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 0.1500.4

s 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：122127345318273273

T T ρρ+=== 出口平均风速为：11122231812.50.150.47.28m/s 2730.30.4

u A u A ρρ⨯⨯⨯===⨯⨯ 出口圆管面积：2112212.50.150.40.0375m 20

u 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：2

1122210 3.14/40.0871.1m/s 3.14/40.03

u 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。

当Re>4000时，流动呈湍流。

当2300

圆管中的边界层厚度为多少？湍流时的边界层与层流时有何不同？

将从板壁或管壁算起至流过均匀流速的距离成为边界层厚度。

圆管中的边界层厚度为圆管直径的一半。

层流边界层：壁面的摩擦及流体的粘性力起主导作用，层内的扰动不容易得到发展扩大。流体的流动形态呈层流流动。

湍流边界层：随着流动的推进，边界层继续增厚，扰动逐渐发展，粘性力作用减低，当其发展的一个临界值时，边界层的流体的性质开始由过度流转为湍流。流体的流动形态呈湍流流动。

热量传输

热量传输有哪几种基本方式？各有什么特点？

1 导热对流辐射

导热是热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分，或从高温物体传递到与之接触的低温物体的过程。

导热是依靠物体中分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动进行热量传输。它发生在同一物体的两个部分之间，或彼此相接触的两种物体的接触面之间，而物体各部分之间不发生宏观的相对位移。

对流是指流体流动时，冷热流体互相掺混所引起的热量传输过程。这种传热的方式是流体各部之间发生相对移动。对流不仅发生在流体流动中，而且伴随着导热。

辐射是物体依靠电磁波的发射与吸收传递热量的过程。辐射电磁波的形式向空间传播，不需要与物质或质点的直接接触。

什么是温度场？并说明温度场的类别及特点。

传热物质体系内，温度在空间和时间上的分布状态称为该体系的温度场，它是时间和空间的函数。

物体中各点的温度随时间改变的温度场称为非稳态温度场；物体中各点温度不随时间变化的温度场则为稳态温度场。

温度梯度的物理意义？

温度梯度指在等温面法线方向上单位长度温度变化率。

说明导热系数与热量传输系数的物理意义及区别？

导热系数指在一定温度梯度下，单位时间通过单位面积的导热量。

热量传输系数是表征物体热量传输能力的重要参数。热量传输系数与导热系数成正比，与物

体的密度和比热容成反比。热量传输系数概括了物体在导热时的导热能力和物体自身的热焓变化。

一个大气压下20℃的空气，以1.5m/s 的速度流过温度为100的平面炉墙表面，炉宽1.0m ，长2.0m ，若不计自然对流的影响，求炉墙表面上热边界层厚度及对流传热量？（在60℃下，空气有关的物性为：运动粘度v=18.97×10-6m2/s ；λ=2.90×10-2W/（m ·℃）；Pr=0.696） 热边界层厚度计算公式1

1324.552Pr Re T x δ--=

平均传热系数计算式：h=11/31/20.664Pr

Re h L λ-=

解： 11()(10020)6022

m f w T T T =+=+=℃ 对长L=2.0m 的平板有：

55061.5 2.0Re 1.581051018.9710

u L v -⨯===⨯<⨯⨯ 则为层流对流，故 1

1

324.552Pr Re T x δ--==4.552×2.0×0.696-1/3×（1.58×105）-1/2

平均传热系数为：

211/31/21/351/22.90100.664Pr

Re 0.6640.696(1.5810)2.0h L λ----⨯==⨯⨯⨯⨯=3.39 W/(m 2·℃)

于是传热热量为：

Q=h （T w —T f ）A=3.39×（100-20）×2.0×1.0=542.4W

物体黑度与吸收率有什么关系和区别？

克希荷夫定律揭示了黑度和吸收率之间的关系。在辐射平衡条件下，物体对黑体辐射的吸收率等于其黑度。吸收能力强的物体，其辐射能力也强，黑体吸收率最大，α=1，其黑度也最大。克希荷夫定律适用于任何物体单色吸收与辐射。物体对某一波长射线的吸收率等于同温度下该物体发射同一射线的黑度。就灰体而言，黑度只取决于物体本身固有的特性，是与温度无关的常数，故其吸收率也是常数，且不论辐射是否来自黑体，是否平衡。

灰体和实际物体有什么联系和区别？

实际物体与黑体的辐射能力存在着不同程度的差异，如果某物体在各温度下所辐射出各种波长的辐射强度恰好都是同温度下黑体辐射强度的某一分率，即该物体辐射光谱与黑体辐射光谱完全相似，且存在如下关系：

1

2120000

n n I I I E I I I E λλλλλλε=====L 则该物体成为灰体，比例常数成为灰体黑度。