粘性定律单位面积上的粘性力（粘性切应力、内摩擦应力）为τyx说明动量传输的方向（y向）和所讨论的速度分量（x向）。
符号表示动量是从流体的高速流层传向低速流层。
例题1-1粘度是流体的重要属性，它是流体温度和压强的函数。
在工程常用温度和压强范围内，温度对流体的粘度影响很大，粘度主要依温度而定，压强对粘性的影响不大。
当温度升高时，一般液体的粘度随之降低；但是，气体则与其相反，当温度升高时粘度增大。
这是因为液体的粘性主要是由分子间的吸引力造成的，当温度升高时，分子间的吸引力减小，μ值就要降低；而造成气体粘性的主要原因是气体内部分子的杂乱运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的交换，当温度升高时，气体分子杂乱运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量和动量交换随之加剧，所以μ值将增大。
凡是切应力与速度梯度的关系服从牛顿粘性定律的流体，均称为牛顿流体（Newtonianfluids）。
常见的牛顿流体有水、空气等，非牛顿流体有泥浆、纸浆、油漆、沥青等。
对于不符合牛顿粘性定律的流体，称之为非牛顿流体（Non-Newtonian fluids）1.4 作用在流体上的力从流体中任意取出一流体块，其体积为V，界面为S（图1-5），作用在这一流体块上的力可分为两大类：表面力、质量力或者体积力。
1.5控制体所谓控制体，就是流体在空间中通过其流动的一个区域1.6 衡算方程IP-OP+R =S第二章动量传输的基本方程2.1 流体运动的描述研究流体运动的方法在流体力学中根据出发点不同，采用两种分析方法，即拉格朗日法及欧拉法。
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。
冶金传输原理-复习总结
度升高。
辐射换热特点
第5章 热量传递的基本概念
2、斯蒂芬—波尔茨曼定律 （1）黑体在某一温度下的辐射能
斯蒂芬—波尔茨曼定律（四次方定律）
A 0T 4 W (5.14) 式中, 0 5.67 108W / m 2 K 4 黑体辐射常数.
（2）实际物体的辐射能
A 0T 4
7.2 求压力的作用点
(2.46)
即压力P为浸水面积与形心处的液体静压强的乘积
JC y D yC yC A
8、静止液体对曲面壁的压力
(2.49)
px hC Ax pz V
(2.53)
P Px2 Py2
(2.54)
第2章 流体静力学
Pz 压力的倾斜角为 arctan Px
面上呈现出具有速度差异（滑差速度）的流体薄层。
层流起始段——层流稳定之前的一段。 4.3 园管中的湍流运动 1、湍流的脉动现象 2、速度的时均化原则及时均速度
第4章 流动状态及能量损失 3. 湍流边界层
湍流边界层
4. 水力光滑管和水力粗糙管 水力光滑管：δ>Δ，Δ对流动影响小，类似完全光滑管。 水力粗糙管：δ<Δ，Δ对流动影响大，消耗能量。
对不可压缩流体，空间连续性方程
u x u y u z 0 x y z
(3.27)
第3章 流体动力学 3.2.2 沿总流的连续性方程
1mv1 A1 2mv2 A2
对不可压缩流体
(3.33)
物理意义：对可压缩流体稳定流，沿流程的质量流量保持不变。
v1 A1 v2 A2
第4章 流动状态及能量损失 5. 湍流沿程损失的基本关系式
l v p d 2
《冶金传输原理》5 稳态导热及导热微分方程
5、热流量、热通量
热流量 单位时间内通过某一给定面积F的热量叫热流量.
用Q来表示, 单位为W。
热通量 是指在单位时间内通过单位面积的热量,
亦称热流密度, 用q表示, 单位为: W/㎡
热流量与热通量的关系：Q=qF. 热流量是表现热量传输速率的一个物理量.
5. 稳态导热及导热微分方程
5.1.2 傅立叶定律
5. 稳态导热及导热微分方程
3、等温面（线）
– 在温度场中的某一瞬间,所有温度相同的各点组成的 一个空间曲面叫等温面.在该面上,各点都具有同一个 温度值.
– 任意一平面与等温面相交的交线叫等温线,或定义为: 在温度场中某一瞬间,所有温度相同的点组成的一条 空间曲线叫等温线.
– 由于空间任意一点在同一时刻不可能同时具有两个温 度值,故同一时刻两条数值不同的等温面(线),不可能 相交的。此即为等温面(线)的一个重要性质.根据此 性质可用一组等温面(线)来表示一个温度场.
单位时间内通过单位截面积的 热通量与温度梯度成正比。
q Q gradT T
F
n
gradT
i
T
j
T
k
T
x y z
负号表示 导热方 向与温度梯度方向相反 q i qx jqy kqz
qx
T x
qy
T y
Q qF T F
n
qz
T z
5. 稳态导热及导热微分方程
导热系数/热导率
q
温度场
导热速率
5. 稳态导热及导热微分方程
1、温度场
物体温度随空间坐标的分布和随时间的变化规律
在某一瞬间物体内部各点的
温度分布 T f x, y, z,
连续介质
冶金传输原理习题
动量传输伯努利方程的实质是什么？它说明了什么问题？伯努利方程能否用于压缩型流体及非稳态流动？能量守恒定律在动量传输中的应用。
在理想的流体中任何一点的位压头、静压头和动压头的总和是不变的。
不能。
断面为150mm × 400mm 的管道，标态下风量为2700m3/h ，求平均标态流速。
又若出口断面扩大为300mm ×400mm ，风温升高为45℃，求出口平均风速。
又假若要求出口风速为20 m/s ，求出口圆管直径应为多少（标态下）？ 平均标态流速：2700/360012.5m/s 0.1500.4s V u A ===⨯ 稳态流动质量流量不变：111222u A u A ρρ= 根据气体状态方程：122127345318273273T T ρρ+=== 出口平均风速为：11122231812.50.150.47.28m/s 2730.30.4u A u A ρρ⨯⨯⨯===⨯⨯ 出口圆管面积：2112212.50.150.40.0375m 20u A A u ⨯⨯===出口圆管直径：0.219m d ===一渐缩管道大截面处d 1=8 cm, u 1=10 m/s,小截面处d 2=3 cm ，今各截面速度均匀，求流过该管道不可压缩流体的体积流量的小截面处流速u 2。
体积流量：231110 3.14/40.080.05m /s s V u A ==⨯⨯= 小截面处流速：21122210 3.14/40.0871.1m/s 3.14/40.03u A u A ⨯⨯===⨯流体流动有哪两种形态，各有何特点？如何判断？流体的流动可分为层流和湍流特点：层流：规则的层状流动，流体的层与层之间和不相混，轨迹为平滑的随时间变化的曲线。
湍流：无规则的运动方式，质点轨迹杂乱无章而且迅速变化，流体微团在向流向运动的同时，还作横向、垂向及局部逆向运动，与周围流体混掺，是随机的、三维的运动。
判断：对内表面光滑的圆截面直管衡量流动状态：当Re<2300时，流动呈层流。
最新材料加工冶金传输原理习题答案(吴树森版)
第一章 流體的主要物理性質1-1何謂流體，流體具有哪些物理性質？答：流體是指沒有固定的形狀、易於流動的物質。
它包括液體和氣體。
流體的主要物理性質有：密度、重度、比體積壓縮性和膨脹性。
2、在圖3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m ，H2=6m ，管徑D=15mm ，如果不計損失，問S 處的壓強應為多大時此管才能吸水?此時管內流速υ2及流量Q 各為若干?(注意：管B 端並未接觸水面或探入水中)解：選取過水斷面1-1、2-2及水準基準面O-O ，列1-1面(水面)到2-2面的貝努利方程再選取水準基準面O ’-O ’，列過水斷面2-2及3-3的貝努利方程(B) 因V2=V3 由式(B)得圖3.20 虹吸管 gpH gpa 220222121υγυγ++=++gppa 22222υγγ++=gp g p H H a 202)(2322221υγυγ++=+++ggp2102823222υυγ+=++)(28102水柱m p =-=γ)(19620981022a p p =⨯=)/(85.10)410(8.92)2(222s m p p g a=-⨯=--=γγυ)/(9.1)/(0019.085.104)015.0(3222s L s m A Q ==⨯⨯==πυ5、有一文特利管(如下圖)，已知d 1 =15cm ，d 2=10cm ，水銀差壓計液面高差∆h =20cm 。
若不計阻力損失，求常溫(20℃)下，通過文氏管的水的流量。
解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2處測量靜壓力差p 1和p 2，則由式const v p =+22ρ可建立有關此截面的伯努利方程： ρρ22212122p v p v +=+根據連續性方程，截面1和2上的截面積A 1和A 2與流體流速v 1和v 2的關係式為2211v A v A =所以 ])(1[)(2212212A A p p v --=ρ 通過管子的流體流量為 ])(1[)(2212212A A p p A Q --=ρ )(21p p -用U 形管中液柱表示，所以074.0))15.01.0(1(10)1011055.13(2.081.92)1.0(4])(1[)(22223332212'2=-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=--∆=πρρρA A h g A Q (m 3/s)式中 ρ、'ρ——被測流體和U 形管中流體的密度。
冶金传输原理习题集
《冶金传输原理—传热传质》部分习题集一、概念题-11. 温度场2. 温度梯度3. 对流给热（对流换热）4. 热流量与热通量5. 流向传质与非流向传质6. 热通量与传质通量7. 黑体8. 黑度（辐射率） 9. 热辐射 10. 有效辐射 11. 角系数 12. 非稳态导热13. 导热问题第三类边界条件（导热问题第一类边界条件） 14. 热边界层（传质边界层） 15. 努塞尔特准数及其物理意义 16. 格拉晓夫准数及其物理意义 17. 施密特与修伍德准数的表达式 18. 傅立叶准数及其物理意义 19. 修伍德准数的表达式 20. 傅立叶准数的物理意义二、概念题-21. 在平板层流给热分析解法求解对流给热系数的过程中，层流边界层对流给热微分方程组有四个微分方程，若用文字或数学解析式表达，它们分别是① 、② 、③ 、和④连续性方程（0=∂∂+∂∂y v x v y x ）。
2. 影响流体对流给热系数的因素可以归结为四个方面。
他们是 、 、温度 和 壁面几何形状与位置。
3. 求解传热微分方程或传质微分方程的定解条件一般有四类，分别是 、 、 和边界条件。
4. 根据斯蒂芬－波尔兹曼定律和有关实际物体黑度的定义，实际物体的辐射力与温度的关系可表示为：E ＝ w/m 2，其中 ε 称为物体的黑度，或称 ，其值介于0～1之间。
5. 对三维稳态导热的有限差分方法来说，任何一个内部节点的温度，其实就等于周围相邻节点温度的 ，即t i,j,k = 。
6. 影响流体对流给热系数的因素可以归结为四个方面。
它们分别为：流体流速、 、 和 。
7. 根据动量守恒定律，可以推导出纳维－斯托克斯方程；根据 ，可以推导出传热微分方程；根据质量守恒定律则可以分别推导出流体连续性方程方程和 微分方程。
8. 研究对流给热的主要任务，就是求解对流给热系数h 。
一般求解h 的方法有四种，它们分别是 、边界层近似积分解、 、和 。
9. 如果动量传输微分方程可以写作x x x x xz x y x x x g x pz v y v x v v z v v y v v x v v v +∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂ρτ1222222，则热量传输微分方程可以写作 ，质量传输微分方程可以写作 。
最新安工大冶金传输原理周俐第五章习题及解答
安工大冶金传输原理周俐第五章习题及解答5-1 飞机模型在空气中以1.5m/s 速度滑翔，若将机翼视为宽为10cm ，长为25cm 的平板，试估算平板后缘上的边界层厚度δ及平板阻力。
已知空气温度为10℃,大气的运动粘性系数为s m /1042.125-⨯=ν，3/247.1m kg =ρ.(答：4.866mm ，9.063×10-4N ) 解：后缘雷诺数为：4551.50.10Re 1.05610 3.2101.4210V Lν∞⨯===⨯<⨯⨯整个平板为层流边界层则cmL 4866.010056.11.00.5Re0.54=⨯⨯==δ阻力系数01292.0Re 328.1==LD C阻力为2122D D F C V bL ρ∞⎛⎫=⨯ ⎪⎝⎭N4210063.9201292.025.01.05.1247.121-⨯=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯=5-2光滑平板宽1.2m ，长3m ，潜没在静水中以速度s m u /2.1=沿水平方向拖曳，水温为10℃，求：1）层流边界层的长度（5105Re ⨯=K ）；2）平板末端的边界层厚度；3）所需水平拖拽力。
答：（0.55m ，57.2mm ，16.57N ）5-3飞机以速度100m/s 在大气中飞行，若视机翼为平板，并认为机翼前缘开始均为湍流边界层，试计算边界层厚度δ以及平板总阻力。
已知机翼长度为m L 15=，宽度为m b 2=，空气温度为10=t ℃。
（答：2.751cm ，1.631kN ）5-4速度为30m/s 的风，平行地流过广告板。
广告板长10m ，高5m ，空气温度为10℃，试求广告板所承受的摩擦力。
(答137.9N) 解： 10=t ℃空气的运动粘度s m /1042.125-⨯=ν，密度3/247.1m kg =ρ由于7510113.21042.11030Re ⨯=⨯⨯==-∞νLV L混合边界层所以：002457.000008.0002537.0Re 1700Re 074.02.0=-=-=L LD C总摩擦力为：NbL V C F D D 9.13725030247.121002457.022122=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=∞ρ 5-5跳伞者的质量kg M 80=，降落时的迎流面积为220.0m A =，设其阻力系数8.0=DC ，气温为0=t ℃，试确定降落过程中的末端速度eV 。
冶金传输原理试题
冶金传输原理试题每题5分，共计30分1. 试由连续性方程说明速度散度的物理含义2. 请说明yx τ的物理含义3. 请写出标量的梯度、拉普拉斯算子运算及矢量的散度、旋度在直角坐标下的表达式，并说明运算后变量为标量还是矢量。
4. 请写出运动方程矢量式并说明各项的含义。
5. 请分别从扩散型与对流型通量的表达式说明动量传输、热量传输、质量传输的相似性。
6. 结合实例说明冶金传输原理在冶金工程中的作用7. 钢包内表面积为A 1，水口截面积为A 2，钢液初始深度为H ，不计阻力，计算钢包流空时间。
要点：2212220,2dMu A dtM hA u gh u ρρ=-=-==而：1222dhA u A dt=-=，积分之：21/2011/221()(/)HA dh h A H A A t ===⎰8.如图所示文特利管可测流量，如处于开口试验段，d=400mm,D=1m,h=150mm,空气和酒精密度分别为1.293,795 kg/m 3 计算出口处的气流速度。
要点：2211221122V P V P ρρ+=+ 12P P gh ρ-=洒所以：22211()2V V h g ρρ-=洒另据：22122 =43.6m/sD V d V V ==9．不可压缩流体沿无限大水平面做稳定流动，在只有重力作用下，赯压力与高度的关系要点：运动方程为：1Pg yρ∂=-∂ 积分可得：P gy C ρ=-+10.Re=3500, 20℃水(ρ=998.23kg/m 3621.00710/m s ν-=⨯)流过直径为50.8mm 长1.3m 的光滑管。
求：(1) 湍流、层流平均流速比、压力损失比 (2) 湍流总压降 (3) 层流时中心流速要点：(1)据Re 定义式，/1层湍=(2)22Lp d λρ∆=，0.250.3164/Re λ湍=，64/Re λ层=，/ 2.25p p ∆∆层湍=(3)Re /0.0694/;0.041,d m s νλ=⋅==湍v22.52/p N m ∆=(4)20.1388/m s ==center v v11.不可压缩流体在两个同轴垂直圆筒间作切向层流流动，外筒以角速度ω旋转，内筒静止，设端口效应可忽略，求流体的速度分布，内筒外径kR ，外筒内径R(可参考P75例题()()1()kR r r kR r Rk kθω-=-v )12.在一半径为R 的圆柱形容器内盛有 液体，该容器绕其自身轴以角速度ω旋转，求系统定态下自由表面的形状。
冶金传输原理试题标准答案
西安建筑科技大学研究生试卷冶金传输试题答案一、解释名词（共20分，每题5分）1、连续介质答：将流体视为由连续不断的质点构成的、内部不存在间隙的介质。
连续介质是研究流体运动的一种模型概念2、牛顿流体答：符合牛顿粘性定律，流体剪切应力与速度梯度的一次方成正比的流体。
3、温度梯度答：温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率。
4、热边界层答：流体与固体进行对流换热时，在流体与固体表面间形成具有温度梯度的流体薄层。
二、回答问题（共30分，每题6分）1、什么是迹线？什么是流线？它们有什么区别？①在连续介质的流场中，流体质点在某一段时间间隔内经过的路线叫做迹线。
②在连续介质的流场中，相邻流体质点于同一瞬间的速度向量所构成的连线称为流线。
③迹线是对某一流体质点而言的，它表示在某一段时间间隔内某一特定的流体质点在空间所经过的路线；流线则是对连续分布的许多质点而言的，它表示某一特定时刻这些质点的运动方向。
在稳定流动中，各质点的速度不随时间而变化，因而在不同时刻，流体质点是沿着不变的流线流动，所以流线与迹线重合。
2、什么是层流流动？什么是湍流流动？如何判断两种流动状态？答：①当流体流动时，流体在流动方向上水平平行流动，各层间无横向干扰和掺混。
如果是管流流动是平行管轴的平行流动，此种流动状态称为层流流动。
②当流体流动时，流体质点在各方向都有分速度，相互干扰和掺混的向前，全部流场中流体质点做复杂的无规则运动。
这种流动状态称为湍流流动。
③通常用雷若准数（R e=uρd/μ）1）由紊流向层流转变时R e=23002）由层流向紊流转变时R e可达138003、什么是稳定态传热？什么是非稳定态传热？举例说明。
答：①稳定温度场下发生的传热叫稳定态传热。
所谓稳定温度场是指温度场仅是空间坐标的函数，与时间无关。
以导热为例，发生稳定态导热时，物体各处温度不随时间变化，物体不吸热，也不放热，没有热量的积蓄，仅起导热作用。
例如连续加热炉的炉墙导热。
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第5章 热量传输的基本概念及基本定律
5-1 一块厚50mm 的平板，两侧表面分别维持在3001=w T ℃，1002=w T ℃。
试求下列条件下导热的热流密度：（1）材料为铜，)/(389 C m W ⋅=λ;(2)材料为灰铸铁，)/(8.35 C m W ⋅=λ；（3）材料为铬砖，)/(04.5 C m W ⋅=λ。
解 参见式（5.6）有
dx
dT q λ
-=
在稳态导热过程中，垂直于x 轴的任一截面上的热流密度是相等的，即q 是常量。
将上式分离变量并积分得
⎰
⎰-=2
1
w w T T dT
dx q δ
21
w w T T T
qx
λδ
-=
于是 δ
λ
δ
λ2
121)
(w w w w T T T T q -=--=
这就是当导热系数为常数时一维稳态导热的热流密度计算式。
将已知数值代入该式，得
铜 2
6
/1056.105.010*******m
W q ⨯=-⨯= 灰铸铁 2
5
/10
43.105.01003008.35m
W q ⨯=-⨯= 铬砖 2
4
/10
02.205
.010030004.5m
W q ⨯=-⨯
=
5-2 一块温度127℃的钢板。
（1）已知钢板的发射率8.0=ε，试计算钢板发射的热流密度（即单位面积发射出的辐射热流量）。
（2）钢板除本身发射出辐射能散热外，还有什么其它散热方式？
（3）已知)/(702C m W h ⋅=,钢板周围的空气温度为27℃，试求自然对流散热的热流密度。
解 （1）按式（5.15），钢板发射出的热流密度为
2
4
8
4
0/1160)
127273(10
67.58.0m
W T
A q =+⨯⨯⨯==Φ=
-εσ
（2）还有自然对流散热方式。
（3）自然对流散热按牛顿冷却公式（5.11）计算
2
/700)27127(7)(m W T T h q f w =-⨯=-=
5-3 为了测量某种材料的热导率，用该材料制成厚5mm 、直径25mm 的圆形平板试件。
第一次试验时测得通过试件的导热量为0.22W ，试件两侧温度分别为20℃和50℃。
第二次试验时测得通过试件的导热量为0.32W ，试件两侧温度分别为200℃和220℃。
求两次试验中材料的热导率分别是多少？比较两次计算结果，说明了什么？
解 由5-1题可知
δ
λ
δλ2
121)
(w w w w T T T T q -=--=
A T T A q w w ⨯-⨯
=⨯=Φδ
λ2
1
第一次试验材料的热导率
)/(075.0)
2050(4
025
.0005
.022.0)
(0
2
21C m W T T A w w ⋅=-⨯⨯⨯=
-⨯⨯Φ=
πδλ
第二次试验材料的热导率
)/(163.0)
200220(4
025
.0005
.032.0)
(0
2
21C m W T T A w w ⋅=-⨯⨯⨯=
-⨯⨯Φ=
πδλ
计算结果表明：两次试验所测同一材料的热导率不同，除了测量误差外，还反映了材料的热导率是随温度变化的。
5-4．平板导热仪是用来测量板状材料热导率的一种仪器，如图所示。
设被测试件为厚20mm 、直径为300mm 的圆盘，一侧表面的温度为250℃，另一侧表面的温度为220℃，四周绝热，通过试件的热流量为63.6W 。
试确定试件材料的热导率。
题5-4示意图
解：略
))/(6
.0(K m W ⋅=λ
5-5．机车中，机油冷却器的外表面面积为0.12m 2,表面温度为65℃。
形势时，温度为32℃的空气流过机油冷却器的外表面，表面传热系数为45(
)K
m W
⋅2
/.试
计算机油冷却器的散热量。
解：略 )82.17(W =φ
5-6．一电炉丝，温度为847℃，长1.5m ，直径为2mm ，表面发射率为0.95.试计算电炉丝的辐射功率。
解：由实际物体的四次方定律得： ()4.79827384710675.55.1002.095.04
840=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-πσεφT A W
5-7．用直径0.18m,厚1δ的水壶烧开水，热流量为1000W ，与水接触的壶底温度为107.6℃。
因长期使用，壶底结了一层厚mm 32=δ的水垢，水垢的热导率为(
)K
m W
⋅2
/1，假如与水接触的水垢表面温度仍为107.6℃，壶底热流量不变，
问水垢与壶底接触面的温度增加了多少。
解：略 118(=∆T ℃）
5-8.一根长15m 的蒸汽管道水平通过车间，其保温层外径为580mm ，外表面温度为48℃，车间内空气温度为30℃，保温侧外表面与空气的对流换热系数为
(
)K
m W ⋅2
/5.3。
求蒸汽管道在车间内的对流散热量。
解：略 （W 1721=φ）
5-9．试求上题中蒸汽管道德辐射散热量r φ。
已知系统发射率s ε为保温层外表面的发射率9.01=ε。
物体2为周围物体，其温度2T 接近空气温度∞T 。
解：由式（8.16）得：
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=42411100100T T A C b s r εφ
W
T T A C b 305110027330100273481558.067.59.010010044424111=⎥⎥⎦⎤
⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⨯⨯⨯⨯=⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=πε
5-10．厚度为25mm 的聚氨酯泡沫塑料，两表面温度差为5℃，材料的热导率为()C m W ︒⋅/032.0，试计算通过该材料的热通量。
解：略 )/4.6(2m W q =
5-11．30℃的空气吹过150℃的热表面，如果空气与热表面的对流换热系数为()C m W ︒⋅/200，试计算这个热表面对流散热的热通量。
解：由牛顿冷却公式，热表面对流散失的热量为
()3102430150200⨯=-=∆=T hA φ 2
/m W
5-12．金属板的表面黑度为0.35，温度为273℃，试求它的表面热辐射率。
如果该金属表面氧化，黑度变为0.5，表面热辐射率变为多少？若将该金属表面镀铬，黑度变为0.05，表面热辐射率又变为多少？
解：由四次方定律，金属表面的热辐射率
()11027327310
675.535.04
8
4
0=+⨯⨯⨯==-T
εσφ2
/m W
表面氧化后的热辐射率为
()5.157********
675.55.04
8
4
0=+⨯⨯⨯='=-T
σεφ2
/m W
镀铬后表面的热辐射率为
()8.1527327310
675.505.04
8
4
0=+⨯⨯⨯=''=-T
σεφ2
/m W。