重庆大学材料成型传输原理思考题

1、1,何为流体？流体与固体的宏观力学特性有什么差异？ 何为流体：气体和液体统称为流体. 一种在微小剪切力作用下会发生连续变形（流动）的物质。 流体形状取决于容器，可以在较小的外力（包括重力）作用下变形、流动体内作用力微弱。流体与固体的宏观力学特性有什么差异： 流体与固体在宏观力学行为方面的主要差异是流体具有易变形性。 流体易变性定义：流体不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势；流体的易变性表现：1，在受到剪切力持续作用时，固体的变形一般是微小的（如金属）或有限的（如塑料），但流体却能产生很大的甚至无限大的变形（力的作用时间无限长）,2，当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分恢复，流体不作任何恢

2、复,3，固体内的切应力由剪切变形量（位移）决定，而流体内的切应力与变形量无关，由变形速度（切变率）决定。4，通过搅拌改变均质流体微团的排列秩序，不影响其宏观物理性质；强行改变固体微粒的排列无疑将它彻底破坏。5，固体重量引起的压强只沿重力方向传递，垂直于重力方向的压强一般很小或为零；流体平衡时压强可等值地向各个方向传递，压强可垂直作用于任何方向的平面上,6固体表面的摩擦是滑动摩擦，摩擦力与固体表面状态有关；粘性流体与固体表面可实现分子量级接触，达到壁面不滑移。7，流体流动时，内部可形成超乎想象的复杂结构（如湍流）；固体受力时，内部结构变化相对简单。2，试分析流体粘性形成的原因，并分析其主要影响因

3、素。定义：粘性（粘滞性）-流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质。流体粘性形成原因：（1）两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成（2） 两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成影响流体粘性的因素：温度：液体温度升高粘度降低（分子间作用力减小） 气体温度升高粘度增大（热运动加剧） 粘度随温度的变化规律可由经验公式、曲线计算（估计）。压力：对粘度的影响较小,其中在相同的压力条件下，气体的粘度随温度升高而增加，液体的粘度则随温度的升高而降低。3. 液体粘度一般随温度升高而降低，气体却相反，为什么？ 液体温度升高粘度降低（分子间作用力减小） 气体温度升高粘度增大（热运动

4、加剧）4.圆管中层流流动和紊流流动的速度分布各有何特点？如何计算各自的平均流速？1.圆管中层流流动和紊流流动的速度分布各有何特点？如何计算各自的平均流速？层流：速度分布为抛物线形状。 紊流： 流体质点的脉动是紊流的最基本特点。 管中心的流速最大；速度向管壁的方向渐减；靠管壁的流速为零；平均速度为最大速度的一半。 作用于圆柱体两端的总压力分别为:P1r2p1 P2r2p2 流体作层流流动时内摩擦力服从牛顿粘性定律，即：作用于流体圆柱体周围表面 2rl 上的内摩擦力为: 由于流体作等速流动，根据牛顿第二定律，这些力的合力等于零。即： 所以：式中 p 两端的压力差(p2p1)。积分得：利用管壁处的边

5、界条件，rR 时，u0 。可得：得：紊流中的流动阻力是粘性阻力和附加切应力之和，即：当流动的雷诺数Re较大时，可以忽略粘性阻力的影响，而只考虑附加切应力一种“理想流体”。有：整理得：对上式积分，得：当K=0.4时，根据该方程得到的速度分布为对数曲线。 湍流速度分布的经验式：n与Re有关，取值如下： 当n=1/7 时，流体的平均速度:5.随着流速增加，圆管中紊流流动的速度分布会如何变化？6.流体流动的阻力形式有几种？何为沿程阻力？何为局部阻力？1）答：沿程阻力 局部阻力根据流动状态和产生流动阻力的原因也可以分为：（1）管流摩擦阻力。（2）绕流摩擦阻力。（3）管路系统内的局部阻力。（4）复杂流动状

6、态时的综合阻力。2）沿程阻力：流体经一定管径的直管时，流体层间内摩擦力及流体与流道壁面的摩擦阻力总是阻碍流体前进，这种沿流程出现的摩擦阻力称为沿程阻力，阻力大小与路程长度成正比。3）局部阻力：液流在流动过程中因局部障碍引起流动方向和流动速度的突然变化，使流体分子之间或流体与固体物和流道壁表面发生冲击碰撞而产生的阻力。7，试比较管内层流流动和紊流流动的阻力大小。层流摩擦阻力：不同流速的流层之间的粘性阻力引起。摩擦系数： 摩擦系数是压差或摩擦功率与平均流速之间的比例系数。（只适用于直管内的层流）管内紊流摩阻：根据普朗特（Prandtl）紊流动量传递理论(或称混合长理论)，得到紊流状态下的摩擦系数关

7、系式为：金属管壁：砖砌管壁：工程上常采用的经验数值为：金属光滑管道fr =0.025；金属氧化管道fr =0.035；金属生锈管道 fr =0.045；砖砌管道 fr =0.05。8、请简单描述压铸模具在加热和冷却过程中的热量传输过程。 压铸模具在加热和冷却过程中，热量传输的三种方式都发生在其中，即：导热、对流和热辐射。在压铸过程中，由于铸液与型腔之间存在温差，而且在压铸过程中流体之间各部分的温度存在差异，所以有导热和对流，而热辐射则发生在任何温度高于0K的物体中。9、试分别描述导热系数、导温系数和蓄热系数的含义及相互关系，并讨论各自的物理意义 材料的蓄热系数是在周期性热作用下，物体表面温度升

8、高或降低1时，在1h内，1表面积贮存或释放的热量。通俗的讲就是材料储存热量的能力。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量. 用表示。导温系数即热扩散系数，热扩散率a（单位是m2/s）是热导率与比热容c和密度的乘积之比即a=/（c），表示物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力。物体的导热系数物体的导热系数越大，在相同的温度梯度下可以传导更多的热量越大，导温系数越大，在相同的温度梯度下可以传导更多的热量。导热系数越小保温效果越好，蓄热系数越大，隔热效果越好。10、由导热微分方程可见，非稳态导热过程只与热扩散率有关，而与导

9、热系数无关，对吗？为什么？ 不对。因为导温系数（热扩散率）与导热系数有关，导热系数越大，导温系数（热扩散率）就越大，所以两者之间有着不可分的联系，即非稳态导热过程也与导热系数有关。11、简要说明热边界层的概念和特点：概念：流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度，近壁处，流体温度发生显著变化的区域，称为热边界层或温度边界层。 特点（P146）：层流：温度呈抛物线分布 湍流：温度呈幂函数分布 湍流边界层贴壁处的温度梯度明显大于层流。 故：湍流换热比层流换热强！边界层内沿厚度方向温度急剧变化，其内沿厚度方向的传热是导热与流动换热的共同结果。边

10、界层以外可认为是无热量传递的等温区。 流动边界层与热边界层的状况决定了热量传递过程和边界层内的温度分布。12、对流换热是如何分类的? 影响对流换热的主要物理因素有哪些？对流换热的影响因素及分类（P148）(1)流动起因自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动。 2) 流动状态层流：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流：流体质点做复杂无规则的运动(3)流体有无相变单相介质传热:对流换热时只有一种流体。相变换热:传热过程中有相变发生。（4）换热表面的几何因素这里的几何因素指换热面的形状、大小、换热表面与流体运动的相对方向及换热面的状态（光滑或粗糙）。（5）流体的物性条件流体的密度、动力黏度、导热率等不仅对流体的流动有影响，而且对流体中热量传递也有影响，因此流体的物理性质对流体换热有着很大的影响。密度热导率动力粘度比热容体胀系数13、对流换热问题的数学描写中包括那些方程?（1） 连续性方