材料加工传输原理期末考试.doc

08级材料加工冶金传输原理考试卷（B卷）答案及评分标准试卷评分说明1、 参照本评分标准中给出的解题步骤分值评分。2、 解题方法正确、计算结果错误的，酌情扣12分。3、 解题思路基本正确，但分析的不够全面、不完全正确的，按解题步骤分值酌情扣分。4、 前面计算结果错误影响到后面的计算结果，只要后续计算公式、方法正确，不重复扣分。5、 不要求学生的解题步骤与本答案完全相同，只要能表明其知道正确的解答方法且结果正确即可得分。6、 解题方法、计算结果正确，但解题中间步骤不全的，酌情扣01分。7、 没有给出物理量单位或单位错误的扣1.0分。一、选择题（每题2分，共计10分）1、流体连续介质模型意味着 B 。 A. 流体分子之间的间隙很小 B.描述流体运动的物理参数是连续函数 C. 流体是不可压缩的 D. 流体的物性是不变的2、粘度很大的流体在内径很小的管内作低速流动时，易出现 A 流动。A层流 B. 湍流 C. 定常流动 D.非定常流动 3、用虹吸管在两个开口水池之间输送水，虹吸管最高处的压强 B 大气压强。A大于 B. 小于 C. 等于 D. 大于等于4、按照导热机理，在水的气、液、固三种状态中， A 状态下的导热系数最小。A气体 B. 液体 C. 固体 D. 气体和液体5、物体的发射率取决于物体的表面特性(物质的种类、表面状况和温度)，与外界条件 A 。A. 无关 B. 有关 C. 关系不大 D. 有时有关，有时无关，视具体情况而定；二、填空题（每空1分，共计15分）1、流体在管内流动时，雷诺数Re的表达式为： ；其物理含义为： 惯性力 与 粘性力 之比。 2、理想流体是指不存在 粘性 力，或其作用可以忽略不计的流体。3、流体在管道内流动时，根据 层流 边界层的厚度和管道表面绝对粗糙度的相对大小，可将管道分为两种类型：即 水力光滑管 和 水力粗糙管 。4、实际流体在流动过程中，因受到阻力作用而造成能量损失。其中，因流体自身的粘性或（和）流体微团的迁移、脉动造成的阻力损失称为 沿程阻力 ；而因流道变化或（和）流道的某些障碍形成的阻力损失称为 局部阻力 。5、非稳态导热时，半无限大平板内部某处未受表面温度突变影响的时间称为 惰性时间 。惰性时间与其表面温度的高低 无关 ，与该处离开表面距离的平方成 正比 ，与材料的热扩散率成 反比 。6、对流换热时，固体壁面附近流体速度急剧变化的薄层称为 速度边界层 ，而温度急剧变化的簿层则称为 温度边界层 。三、简述题 （每小题5分，共计20分）1、简述速度边界层的定义，速度边界层的厚度是如何划分的？ 答：流体流经固体壁面时，在固体壁面附近形成的速度梯度较大的流体薄层，称为速度边界层。 （2.0分）其厚度可按如下方式确定：沿壁面法向由速度为零到来流速度（或主流体速度）0.99倍处的距离。 （3.0分）2、简述普朗特准则数（Pr）的表达式及其物理意义。答：普朗特数的表达式为； （2.0分）Pr 表示动量传输能力与热量传输能力之比。从边界层的概念出发，可以认为是速度边界层与热边界层的厚度相对大小的指标。 （3.0分）3、试说明室内暖气片的散热过程包括哪些热量传递方式？以暖气管道内通热水散热为例。答：有以下换热环节及热传递方式： (1)由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；（2.0分） (2)由暖气片管道内壁至外壁热传递方式为导热； （1.0分）(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。（2.0分）4、简述角系数的定义及角系数的性质。答：表面1发射出的辐射能落到表面2上的百分数称为表面1对不表面2的角系数。角系数纯属几何因子，仅取决于几何特性（形状、尺寸及物体的相对位置）。（2.0分）角系数的性质包括：互换性 （1.0分）完整性 （1.0分）可分（加）性 （1.0分）四、计算题 （共计55分） 1、如右图所示。容器A中的空气被部分抽出后，下端放入水槽中。因容器A内为负压，水沿玻璃管上升的高度h=0.5米，水的密度1000千克/米3。若当地大气压强为1.013105Pa，试求容器A中的绝对压强PA =?（5分)解：容器A中的绝对压强PA应满足下面关系：，其中为大气压 （2.0分) （3.0分)答：容器A中的绝对压强为96400Pa。2、有如图所示的变直径管段AB，已知dA=0.2m，dB=0.4m， 高差h=1.0m，压力表测得pA=7104Pa，pB=4104Pa，流量Q=10m3/min。试判断管内水的流动方向并计算AB段的水头损失。（10分）解：首先计算管中水的平均速度 （2.0分）由连续性方程及A、B处的管径大小可知： （1.0分）以1-1断面为基准，采用表压强计算A、B两处的总水头。 （2.0分） （2.0分）比较A、B两处的总水头可知：水流的方向是由A处流向B处。 （1.0分）AB段的水头损失hAB为: （2.0分）3、采用内径为100毫米的输油管道水平地输送密度为915kg/m3的石油，输送的距离为16公里，油的运动粘度为1.8610-4m2/s，试计算流量为50吨/小时的沿程水头损失及所消耗的功率。（10分）解：首先计算体积流量和平均流速 （2.0分） （1.0分） 油在输油管内流动为层流。 （2.0分）沿程水头损失： （3.0分）消耗的功率： （2.0分）答：所求的沿程水头损失约为188.52米油柱，消耗的功率约为25.7kW。4、有一厚度为20mm的平面壁，其热导率为1.3w/(m)。为使墙的每平方米热损失不超过1500w，在墙的外侧表面覆盖了一层为0.1w/(m)的隔热材料，已知复合壁两侧表面的温度分别为750和55，试求隔热层的厚度。 （10分）解：本题属于多层平壁导热问题，按照题意，已知q1500W/m2 ; 1=1.3W/(m) , 1=20mm ; 2=0.1W/(m), 要求2=？根据多层平壁导热时，热流密度的计算公式 （2.0分）所以 （2.0分） （5.0分）答：隔热层的厚度必须45mm。 （1.0分）5、如图所示，有一半径r=1m的半球刑容器，底部的圆面积上有温 度为200的黑体表面1和温度为40的黑体表面2，它们各占底部圆面积的一半，容器壁3是绝热表面。试计算表面1与表面2之间的辐射换热量。 （10分）解：令表面1的面积为F1 , 表面2的面积为F2 。所以 F1=F2=3.14/2 m2 。（1.0分） 由于F1和F2在同一个平面上，所以角系数 X12=X21=0 （1.0分） 又因为表面1和表面2被表面3所包裹，所以角系数 X13=X23=1 （2.0分） 由于表面3是绝热的重辐射面，所以 （3.0分） （2.0分）答：表面1与表面2之间的辐射换热量1800W。 （1.0分）6、在用热线风速仪测定气流速度的试验中，将直径为0.1mm的电热丝与来流方向垂直放置，稳定状态下测得来流的温度为25，电热丝的温度为55，电热丝消耗的功率为20 wm。假定除对流换热以外其它热损失均可忽略不计，试确定此时气流的速度v=? （10分）注：已知确定平均表面换热系数的准则关系式为： 。空气的物性值以及准则关系式中的 C、n与Re的关系可参见下表。C、n与Re的关系干空气的热物理性质解：本题为空气外掠圆柱体强制对流换热问题。由题意 l=20W/m ,根据牛顿冷却公式l=hA(tw-tf )=hd(tw-tf ) (1.0分) 解得 h=l /d(tw-tf )=20/0.110-3(55-25)=2122 W/(m2K) (1.0分)定性温度 tm=(tw-tf )/2=(55+25)/2=40 (1.0分) 空气的物