北京理工大學(xué)材料加工冶金傳輸原理期末試卷A-B試題及答案_百

1、冶金傳輸原理試題（A）參考答案名詞解釋（每題2分，共16分）1. 不壓縮流體：指流體密度不會隨壓強改變而變化，或該變化可忽略的流體。2. 速度邊界層：指在靠近邊壁處速度存在明顯差異的一層流體，即從速度為零到0.99倍的地方稱為速度邊界層。3. 雷諾準數(shù)及其物理意義：,表征慣性力與粘性力之比。是流態(tài)的判斷標準。4. 黑度（發(fā)射率）：實際物體的輻射力與相同溫度下黑體的輻射力之比稱為物體的黑度，也叫發(fā)射率。5. 傅立葉準數(shù)及其物理意義：，也稱時間準數(shù)，表示非穩(wěn)定傳熱所進行的時間與其達到平衡狀態(tài)所需要的總時間之比；或時間內(nèi)非穩(wěn)態(tài)傳熱的傳熱量與其達到穩(wěn)態(tài)（平衡）時傳輸?shù)目偀崃恐取?. 熱通量與傳質(zhì)通量

2、：單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量稱為熱（量）通量；單位時間通過單位面積的物質(zhì)量稱為傳質(zhì)通量。7. 角系數(shù)：由表面1投射到表面2的輻射能量占離開表面1的總輻射能量的份數(shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)，用符號表示，即：。8. 流向傳質(zhì)與非流向傳質(zhì)：與流體流動方向相同的傳質(zhì)叫做流向傳質(zhì)；與流體流向垂直的傳質(zhì)叫做非流向傳質(zhì)。一、 填空題（每空1分，共19分）1 理想流體是指不存在 粘性力，或其作用可忽略的流體。2 氣體超音速射流產(chǎn)生過程中，氣體流股截面積先 收縮 后 膨脹 ，壓強 不斷降低。3 流場中流體各物理量只是 空間單一方向的函數(shù)，稱一維流場4 固體壁面無滑移邊界條件是指 壁面速度與相接觸的流體層速度

3、相等 ，而無滲透邊值條件為 垂直于壁面方向流體速度為零 。5 如果流場中每點的物理量值都一致,則稱其為 均勻場；如果各點的物理量值不隨時間而變化，則稱其為 穩(wěn)態(tài)場。6 根據(jù)動量守恒定律，可以推導(dǎo)出納維斯托克斯方程；根據(jù) 能量守恒定律 ，可以推導(dǎo)出傳熱微分方程；根據(jù) 質(zhì)量守恒定律 則可以分別推導(dǎo)出流體連續(xù)性方程方程和 質(zhì)量傳輸 微分方程。7 研究對流給熱的主要任務(wù)，就是求解對流給熱系數(shù)h?，F(xiàn)在求解h的方法有四種，它們分別是 邊界層微分方程組解析解 、邊界層近似積分解、 類比律法 、和 相似理論指導(dǎo)下的實驗方法 。8 一般說來，固體的導(dǎo)熱系數(shù) 大于 （大于、等于、小于）液體，液體的導(dǎo)熱系數(shù) 大于

4、（大于、等于、小于）氣體；在固體中，通常金屬的導(dǎo)熱系數(shù) 大于 （大于、小于、等于）非金屬，結(jié)晶物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù) 大于 （大于、小于、等于）非晶物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)；大多數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而 降低 （升高、降低、不變）。二、 選擇題（每題5分，共15分）1. 伯努利方程表達式錯誤的是 D 。A. =常數(shù) B. C. =常數(shù) D. 2. 單層圓筒壁內(nèi)外流經(jīng)物性和溫度均不同的流體1和流體2，那么該單層圓筒壁在第III類邊界條件下，一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的總熱阻為R= B 。A. B. C D 3. 已知環(huán)境流體對直徑為100mm的圓柱體的總對流給熱系數(shù)h為120 W/(m2，圓柱體的平均導(dǎo)熱系數(shù)為163 W

5、/(m，比熱Cp為440J/(kg，密度為8800 kg/m3，則 C 。A 因為體系的Bi = 0.07360.033，所以不能視為薄材。C 因為體系的Bi = 0.03680.05，所以不能視為薄材。三、 簡答題（每題5分，共20分）1. 流體流動過程主要受到哪幾類力的作用？各自常見的力有哪些？流體主要受到體積力和表面力兩大類力的作用，體積力常見的有：質(zhì)量力、電磁力；表面力常見的有：粘性力和壓應(yīng)力。2. 請說明的物理含義首先是粘性應(yīng)力，由于x方向流動速度在y方向存在差異而產(chǎn)生于流體內(nèi)部。下角標y表示力的法向，x表示力的方向。同樣代表粘性動量通量，此時下角標y表示動量傳遞方向，x表示動量的方

6、向。3. 簡述對流給熱（換熱）的機理，為什么說邊界層導(dǎo)熱是對流給熱的限制性環(huán)節(jié)？答：對流給熱是指流體流經(jīng)與之溫度不同的固體界面時，流體與固體之間所發(fā)生的熱量傳輸現(xiàn)象，是對流傳熱和傳導(dǎo)傳熱的綜合結(jié)果。在流體與固體壁面交界處存在（速度邊界層和）溫度邊界層，溫度邊界層外近似無溫度梯度，溫度梯度只存在于邊界層內(nèi)。對于層流邊界層，層與層之間沒有宏觀物質(zhì)傳輸，傳熱主要依靠傳導(dǎo)傳熱，熱阻很大；湍流邊界層內(nèi)由于存在層流底層，傳熱也要依靠傳導(dǎo)傳熱，熱阻也很大。因此，邊界層導(dǎo)熱是對流給熱的限制性環(huán)節(jié)。4. 簡述氣體輻射與火焰輻射及其區(qū)別。答：氣體的輻射和吸收能力與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，對波長有明顯的選擇性，因此氣體的輻

7、射和吸收光譜是不連續(xù)的，支能吸收或輻射一定波長范圍的輻射能，不同的氣體，波長范圍不同；另外氣體輻射屬于表面輻射。而實際火焰中一般含有大量的固體顆粒，多是發(fā)光火焰，少有純凈氣體燃燒發(fā)出的不發(fā)光火焰，因此在火焰輻射中起主要作用的是炭黑、灰塵等固體顆粒，這些固體顆粒的輻射和吸收類似于固體輻射，可以在可見光譜和紅外光譜范圍內(nèi)連續(xù)發(fā)射輻射能量，由此它們的光譜是連續(xù)的。四、 計算題（每題10分，共30分）1. 粘性系數(shù)的流體流過兩平行平板的間隙，間隙寬，流體在間隙內(nèi)的速度分布為 ， 其中C為待定常數(shù)，y為垂直于平板的坐標。設(shè)最大速度 ， 試求最大速度在間隙中的位置及平板壁面上的切應(yīng)力。解：1）由速度分布可

8、知y坐標原點位于下平板 由 即中心處 u取最大值，在兩板中央取速度最大值(5分將 代入速度分布式 （ 7 分） 2）y = 0 （10分，能給出一個就給分。未求出C值者扣2分）流體作用于上下平板的壁面切應(yīng)力都是，且均指向流動方向，而正負號不同則源于應(yīng)力正負向的規(guī)定。2. “冰凍三尺，非一日之寒”。設(shè)若地表可以看作是半無限厚物體，溫度分布可表示為，初始溫度為t0=10，后受到冷空氣侵襲，地表溫度突然降為tw=-15并維持不變。確定這種條件下，地面下1m處溫度降為0所需的時間。已知：地表土壤土質(zhì)均勻，土壤物性參數(shù)分別為：；高斯誤差函數(shù)表如下：erf(0.420.45 erf(0.440.47 er

9、f(0.460.48 erf(0.480.50erf(0.500.52 erf(0.520.54 erf(0.540.55 erf(0.560.57erf(0.580.59 erf(0.600.60 erf(0.620.62 erf(0.640.63erf(0.660.65 erf(0.680.66 erf(0.700.68 erf(0.720.69erf(0.740.70 erf(0.760.72 erf(0.780.73 erf(0.800.74解：依題意，地表的降溫可以看作是辦無限厚物體的導(dǎo)熱。地表土壤的物性取為所以有即： 查表得： 得天由上面的分析可知當(dāng)?shù)乇頊囟群艿蜁r，地下還可以保持較

10、高的溫度。所以將水管埋在地下可防止水結(jié)冰。3. 干空氣以5m/s的速度吹過0.3m0.3m的淺的盛水盤，在空氣溫度30、水溫10的條件下，已知水分子在空氣中的擴散系數(shù)D=2.4410-5m2/s。問：水的蒸發(fā)速率（g/s）是多少？（若空氣沿平板流動為層流，則有；若空氣沿平板流動為湍流時，則）；不同溫度下物性參數(shù)如下：溫度，102030動量擴散系數(shù)值，10-6 m2/s14.1615.0616.00水表面飽和水蒸氣的密度，g/m39.40417.3130.40解：以題意，v=5m/s，L=0.3m，tf =30，tw =10，D=2.4410-5 m2/s得知：，查得20條件下=15.0610-

11、6 m2/s，并求得：，屬于層流，適用層流繞流平板準數(shù)方程，于是有： m/s答：水的蒸發(fā)速率是1.22710-2 g/s。冶金工程冶金傳輸原理試題（B）五、 名詞解釋（每題2分，共16分）9. 層流流體質(zhì)點在流動方向上分層流動，各層互不干擾和摻混，這種流線呈平等狀態(tài)的流動稱為層流。10. 表面力作用于流體微元界面（而非質(zhì)點）上的力，該力與作用面的大小成比例11. 粘性系數(shù)表征流體變形的能力，由牛頓粘性定律所定義的系數(shù)：,速度梯度為1時，單位面積上摩擦力的大小。12. 熱通量與傳質(zhì)通量：單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量稱為熱通量；單位時間通過單位面積的物質(zhì)量稱為傳質(zhì)通量。13. 溫度梯度：在溫度場中

12、某點P的溫度梯度定義為該點所在等溫面或等溫線法線方向，單位長度上的溫度增量。14. 修伍德準數(shù)的表達式：15. 傅立葉準數(shù)的物理意義：，傅立葉準數(shù)又稱時間準數(shù)，表征不穩(wěn)態(tài)傳熱趨于穩(wěn)態(tài)的程度，或者說是不穩(wěn)態(tài)傳熱進行的時間與由不穩(wěn)態(tài)傳熱達到穩(wěn)態(tài)所用總時間之比。16. 黑度（輻射率、發(fā)射率）：實際物體的輻射力與相同溫度下黑體的輻射力之比稱為物體的黑度，也叫發(fā)射率、輻射率。六、 填空題（每空1分，共19分）1. 一維圓管中水流的質(zhì)量守恒表達式為 2. 伯努力方程的物理意義是 壓 能、 動 能、 勢 能總和守常。其積分式應(yīng)用條件是 不可壓縮 、 沿流線 、 穩(wěn)態(tài)流 、 理想流體 、 只有重力場 。3.

13、如果動量傳輸微分方程可以寫作，則熱量傳輸微分方程可以寫作（改為），質(zhì)量傳輸微分方程可以寫作。4. 影響流體對流給熱系數(shù)的因素可以歸結(jié)為四個方面。它們分別為：流體流速、流體的物性參數(shù)、流體溫度 和和固體壁面的幾何形狀、尺寸。5. 一般說來，固體的導(dǎo)熱系數(shù) 大于 （大于、等于、小于）液體，液體的導(dǎo)熱系數(shù) 大于 （大于、等于、小于）氣體；在固體中，通常金屬的導(dǎo)熱系數(shù)比非金屬 大 （大、小、等于），結(jié)晶物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)要比非晶物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù) 大 （大、小、等于）；大多數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而 降低 （升高、降低、不變）。七、 選擇題（每題5分，共15分）4. 納維爾-斯托克斯方程表達式正確的為 D

14、 。A. B. C D 5. 如果半無限厚、無限大平壁的溫度分布可寫作，有限厚、無限大平板的溫度分布可寫作，無限長圓柱體的溫度分布可寫作，那么，一個半無限長圓柱體內(nèi)的溫度分布式可寫作 c 。A. ABB. BCC. ACD. ABC6. 現(xiàn)有兩種保溫材料，要敷設(shè)在外徑為0.025m的管道外層保溫。已知保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)0.135 J/sm，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)0.090J/sm，保溫層外表面與空氣的對流給熱系數(shù)h9 J/sm2。那么，不管敷設(shè)厚度如何，只要敷設(shè)， f 能對管道起到保溫作用。E. 保溫材料F. 保溫材料G. 保溫材料和兩者都H. 保溫材料和兩者都不七、 簡答題（每題5分，共20分）

15、5. 納維爾-斯托克斯方程和歐拉方程的應(yīng)用條件各是什么？N-S方程：不可壓縮、物性守常、粘性流體歐拉方程：無粘流體6. 什么是速度邊界層,邊界層的提出有何意義?指在靠近邊壁處速度存在明顯差異的一層流體，即從速度為零到0.99倍的地方稱為速度邊界層。提出后對于湍流流動可分為主流區(qū)（無粘流動）和邊界層流動，據(jù)各自方程可求速度，使原本不可求的流動問題可解。7. 在室內(nèi)溫度相同、穿著相同的條件下，為什么冬天的室內(nèi)比夏天的室內(nèi)讓人感覺更冷？答：是因為人體與墻壁輻射換熱的作用。室內(nèi)氣溫相同、穿著相同的條件下，人的體溫大致相同。但冬天的墻壁溫度要低于夏天的墻壁溫度，冬天人體通過輻射換熱傳給墻壁的熱量要比夏天

16、的大，因此會使人感覺更冷8. 分子擴散傳質(zhì)與傳導(dǎo)傳熱的聯(lián)系與區(qū)別：兩者都是依靠物體之間相接觸時分子或原子（基本粒子）之間的熱運動來實現(xiàn)的，在溫度差和濃度差同時存在時，基本粒子之間的熱運動可同時引起分子擴散傳質(zhì)和傳導(dǎo)傳熱，這是他們之間的聯(lián)系。區(qū)別是分子擴散傳質(zhì)要發(fā)生宏觀物質(zhì)位移，而傳導(dǎo)傳熱則沒有或可以忽略。因此溫度對分子擴散傳質(zhì)和傳導(dǎo)傳熱的影響是不同的。八、 計算題（每題10分，共30分）1. 設(shè)靜止液體中密度隨深度h而增加，式中k為常數(shù)，為上液面密度，試據(jù)運動方程推導(dǎo)液體中壓強隨深度變化規(guī)律。2. 用熱電偶測量鋼水的溫度。已知鋼水的溫度為1650，熱電偶插入鋼水前的溫度為20。熱電偶的接點可以

17、看作是球形，直徑d = 1mm，密度=7900kg/m3，等壓比熱Cp=420 J/(kg，導(dǎo)熱系數(shù)=50 W/(m。熱電偶接點與鋼水的對流換熱系數(shù)h = 3000 W/(m2。已知“薄材”的無量綱溫度計算公式為，求熱電偶測得鋼水溫度為1648時所需的時間。解：首先判斷熱電偶是否為“薄材”。，滿足“薄材”的條件，可以視為“薄材”。根據(jù)“薄材”的無量綱溫度計算公式可知答：熱電偶測得鋼水溫度為1648時所需的時間為1.24s。3. 原始含炭量為0.10%碳的低碳鋼工件在950溫度下表面滲碳，這時碳在鋼中的平均擴散系數(shù)為D=3.010-11m2/s，若在滲碳氣氛中使表面碳濃度w維持在1.5%，已知半無限厚平板分子擴散的濃度分布可表示