【考试突击】武汉理工大学材料工程基础第三章传热学例题
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。
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1．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t 2=100℃，热电偶读数温度t 1=200℃时的测温误差。
假定热电偶接点处的对流换热系数h=46.52W/m 2℃，其发射率ε1=0.9。
解： 热电偶接点与管道壁面相比是很小的，
因此，它们之间的辐射换热可以按下式计算：)(4241112,T T q net -=σε 管道内热空气通过对流换热传递给热电偶接点的热量：)(11,t t h q g c g net -= t g 为空气的真实温度。
热电偶接点达到稳定状态时的热平衡式：1,12,g net net q q = 既是，)()(4
24
111T T t t h g c -=-σε 热电偶的读数误差应为：
[]
C T T h t t c
g t ︒=+-+⨯⨯=
-=
-=-6.33)100273()200273(1067.552
.469
.0)
(44842411
1σεδ
即，管道内空气的真实温度t g =233.6℃。
上例说明，热电偶在管道中测量透热气体温度时，其测温误差较大。
从计算过程中可看出测温误差与下列因素有关：
（1） 测温误差与热电偶外套管材料的发射率成正比，因此，宜采用表面比较光滑、发
射率比较小的热电偶外套。
（2） 测温误差与对流换热系数成反比，这说明管道内气流速度愈快，测温误差愈小。
测温时热电偶必须装置在气流速度较快处，在热电偶安装处可造成人为的缩颈，或采用抽气式热电偶。
（3） 测温误差随着差值的减小而减小。
为了提高t2温度，可以在管道上装置热电偶的
部分包上绝热层，或在热电偶外加上遮热罩。
加上遮热罩后，辐射换热在热电偶与遮热罩之间进行，而遮热罩的温度比管道壁高，因此，加上遮热罩后热电偶的辐射换热损失将减小，测温误差也会减小。
2．为了减少上题中由于辐射换热引起的热电偶读数误差，在热电偶接点周围包上遮热罩。
如果空气温度为233.6℃，其它各数据不变化。
由遮热罩表面到气流的对流换热系数hc=11.63W/m 2℃，遮热罩发射率ε3=0.8。
试求此时热电偶的读数应为多少？ 解：（1）设遮热罩温度为t 3，表面积为F 3 ,
管道内热空气以对流方式传递给热接点的热量为：)(11t t F h g c -，
管道内热空气以对流方式传递给遮热罩两表面的热量为：)(233t t F h g c
-'
热接点以辐射方式传递给遮热罩的热量为：1434113)(F T T -σε 遮热罩以辐射方式传递给管道壁面的热量为：3424332)(F T T -σε （2）当热接点达到稳定状态时，热平衡方程为：
)()(111434113t t F h F T T g c -=-σε
由于F 3>> F 1，有，ε13=ε1
热平衡方程可写成：)()(14
34
11t t h T T g c -=-σε (a) （3）当遮热罩达到稳定状态时，热平衡方程
3424332331434113)()(2)(F T T F t t h F T T g c
-=-'+-σεσε 而，F 2>> F 3，ε32=ε3，
并且F 3>> F 1，所以，0)(1434113≈-F T T σε
热平衡方式可简化为：)(2)(34
2433t t h T T g c
-'=-σε (b) (4) 将各个已知数据代入(a)和(b)式中,
[]
4341811067.59.0)6.233(52.46T T t -⨯⨯⨯=-⨯-
[]
443833731067.58.0)6.233(63.112-⨯⨯⨯=-⨯⨯-T t
求解上述方程式,得：t 3=185.2℃；t 1=218.2℃
（5）因此，加遮热罩后热电偶的测温误差，
Δt=t g --t 1=233.6--218.2=15.4℃
这说明加上遮热罩以后热电偶的测温误差比原来降低了18.2℃。