材料加工冶金传输原理习题答案(吴树森版)
材料加工冶金传输原理(吴树森版)习题答案
F3 F2 gh 2 (d / 2) ( D / 2)2
∴F2=1195.82N 2-10 水池的侧壁上，装有一根直径 d＝ 0.6m 的圆管，圆管内口切成 a＝ 45°的倾角，并在这 切口上装了一块可以绕上端铰链旋转的盖板，h=2m，如图 2.28 所示。 如果不计盖板自重以及盖板与铰链间的摩擦力， 问开起盖板的力 T 为 3 若干?(椭圆形面积的 JC=π a b/4) 解：建立如图所示坐标系 oxy，o 点在自由液面上， y 轴沿着盖板壁 面斜向下，盖板面为椭圆面，在面上取微元面 dA,纵坐标为 y，淹深 为 h=y * sin θ ,微元面受力为
的方向，并求损失水头。 解:由于水在管道内流动具有粘性，沿着流向总水头必然降低，故比较 头可知管内水的流动方向。
A
和 B 点总水
12 3 (m / s) 60 va 6.366m / s, vb 1.592m / s va A a vb Ab Q
a 3b Jc h0 d 1 4 l yc 0.44 h0 yc A sin 45 2 sin 45 a ab sin 45
X=d=0.6m,由理论力学平衡理论知， 当闸门刚刚转动时， 力 F 和 T 对铰链的力矩代数和为零， 即：
M Fl Tx 0
解：以下出口为基准面，不计损失，建立上出口和下出口面伯努
P v v 利方程： h 1 0 a 2 2g 2g
Pa
2
2
代入数据得：v2=6.52m/s 由
v1 A1 v2 A2 得:d2=5.3cm
3.6 水箱侧壁接出一直径 D＝0.15m 的管路，
如图 3.29 所示。 已知 h1＝2.1m， h2=3.0m, 不计任何损失，求下列两种情况下 A 的压强。
材料加工冶金传输原理第五章(吴树森版)
5.1 边界层理论的基本概念 5.2 平面层流边界层微分方程 5.3 边界层内积分方程 5.4 平面绕流摩擦阻力计算
第五章 边界层理论
理论形成的背景：
实际流体流动无论是层流还是湍流，真正能够求得解析解的例子很少 ，主要是由于流体流动的控制方程是非线性的偏微分方程，处理该类方 程目前也是科学界的一大难题，但我们可以有近似的处理方法，方法之 一是在假设条件下获得简化的微分方程并用数值法求解，方法二是针对 湍流流动划分为边界层和中心区。 在实际工程中大多数问题是流体在固体限制的区域内的流动，远离固 体壁面区域的流体速度梯度很小，这样我们可以把远离边壁的大部分流 体处理为无粘性流体（基于速度梯度小，粘性力可忽略），用欧拉方程
这些边界条件是
1 ）y 0,x 0 2）y＞时,x 0 x 3）y＞时, 0 4）y 0, 0 y y
2 x 2
第五章 边界层理论
第五章 边界层理论
（5-19） 联立
（5-17）
第五章 边界层理论
湍流边界层内积分方程的解
第五章 边界层理论
第五章 边界层理论
m dy
x 0 x
l
M dy dy
2 x 0 x x 0 x
l
l
第五章 边界层理论
2）从CD面单位时间流出的动量记为 M
记为m x+Δx
x+Δx ，流出的质量
m
x x
d dy dy x dx
l l 0 x 0 x
[ ]
1
p 0 y
p dp x dx
p
2 v0
0
2
C
材料加工冶金传输原理课件(吴树森)
用翼栅及高温，化学， 用翼栅及高温，化学，多相流动理论成功设 计制造大型气轮机，水轮机， 计制造大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力 机械， 机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力 。
气轮机叶片
大型水利枢纽工程，超高层建筑， 大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥 梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。 梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。
50～60年代又改进为船型，阻力系数为0.45。
80年代经风洞实验系统研究后，进一步改进为鱼 型，阻力系数为0.3。
后来又出现楔型，阻力系数为0.2。
90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优 良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良 的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
虽然生活在流体环境中， 虽然生活在流体环境中，人们对一些 流体运动却缺乏认识，比如： 流体运动却缺乏认识，比如：
1. 高尔夫球 ：表面光滑还是粗糙？ 表面光滑还是粗糙？ 2. 汽车阻力： 来自前部还是后部？ 汽车阻力： 来自前部还是后部？ 3. 机翼升力 ：来自下部还是上部？ 来自下部还是上部？
高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。
现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下， 现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下， 飞行距离为光滑球的5倍 飞行距离为光滑球的 倍。
光滑的球和非光滑球对比
汽车发明于19世纪末 世纪末。 汽车阻力 汽车发明于 世纪末。
当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部 对空气的撞击。 对空气的撞击。
此后， 此后，流体力学的发展主要经历了三个阶段：
１.伯努利所提出的液体运动的能量估计及欧拉 所提出的液体运动的能量估计及欧拉 所提出的液体运动的解析方法， 所提出的液体运动的解析方法，为研究液体运 动的规律奠定了理论基础， 动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形 成了一门属于数学的古典“水动力学” 成了一门属于数学的古典“水动力学”（或古 流体力学” 典“流体力学”）。
材料加工冶金传输原理习题答案(吴树森版)
第一章 流体的主要物理性质1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和气体。
流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。
2、在图3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m ，H2=6m ，管径D=15mm ，如果不计损失，问S 处的压强应为多大时此管才能吸水?此时管内流速υ2及流量Q 各为若干?(注意：管B 端并未接触水面或探入水中)解：选取过水断面1-1、2-2及水平基准面O-O 1-1面(水面)到2-2面的贝努利方程再选取水平基准面O ’-O ’，列过水断面2-2及3-3的贝努利方程(B) 因V2=V3 由式(B)得 图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 ppg a =-⨯=--=γγυ)/(9.1)/(0019.085.104)015.0(3222s L s m A Q ==⨯⨯==πυ5、有一文特利管(如下图)，已知d 1 =15cm ，d 2=10cm ，水银差压计液面高差∆h =20cm 。
若不计阻力损失，求常温(20℃)下，通过文氏管的水的流量。
解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2处测量静压力差p 1和p 2，则由式const v p =+22ρ可建立有关此截面的伯努利方程： ρρ22212122p v p v +=+ 根据连续性方程，截面1和2上的截面积A 1和A 2与流体流速v 1和v 2的关系式为2211v A v A =所以 ])(1[)(2212212A A p p v --=ρ 通过管子的流体流量为 ])(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——被测流体和U 形管中流体的密度。
材料加工原理课后习题答案
材料加工原理课后习题答案【篇一：《材料加工成型原理》思考题参考答案】s=txt>单晶体的塑性变形：滑移和孪生；多晶体的塑性变形：晶内变形和晶界变形通过各种位错运动而实现的晶内一部分相对于另一部分的剪切运动，就是晶内变形。
剪切运动有不同的机理，其中最基本的是滑移、孪生和扭析。
其中滑移变形是主要的；而孪生变形是次要的，一般仅起调节作用。
在t》0．5t熔时，可能出现晶间变形。
这类变形不仅同位错运动有关，而且扩散机理起着很重要的作用。
扩散蠕变机理又包括扩散-位错机理、溶质原子定向溶解机理、定向空位流机理。
在金属和合金的塑性变形过程中，常常同时有几种机理起作用。
具体的塑性变形过程中各种机理的具体作用要受许多因素的影响。
例如晶体结构、化学成分、相状态、组织、温度、应变量和应变速率等因素的影响。
在冷态条件下，由于晶界强度高于晶内，多晶体的塑性变形主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要有其它变形机制相协调。
变形机理主要有：晶内滑移与孪生、晶界滑移和扩散蠕变。
热塑性变形时，通常的热塑性变形速度较快，而且高温下，由于晶界的强度低于晶内，使得晶界滑动易于进行，所以晶粒相互滑移和转动起着尤为重要的作用。
温度越高，原子动能和扩散能力就越大，扩散蠕变既直接为塑性变形作贡献，也对晶界滑移其调节作用。
热塑性变形的主要机理是晶内滑移。
2. 滑移和孪生塑性变形机制的主要区别滑移是指在力的作用下晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变，滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。
孪生是指晶体在切应力作用下沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。
滑移和孪生是单晶体的主要变形机制，都是通过位错运动而实现晶内的一部分相对于另一部分的剪切运动。
但是他们也明显的区别，如下：由孪生的变形过程可知，孪生所发生的切变均匀地波及整个孪生变形区，而滑移变形只集中在滑移面上，切变是不均匀的；孪生切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍（而是几分之一原子间距），而滑移时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍；孪生变形后，孪晶面两边晶体位向不同，成镜像对称；而滑移时，滑移面两边晶体位向不变；由于孪生改变了晶体的取向，因此孪晶经抛光浸蚀后仍可观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现；孪生的临界分切应力要比滑移的临界分切应力大得多，常萌发于滑移受阻引起的局部应力集中区；孪生变形的速度极大，常引起冲击波，发出声响；滑移时全位错运动的结果，孪生是不全位错运动。
材料加工冶金传输原理第十章(吴树森版)
(1)
式中，定性温度Tf可取 ' " T f (T f T f ) 2 式中，Tf'、Tf" — —管道进、出口流体温度。
( 2)流体粘性系数 f 不宜过大 : f ≯ 2 水
(1)温差(TW Tf )不宜过大 : 空气 ≯ 50℃; 水 ≯ 20 ~ 30℃; 油 ≯ 10℃.
• （1）努塞尔准数Nu
– 将其变形为
其物理意义可理解为流体的导热热阻和其对流热阻的比 值，它反映了给定流场的对流换热能力与其导热能力的 对比关系，其大小反映了对流传热能力的大小。由于式 中包含有待定的物理量α ，故Nu是被决定性准数。
10.3 对流换热的准数方程式
• （2）傅里叶数Fo 将其变形为
物理意义可理解为流体的单位体积物体的导热 速率与单位体积物体的蓄热速率比值，Fo越大， 温度场越趋于稳定。
10.3 对流换热的准数方程式
• （3）物性准数Pr 将其变形为
物理意义可理解为流体动量传输能力与热量传 输能力之比。从边界层概念出发，可以认为是 动力边界层与热边界层的相对厚度指标。
10.3 对流换热的准数方程式
T T T T 2T 2T 2T vx vy vz a( 2 ) 2 2 t x y z x y z
10.3 对流换热的准数方程式
10.3 对流换热的准数方程式
10.3 对流换热的准数方程式
10.3 对流换热的准数方程式
10.3 对流换热的准数方程式
能量微分方程方程 v x
动量微分方程 连续性方程
T T 2T vy a x y y 2
v x v x 2vx vx vy x y y 2
v x v y 0 x y
材料成型传输原理课后答案(吴树森版)
第一章流体的主要物理性质1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和气体。
流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg／m3，试求教重度γ和质量体积v。
解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：∴质量体积为1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN／m2时体积为995cm3，当压为多少?强为1MN／m2时体积为1000 cm3，问它的等温压缩率kT公式(2-1):解：等温压缩率KTΔV=995-1000=-5*10-6m3注意：ΔP=2-1=1MN/m2=1*106Pa将V=1000cm3代入即可得到K=5*10-9Pa-1。
T注意：式中V是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所示，在相距h＝0.06m的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v＝0.3m/s被拖动时，每平方米受合力F=29N，求两种油的粘度各是多少?解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即代入数据得η=0.967Pa.s第二章流体静力学2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点?解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。
质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。
而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。
2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何?解：流体静压强指单位面积上流体的静压力。
静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。
2-3写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。
解:流体静力学基本方程为：同一静止液体中单位重量液体的比位能可以不等，比压强也可以不等，但比位能和比压强可以互换，比势能总是相等的。
材料加工冶金传输原理课件(吴树森)材料加工冶金传输原理
0.3 费克定律
.
0.3 费克定律 对两组分系统，通过分子扩散
传递的组分A的质量通量密度为
jA
DAB
d A
dy
(0.5)
式中， J A
质量通量密度（
kg ）； m2 s
钢的表面渗碳
DAB (组分A在组分B中的）扩散系数(m2 S)；
dA 组分A的浓度梯度（kg
m3 );
dy
m
“—”号——质量通量的方向与浓度梯度的方向相反，即组分A 朝着浓度降低的方向传递。
0.4 三种传输现象的普遍规律
0.4 三种传输现象的普遍规律(类比关系） 对比（0.2）、（0.4）、（0.5）式
d(v) (0.2) ( 常量）
dy
q a d(CpT )
(0.4)
dy
பைடு நூலகம்
jA
材料加工冶金传 输原理
课程性质
该课是材料加工冶金工程类专业基 础课程。其特点是运用到较多高等数学方 面知识，课程难度较高，该课与冶金热力 学与动力学、金属学共同构成专业基础核
心课程。
一、什么是传输过程？绪论
传输过程是 动量传输、热量传输、质量传 输过程的总称，简称 “三传” 或者 “传递现 象”。是工程技术领域中普遍存在的物理现象。
❖ 动量传输：垂直于流体流动的方向上，动量由高速度区向 低速度区的转移。
❖ 热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移。
❖ 质量传输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区 的转移。
“三传”的联系：
动量、热量、质量三种传输过程有其内在的联系， 三者之间有许多相似之处，在连续介质中发生 的 “三传” 现象有共同的传递机理。在实际工 程中，三种传输现象常常是同时发生的。
材料加工冶金传输原理习题答案
材料加⼯冶⾦传输原理习题答案第⼀章流体的主要物理性质1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和⽓体。
流体的主要物理性质有：密度、重度、⽐体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg ／m 3，试求教重度y 和质量体积v 。
解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：)m /(88208.9900g 3N VG=*===ργ∴质量体积为)/(001.013kg m ==ρν1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN ／m 2时体积为995cm 3，当压强为1MN ／m 2时体积为1000 cm 3，问它的等温压缩率k T 为多少? 解：等温压缩率K T 公式(2-1): TT P V VK-=1 ΔV=995-1000=-5*10-6m 3注意：ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106Pa将V=1000cm 3代⼊即可得到K T =5*10-9Pa -1。
注意：式中V 是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所⽰，在相距h ＝0.06m 的两个固定平⾏乎板中间放置另⼀块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油，并且⼀种油的粘度是另⼀种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v ＝0.3m/s 被拖动时，每平⽅⽶受合⼒F=29N ，求两种油的粘度各是多少?解：流体匀速稳定流动时流体对板⾯产⽣的粘性阻⼒⼒为YA F 0y x νητ==平板受到上下油⾯的阻⼒之和与施加的⼒平衡，即hh F 0162/22/h νηνηνητ=+==合代⼊数据得η=0.967Pa.s第⼆章流体静⼒学（吉泽升版）2-1作⽤在流体上的⼒有哪两类，各有什么特点? 解:作⽤在流体上的⼒分为质量⼒和表⾯⼒两种。
质量⼒是作⽤在流体内部任何质点上的⼒，⼤⼩与质量成正⽐，由加速度产⽣，与质点外的流体⽆关。
⽽表⾯⼒是指作⽤在流体表⾯上的⼒，⼤⼩与⾯积成正⽐，由与流体接触的相邻流体或固体的作⽤⽽产⽣。
冶金传输原理(吴树森版)复习题库(DOC)
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：在足够时间内，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则运动，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：在流场内取任意封闭曲线，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：流体通过固体表面流动时，在紧靠固体表面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时才开始流动。
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内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 时均化原则:在某一足够长时间段内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内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:物体各部分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行的热量传递称为热传导。
材料加工冶金传输原理第九章(吴树森版)
第九章 导热
• 稳定阶段
是指导热体经过无限长时间后导热体内、外达到新 的稳定状态。
三个阶段中，本章仅研究正规阶段内热量传递规律。
研究此类问题的任务是：
1）确定被加热或被冷却物体内部某点达到预定温度 所需经历的时间，以及该期间所供给或放出的热量。 2）经过一定时间后物体内某点的温度。 3）物体内部最大温差及其所产生的热应力和热变形 是否会造成安全问题。
第九章 导热
温度场分离变量
带入式（9-29），则
将上式分离变量得
第九章 导热
第九章 导热
考虑边界条件 当x=0时，X必须为0，因此C1=0
第九章 导热
当Y=∞时，Y必须为0，因此C3=0 于是
故乘积解为
当Y=0时，Y必须为T0，因此
第九章 导热
第九章 导热
5 一维非稳态导热
非稳态导热的基本概念 不稳态导热的特点 （1）物体内温度随时间变化； （2） 不同位置达到指定温度的实际不同； （3） 热量随时间而变化。 一大平板，突然放入加热炉中加热，平板受 炉内烟气环境的加热作用伴随着热流向平板 中心的传递，其温度就会从平板表面向平板 中心随时间逐渐升高，其内能也逐渐增加， 右图显示了大平板加热过程中温度 总之，在非稳态导热过程中物体内的温度和热流都是在不断的变化，而且是一 个不断地从非稳态到稳态的导热过程，也是一个能量从不平衡到平衡的过程。
第九章 导热
采用了过余温度，半个平板厚度适用的微分方程及定解条件 可表示为
第九章 导热
第九章 导热
w tf t w f ( Bi, Fo ) 0 tf t0
x δ
表面上的过余温度 壁中心过余温度
任意点x的过余温度
m tf t m f ( Bi, Fo ) 0 tf t0
材料加工冶金传输原理第八章(吴树森版)
• What if coils were at the bottom?
1. 定义与特征 • 热对流：流体中（气体或液体）温度不同 的各部分之间，由于发生相对的宏观运动 而把热量由一处传递到另一处的现象。 流体中有温差 — 热对流必然同时伴随着 热传导，自然界不存在单一的热对流 • 对流换热：流体流过与之温度不同的固体 壁面时的热量交换。 Convection heat transfer
傅里叶定律表达式：
8.2 温度场、等温面和温度梯度
8.3热导率与热扩散率
热导率（导热系数）(Thermal conductivity)
q T n n
λ—— 具有单位温度差（1K）的单位厚度的物体 (1m)，在它的单位面积上(1m2)、每单位时间(1s) 的导热量(J)
热导率表示材料导热能力大小；物性参数；实验确定
四傅里叶定律: 1822年，法国数学家Fourier
t
（8-1）
Q
tw1 Q
tw2
x
（8-2）
图1－1通过无限大平板的导热
一维稳态导热傅里叶定律的数学表达式
热导率(导热系数) Thermal conductivity
让· 巴普蒂斯· 约瑟夫· 傅立叶 (Jean Baptiste Joseph Fourier， 1768 –1830)，法国著名数学家、 物理学家，1817年当选为科学 院院士，1822年任该院终身秘 书，后又任法兰西学院终身秘 书和理工科大学校务委员会主 席，主要贡献是在研究热的传 播时创立了一套数学理论。
降低传热速率：提高热效率，减少热损失，节能
传热学与工程热力学的异同
铁块，M1 300oC
热力学：tm , Q 传热学：过程的速率
材料加工冶金传输原理吴树森
M
ABM CD
d
(
dx 0
vxdy)dx
从AC面流出的动量：v
d dx
(
0
vxdy)dx
2024/10/10
11
x方向净输出动量的速率：
0
vx2dy
d dx
(
0
vx2dy)dx
0
vx2dy
v
d dx
(
0
vx dy )dx
d dx
(
0
vx2dy)dx
v
d dx
(
0
vx dy )dx
净输出控制体的动量之速率 作用于控制体的外力之和
即：沿y方向上可分为三个区：层流底层，缓冲区，湍 流关键区。
层流边界层
过渡区 湍流边界层
v∞
v∞
紊流关键区
v∞
vx
缓冲区 vx
层流底层
2024/10/10
4
一般平板 :
实验表明 : 4.1.3 管流边界层:
Le起始段
Rec 3105
1
L Re
层流
湍流
层流：当Re Re c,即层流边
界层在流过一段距离后其（x)
当流体绕物体流动时，常会发生边界层旳脱离，而形成回 流区，以流体绕圆柱体流动为例，来阐明该现象。
当流体流经如图所示旳
圆柱表面时形成如图所示旳 附面层，（图中虚线）A点
C BD
E
旳速度为零叫滞点，从A点
到B点，因为截面旳减小，
则流速增长，压力减小，从B点到C点，截面增长速度减小， 压力增长，因而曲面边界层旳特点是在x方向有压力梯度。 而正是这个压力梯度使得边界层发生脱离和漩涡产生。
第四章
材料成形原理 吴树森 答案docx1
第一章（第二章的内容）第一部分：液态金属凝固学1.1 答：（1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。
原子集团的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离的原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部存在着能量起伏。
（2）实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外，还存在结构起伏。
1.2答：液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。
表面张力对应于液－气的交界面，而界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。
表面张力σ和界面张力ρ的关系如（1）ρ＝2σ/r,因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半径；（2）ρ＝σ（1/r1+1/r2）,式中r1、r2分别为曲面的曲率半径。
附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。
1.3答：液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确定条件下的冲型能力，它是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂质含量决定，与外界因素无关。
而冲型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。
提高液态金属的冲型能力的措施：（1）金属性质方面：①改善合金成分；②结晶潜热L要大；③比热、密度、导热系大;④粘度、表面张力大。
（2）铸型性质方面：①蓄热系数大；②适当提高铸型温度；③提高透气性。
（3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。
（4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度；②降低结构复杂程度。
1.4 解： 浇注模型如下：则产生机械粘砂的临界压力 ρ＝2σ/r显然r ＝×0.1cm ＝0.05cm 21则 ρ＝＝6000Pa 410*5.05.1*2－不产生机械粘砂所允许的压头为H ＝ρ/（ρ液*g ）＝＝0.08m 10*750060001.5 解： 由Stokes 公式上浮速度 92(2v )12r r r －＝r 为球形杂质半径，γ1为液态金属重度，γ2为杂质重度，η为液态金属粘度γ1＝g*ρ液＝10*7500＝75000γ2＝g 2*ρMnO ＝10*5400＝54000所以上浮速度 v ＝＝9.5mm/s 0049.0*95400075000(*10*1.0*223）－）（－3.1解：（1）对于立方形晶核 △G 方＝－a 3△Gv+6a 2σ①令d △G 方/da ＝0 即 －3a 2△Gv+12a σ＝0，则临界晶核尺寸a *＝4σ/△Gv ，得σ＝△Gv ，代入①4*a △G 方*＝－a *3△Gv ＋6 a *2△Gv ＝ a *2△Gv 4*a 21均质形核时a *和△G 方*关系式为：△G 方*＝ a *3△Gv 21（2）对于球形晶核△G 球*＝－πr *3△Gv+4πr *2σ34临界晶核半径r *＝2σ/△Gv ，则△G 球*＝πr *3△Gv 32所以△G 球*/△G 方*＝πr *3△Gv/( a *3△Gv)3221将r*＝2σ/△Gv ，a *＝4σ/△Gv 代入上式，得△G 球*/△G 方*＝π/6<1，即△G 球*<△G 方*所以球形晶核较立方形晶核更易形成3-7解： r 均*＝(2σLC /L)*(Tm/△T)＝cm ＝8.59*10－319*6.618702731453*10*25.2*25）＋（－9m△G 均*＝πσLC 3*Tm/（L 2*△T 2）316＝π*＝6.95*10－17J 316262345319*)10*6.61870(2731453*10*10*25.2(）＋（）－3.2答：从理论上来说，如果界面与金属液是润湿得，则这样的界面就可以成为异质形核的基底，否则就不行。
材料加工冶金传输原理习题答案-19页文档资料
第一章 流体的主要物理性质1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和气体。
流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg ／m 3，试求教重度y 和质量体积v 。
解：由液体密度、重度和质量体积的关系知： ∴质量体积为)/(001.013kg m ==ρν1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN ／m 2时体积为995cm 3，当压强为1MN ／m 2时体积为1000 cm 3，问它的等温压缩率k T 为多少?解：等温压缩率K T 公式(2-1): TT P V V K ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆-=1 ΔV=995-1000=-5*10-6m 3注意：ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106Pa将V=1000cm 3代入即可得到K T =5*10-9Pa -1。
注意：式中V 是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所示，在相距h ＝0.06m 的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v ＝0.3m/s 被拖动时，每平方米受合力F=29N ，求两种油的粘度各是多少?解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即代入数据得η=0.967Pa.s第二章 流体静力学（吉泽升版）2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点?解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。
质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。
而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。
2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何?解： 流体静压强指单位面积上流体的静压力。
静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。
材料加工冶金传输原理第三章(吴树森版)
d1
d3
第二节 连续性方程
解：1）根据连续性方程 Q=V1A1=V2A2=V3A3，则 V1=Q/A1=8.16m/s， V2=V1A1/A2=2.04m/s， V3=V1A1/A3=0.51m/s
d2 d1
d3
2) 各断面流速比例保持不变， Q=8L/s,即流量增加为2倍， 则各断面流速亦加至2倍。即
（3 - 12）
第二节 连续性方程
由：质量输入输出差=累积 → 式（3-11）=（3-12）
( v x ) ( v y ) ( v z ) dxdydzdt dxdydzdt y z t x
对单位时间、单位空间，有：
( v x ) ( v y ) ( v z ) 0 t x y z (3 - 13) 流体的连续性方程
流量与平均速度 流量——单位时间流过有效断面的流体的量
流束的流量
dQ=vdA
流管的流量
Q
A vdA
v
v dA vdA Q
A
A
AvdA A dA
Q A
(3 9)
第二节 连续性方程
流体为连续介质，在研究流体运动时，同样认为流 体是连续地充满它所占据的空间。根据质量守恒定律， 对于空间固定的封闭曲面，稳定流时流入的流体质量 必然等于流出的流体质量；非稳定流时流入与流出的 流体质量之差，应等于封闭曲面内流体质量的变化量。 连续性方程就是反映这个原理的数学关系。
d
dt dx dy dz t x y z
d vx vy vz dt t x y z
将式（b)代入式（a),方程两边同除以ρ，得：
v y v x v z 0 dt x y z 1 d
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 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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Q A2
2gh( ' ) (0.1)2 [1 ( A2 )2 ] 4
A1
2 9.81 0.2 (13.55103 1103 ) 0.074 (m3/ 103 (1 ( 0.12 )2 ) 0.152
s)
式中 、 ' ——被测流体和 U 形管中流体的密度。
如图6-3—17(a)所示，为一连接水泵出口的压力水管，直径 d=500mm，弯管与水平的夹角 45°，水流流过弯管时有一水平推力，为了防止弯管发生位移，筑一混凝土镇墩使管道固定。 若通过管道的流量0.5m3/s，断面1-1和2-2中心点的压力 p1相对=108000N/㎡，p2相对 =105000N/㎡。试求作用在镇墩上的力。
第一章 流体的主要物理性质
1-1 何谓流体，流体具有哪些物理性质？ 答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。它包括液体和气体。 流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。
2、在图 3.20 所示的虹吸管中，已知 H1=2m，H2=6m，管径 D=15mm，如果不计损失，问 S
处的压强应为多大时此管才能吸水?此时管内流速υ2 及流量 Q 各为若干?(注意：管 B 端并
2.5 105
4. 常压下，20℃的空气以 10m/s 的速度流过一平板，试用布拉修斯解求距平板前缘 0.1m，
vx/v∞=0 处的 y，δ，vx，vy，及 avx/y
解：平板前缘 0.1m 处
Reห้องสมุดไป่ตู้
Vx
10 0.1 15.06 10
6
6.64 104
2 105
故为层流边界层
又由
Vx 0 V
而
V V0
当流进长度不是很长（l=0.065dRe)，Rex 小于 Recr 时为充分发展的层流。随着流进尺寸 的进一步增加至 l=25-40d 左右，使得 Rex 大于 Recr 时为充分发展的湍流
3．常压下温度为 30℃的空气以 10m/s 的速度流过一光滑平板表面，设临界雷诺数 Recr=3.2*105,试判断距离平板前缘 0.4m 及 0.8m 两处的边界层是层流边界层还是湍流边界 层？求出层流边界层相应点处的边界层厚度 解：由题意临界雷诺数知对应的厚度为 x,则
第五章 边界层理论
5.2 流体在圆管中流动时，“流动已经充分发展”的含义是什么？在什么条件下会发生充分发 展了的层流，又在什么条件下会发生充分发展了的湍流？ 答： 流体在圆管中流动时，由于流体粘性作用截面上的速度分布不断变化，直至离管口一 定距离后不再改变。进口段内有发展着的流动，边界层厚度沿管长逐渐增加，仅靠固体壁面 形成速度梯度较大的稳定边界层，在边界层之外的无粘性流区域逐渐减小，直至消失后，便 形成了充分发展的流动。
2
2 2
根据连续性方程，截面 1 和 2 上的截面积 A1 和 A2 与流体流速 v1 和 v2 的关 系式为
A1v1 A2v2
所以
v2
2( p1 p2 ) [1 ( A2 )2 ]
A1
通过管子的流体流量为 Q A2
2( p1 p2 ) [1 ( A2 )2 ]
A1
( p1 p2 ) 用 U 形管中液柱表示，所以
32 2g
图 3.20 虹吸管
8 p2 22 10 32
2g
2g (B) 因 V2=V3 由式(B)得
p2 10 8 2m(水柱)
p2 2 9810 19620 ( pa )
2
2g( pa p2 2)
2 9.8(10 4) 10.85(m / s)
Q
A22
(0.015)2 4
[解] 如图6—3—17(b)所示，取弯管前后断面1—1和2-2流体为分离体，现分析分离体 上外力和动量变化。
设管壁对流体的作用力 R，动量方程在 x 轴的投影为：
则
动量方程在 x 轴的投影为：
镇墩对流体作用力的合力 R 的大小及方向为： 流体对镇墩的作用力 P 与 R 的大小相等方向相反。
4.2 温度 T=5℃的水在直径 d＝100mm 的管中流动，体积流量 Q=15L/s，问管中水流处于什 么运动状态?
Recr
vo x
10x 16 106
3.2 105
x 0.512m
A点处（0.4m）是层流，B点处（0.8m）是湍流
层流边界层处雷诺数为：
Rex
v0 x
10 * 0.4 16 *106
2.5 *105
故，边界层厚度为：
4.64 x 4.64 0.4 3.712103 m
Re x
10.85
0.0019
(m3
/
s)
1.9(L
/
s)
5、有一文特利管(如下图)，已知d1 15cm，d2=10cm，水银差压计液面高差 h20cm。若不计阻力损失，求常温(20℃)下，通过文氏管的水的流量。
解：在喉部入口前的直管截面 1 和喉部截面 2 处测量静压力差 p1 和 p2，则由式
p v2 const 可建立有关此截面的伯努利方程： v12 p1 v22 p2
由速度分布与边界层厚度的关系知：
Vx 0 Vy 0, y 0
则
Vx 3 ( y ) 1 ( y )3 0 y 0或y 3（舍去） 再由 V0 2 2
由布拉修斯解知 5.0 x 5.0 1.506105 0.1 1.94103mm
V0
10
Vx y
y0
3 2
V0
(1
解：由题意知：水的平均流速为：
查附录计算得 T=5℃的水动力粘度为
根据雷诺数公式 故为湍流。
4.3 温度 T=15℃，运动粘度 ν＝0.0114cm2/s 的水，在 直径 d=2cm 的管中流动，测得流 速 v=8cm/s，问水流处于什么状态?如要改变其运动，可以采取哪些办法?
解：由题意知： 故为层流。 升高温度或增大管径 d 均可增大雷诺数，从而改变运动状态。
未接触水面或探入水中)
解：选取过水断面 1-1、2-2 及水平基准面 O-O，列 1-1 面(水面)到 2-2 面的贝努利方程
0
pa
12
2g
H1
p2
22
2g
pa 2 p2 22
2g
再选取水平基准面 O’-O’， 列过水断面 2-2 及 3-3 的贝努利方程
(H1
H2)
p2
22 2g
0
pa
)
3 2
10
1.94
1 10 3
7.73 103 s1
5．η=0.73Pa·s、ρ=925Kg/m3 的油，以 0.6m/s 速度平行地流过一块长为 0.5m 宽为 0.15m 的