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传输原理总复习举例 2020 3 19 1 基本概念题 1 如何理解动量 热量和质量传输的类似性 2020 3 19 可编辑 2 2 温度梯度3 温度边界层 2020 3 19 可编辑 3 4 简述流体连续性介质模型 2020 3 19 可编辑 4 试用简练的语言表述导热 对流换热及辐射换热三种基本的传热方式以及它们之间的区别 2020 3 19 可编辑 5 说明灰体的定义以及引入灰体概念后 对简化工程辐射换热计算的意义 什么是一个表面的自身辐射 投入辐射及有效辐射 有效辐射概念的引入对于灰体表面系统辐射换热的计算有什么作用 2020 3 19 可编辑 6 什么是辐射表面热阻 什么是辐射空间热阻 你认为采用辐射网络法计算辐射换热量有何实际意义 2020 3 19 可编辑 7 2020 3 19 可编辑 8 例题1 如图所示 长度l 1 0m 直径d 200mm的圆柱体 置于内径D 206mm的圆管中以1m s的速度相对移动 已知间隙中油液的比重 0 92 运动粘性系数为5 6 10 4m2 s 求所需拉力T 解 2020 3 19 可编辑 9 例题2 如图1所示 在相距h 0 06m的两个固定平行平板中间放置另一块厚度极薄的板 在薄板的上 下分别注满不同粘度的油 已知下部油的粘度是上部油粘度的2倍 当薄板以匀速 0 3m s被拖动时 测得每平方米受到的运动阻力F 30N m2 试求这两种油的动力粘度各是多少 解 图1流体的粘度 2020 3 19 可编辑 10 例题3 利用U形管差压计 测定旋风分离器的入口和出口处气流的压差 p 如右图所示 当实测差压计液面高度差h 60mmH2O时 求压差 p 2020 3 19 可编辑 11 例题4 如图2 17所示的容器 壁面上有两个半球形的盖子 已知d 0 5m h1 1 5m h2 2m 试求水作用于每个球形盖子上的液体压力 图2 17储水容器 2020 3 19 可编辑 12 例题5 已知平面不可压缩流场中 速度分布为 其中k 常数 单位为m 1 s 坐标x y的单位为m 1 求 x 1m y 2m 点上的流速及位于该点上的流体质点的加速度 2 求流线方程 2020 3 19 可编辑 13 例题6 文丘里流量计倾斜安装如附图所示 入口直径为d1 喉部直径为d2 试用连续性方程和伯努利方程推导其流量计算公式 解 2020 3 19 可编辑 14 例题7 某工厂自高位水池引出一条供水管路AB 如图3 19所示 已知流量Q 0 034m3 s 管径D 15cm 压力表读数PB 4 9N cm2 高度H 20m 问水流在管路AB中损失了若干水头 解 选取水平基准面0 0 图3 19供水管路 2020 3 19 可编辑 15 例题8 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 2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 图3 20虹吸管 2020 3 19 可编辑 16 例题9 沿直径d 305mm的管道 输送密度 980kg m3 运动粘性系数 4cm2 s的重油 若流量Q 60L s 管道起点标高z1 85m 终点标高z2 105m 管长l 1800m 试求管道中重油的压力降及损失功率各为若干 2020 3 19 可编辑 17 例题10 输油管长l 44m 从一敞口油箱向外泄流 油箱中油面比管路出口高H 2m 油的运动粘度 1cm2 s 1 若要求流量Q 1l s 求管路直径 2 若H 3m 为保持管中为层流 直径d最大为多少 这时的流量是多少 2020 3 19 可编辑 18 例题11 试用对流换热微分方程 以相似变换法导出努塞尔数Nu 2020 3 19 可编辑 19 例题12 已知 管中层流与紊流分界的 临界速度vk与流体的 及管经d有关 试建立表达vk的关系式 传输原理总复习举例 2020 3 19 20 基本概念题 1 如何理解动量 热量和质量传输的类似性 10分 答 1 动量 热量和质量传输的通量均等于各自量的扩散系数与它们的梯度 速度 温度或浓度 乘积的负值 三种分子传递过程可用一个通式来表示 通量 扩散系数 浓度梯度 2 动量 热量和质量扩散系数 a DAB具有相同的量纲 其单位均为m2 s 3 各量的传递方向均与 速度 温度或浓度 梯度方向相反 通量的通式中都有一个 负 号 2020 3 19 可编辑 21 2 温度梯度答 温度梯度是温度场中 任意一点沿等温面法线方向上温度的变化率 其数学表达式可以表示为 3 温度边界层答 温度边界层是流体流过温度不同的固体壁面时 在流体内部接近固体壁面处形成的具有一定温度梯度的流体层 2020 3 19 可编辑 22 4 简述流体连续性介质模型 答 流体连续性介质模型认为流场中的流体质点占据整个流场 即 将流场视为由无限多个流体质点所组成的密集而无间隙的连续介质 流体质点是组成流体的最小单位 质点与质点之间没有空隙 反映宏观流体的各种物理量 如压力 速度 密度等 都可看成空间坐标的连续函数 可以利用连续函数的解析方法来研究流体处于平衡或运动状态下的有关物理参数之间的关系 2020 3 19 可编辑 23 试用简练的语言表述导热 对流换热及辐射换热三种基本的传热方式以及它们之间的区别 答 导热 对流换热及辐射换热是热量传递的三种方式 导热主要依靠微观粒子运动而传递热量 对流换热是指流体与固体壁面之间的换热 依靠流体对流和导热的联合作用而产生热量传递 辐射换热是通过电磁波传播能量 是物体之间辐射和吸收热射线的综合结果 一个传热现象往往是几种传热方式同时作用 2020 3 19 可编辑 24 说明灰体的定义以及引入灰体概念后 对简化工程辐射换热计算的意义 答 光谱吸收率与波长无关的物体叫做灰体 灰体的吸收率恒等于同温度下的发射率 把实际物体当作灰体处理 可以不必考虑投入辐射的特性 将大大简化辐射换热的计算 什么是一个表面的自身辐射 投入辐射及有效辐射 有效辐射概念的引入对于灰体表面系统辐射换热的计算有什么作用 答 由物体内能转变成的辐射能叫做自身辐射 投向辐射表面的辐射叫做投入辐射 离开辐射表面的辐射叫做有效辐射 引入有效辐射的概念之后 就可以避免计算辐射换热时出现多次吸收和反射的复杂性 2020 3 19 可编辑 25 什么是辐射表面热阻 什么是辐射空间热阻 你认为采用辐射网络法计算辐射换热量有何实际意义 答 由辐射表面特性引起的热阻称为辐射表面热阻 由辐射表面形状和空间位置引起的热阻称为辐射空间热阻 网络法的实际作用是为实际物体表面之间的辐射换热描述了清晰的物理概念和提供了简洁的解题方法 2020 3 19 可编辑 26 2020 3 19 可编辑 27 例题1 如图所示 长度l 1 0m 直径d 200mm的圆柱体 置于内径D 206mm的圆管中以1m s的速度相对移动 已知间隙中油液的比重 0 92 运动粘性系数为5 6 10 4m2 s 求所需拉力T 解 油液的密度 水 2020 3 19 可编辑 28 例题2 如图1所示 在相距h 0 06m的两个固定平行平板中间放置另一块厚度极薄的板 在薄板的上 下分别注满不同粘度的油 已知下部油的粘度是上部油粘度的2倍 当薄板以匀速 0 3m s被拖动时 测得每平方米受到的运动阻力F 30N m2 试求这两种油的动力粘度各是多少 解 设上部油液的粘度为 则由题意知 下部油液的粘度为2 根据题意有 解得 图1流体的粘度 2020 3 19 可编辑 29 例题3 利用U形管差压计 测定旋风分离器的入口和出口处气流的压差 p 如右图所示 当实测差压计液面高度差h 60mmH2O时 求压差 p 解分界面1 2为等压面 即p1 p2 由于p1 p入 p2 p出 水h因此 入口与出口气流的压力差 p p入 p出 水h将h 60mmH2O及 水 9810N m3代入 得 p 水h 9810 0 06 588 6N m2 2020 3 19 可编辑 30 例题4 如图2 17所示的容器 壁面上有两个半球形的盖子 已知d 0 5m h1 1 5m h2 2m 试求水作用于每个球形盖子上的液体压力 解 先求侧盖1上的压力 侧盖1的围线位于yOz平面上 故其所受到的沿水平方向x向左的作用力 图2 17储水容器 2020 3 19 可编辑 31 例题4 侧盖1的压力体为半球体 并且液体与压力体同侧 受力方向向下 于是侧盖所受的垂直分力为 侧盖所受的总作用力 P1与水平方向的夹角 并且力的作用线通过侧盖1的球心 2020 3 19 可编辑 32 例题4 求底盖2上的压力 因为球盖以垂线为对称轴 水平方向的力互相抵消 仅受垂直方向的作用力P2z P2z的方向垂直向下 其作用线通过底盖2的球心 2020 3 19 可编辑 33 例题5 已知平面不可压缩流场中 速度分布为 其中k 常数 单位为m 1 s 坐标x y的单位为m 1 求 x 1m y 2m 点上的流速及位于该点上的流体质点的加速度 2 求流线方程 解 1 将x y的坐标值代入速度分量表达式中 有 所以 2020 3 19 可编辑 34 例题5 求该点上流体质点的加速度 由于 所以 2020 3 19 可编辑 35 例题5 解 2 求流线方程由于流线方程的一般形式为 所以 积分得 即 流线方程为 或 2020 3 19 可编辑 36 例题6 文丘里流量计倾斜安装如附图所示 入口直径为d1 喉部直径为d2 试用连续性方程和伯努利方程推导其流量计算公式 解 由A1V1 A2V2得 对断面1 2列出伯努利方程 不计水头损失 2020 3 19 可编辑 37 例题6 其中 式中K为仪器固定常数 故流量公式的使用与流量计倾斜放置的的角度无关 2020 3 19 可编辑 38 例题7 某工厂自高位水池引出一条供水管路AB 如图3 19所示 已知流量Q 0 034m3 s 管径D 15cm 压力表读数PB 4 9N cm2 高度H 20m 问水流在管路AB中损失了若干水头 解 选取水平基准面0 0 图3 19供水管路 过水断面1 1 2 2 如图所示 设单位质量的水自断面1 1的水面沿管路AB流到B点 则可列出贝努利方程 因为 2020 3 19 可编辑 39 例题7 以上述各值代入贝努利方程 得 故 2020 3 19 可编辑 40 例题8 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 2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 图3 20虹吸管 水平基准面O O 列1 1面 水面 到2 2面的贝努利方程 即 A 2020 3 19 可编辑 41 例题8 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 即 因 由式 B 得 代入式 A 得 故 B 2020 3 19 可编辑 42 例题9 沿直径d 305mm的管道 输送密度 980kg m3 运动粘性系数 4cm2 s的重油 若流量Q 60L s 管道起点标高z1 85m 终点标高z2 105m 管长l 1800m 试求管道中重油的压力降及损失功率各为若干 解 1 本题所求的压力降 是指管道起点1断面与终点2断面之间的静压差 p pl p2 为此 首先列出1 2两断面的总流伯努利方程 因为是等断面管 依据连续性方程 所以有 故得压力降 2020 3 19 可编辑 43 例题9 可见 要计算沿程损失水头h1 须先应确定流动类型 因此要计算Re数 Q 60L s 0 06 m3 s 按达西公式 4 15 求沿程损失水头 2020 3 19 可编辑 44 例题9 2 计算损失功率 将已知值代入式 4 16 中 得 或 将已知值代入 则得压力降 用内径为30cm 长度为3000米的旧钢管 0 15毫米 输送石油 已知油的密度 900千克 米3 质量流量为QM 100吨 小时 冬季石油的平均粘度 1 092m2 s 夏季石油的平均粘度 0 355m2 s 求两个季节条件下沿程水头损失 解 沿程水头损失用下式计算 由已知条件求体积流量 平均流速 体积流量 平均流速 计算雷诺数 判断流态 2020 3 19 可编辑 45 冬季夏季所以冬季的沿程水头损失为接下来求夏季时沿程阻力系数 2020 3 19 可编辑 46 所以夏季的沿程水头损失为 2020 3 19 可编辑 47 2020 3 19 可编辑 48 例题10 输油管长l 44m 从一敞口油箱向外泄流 油箱中油面比管路出口高H 2m 油的运动粘度 1cm2 s 1 若要求流量Q 1l s 求管路直径 2 若H 3m 为保持管中为层流 直径d最大为多少 这时的流量是多少 解 1 先假定流动为层流 有 2020 3 19 可编辑 49 例题10 验算流态 验算结果确实为层流 说明上述计算有效 解 2 采用临界雷诺数Re 2000 改写沿程阻力损失计算公式 所以 2020 3 1