冶金传输原理习题

1、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 x 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 x 400mm ,风温升高为 45 C,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:Vs u -A2700/36000.150 0.412.5 m/s稳态流动质量流量不变：1u1Al2u2 A2根据气体状态方程:1 T2 273

2、453182 T1273273出口平均风速为:U21U1A12 A2318 12.5 0.15 0.4273 0.3 0.47.28 m/s出口圆管面积:A2u1A12.5 0.15 0.4U2200.0375一渐缩管道大截面处出口圆管直径：d，正0.219 md1二8 cm, u 1=10 m/s,小截面处d2=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u2。30.05 m /s2体积流量：Vs u1A 10 3.14/4 0.08小截面处流速:UiAA10 3.14/4 0.08223.14/4 0.03271.1 m/s流体流动有哪两种形态，各有何特点

3、？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 Re4000 时，流动呈湍流。当 2300Re0.08 44= kg/m 3o2=c 0.035 32= kg/ m3 h2o=cQ160 18= kg/m3n2=c0.725 28= kg/m3贝U：= CO2+ O2+ h2o+ N2= kg/m3c=c co2+c o

4、2+c h2o +c n2=0.08 c +0.035 c +0.160 c+0.725 c =c kmol/ m 31u 一 ( CO2 CO2O O2h2o h2oN2 N2 )1 (3.52c 27.82c2.44 1.12c 3.662.88c 5.49 20.3c 3.96) 3.91m/s(2)1, um (cCO2UCO2 c1-(0.08c 2.44 ccO2uO2cH2OuH2OcN2uN2 )0.035c 3.66 0.160c 5.49 0.725c 3.96) 4.073m/s(3)气体为理想气体，在这个压力和温度条件下，根据 PV=nRT可得:n Pc V RT1.0

5、13 1058.314 520.23433Kmol/m则:jCO2= CO2(U co2-u)=0.08 0.2343 44 ()= kg/(m 2 s)Jco2=cco2(u CO2-Um)= 0.08 02343 (4.07)=-0.0306 kg/(m 2 s)气体中的扩散系数、液体中的扩散系数计固体中的扩散系数膈俞哪些因素有关?固体中的扩散系数受扩散物质浓度的影响，但受温度影响也较大。液体中的扩散系数主要受浓度和温度影响。气体中扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关。材料成形及控制专业冶金传输原理复习题名词解释流体：能够流动的物体。不能保持一定的形状，而且有流动性。脉动现象

6、：在足够时间内，速度始终围绕一平均值变化，称为脉动现象。水力粗糙管：管壁加剧湍流，增加了流体流动阻力，这类管称为水力粗糙管。牛顿流：符合牛顿粘性定律的流体。湍流：流体流动时，各质点在不同方向上做复杂无规则运动，相互干扰的运动。 这种流动 称为湍流。流线：在同一瞬时，流场中连续不同位置质点的流动方向线。流管：在流场内取任意封闭曲线，通过该曲线上每一点，作流线，组成的管状封闭曲面， 称流管。边界层： 流体通过固体表面流动时， 在紧靠固体表面形成速度梯度较大的流体薄层称边界层。由流速为零的壁面到速度分布较均匀的地方9伪塑性流：其中!征值为r= r ( dv/dy)，且n为+ 2f 万）1 +M =0

7、=92m2/s2=92J/kg输送每公斤空气消耗能量92J.设计要求每秒输送空气质量流量Q=（28M 335.有一水管网线支线，长度 20M,管径为20mm。管线上安装有3个90度的弯接头，一个全开启的阀门。试计算这条管线的压力降。（9分）6,水从铅直圆管向下流出， 如图3.28所示。已知管直径di=10 cm 管口处的水流速度 vi=i.8m/s,试求管口下方 h = 2m处的水流速度 V2,和直径d2解：以下出口为基准面， 不计损失，建立上出口和下出口面伯努利方程：h-a2Vi2gPa2V22g4*2已知：温度为20度，设管线为光滑管。要求供应水量10M3/小时，运动粘度查表（教科书,pp

8、234）。局部损失L/D名称L/D90度弯头31全开阀7由 v1Av2 A27,已知管径d=150 mm,流量Q=15L/s,液体温度为10 C,其运动粘度系数尸2/s。试确定：（1）在此温度下的流动状态；（2）在此温度下的临界速度；（3）若过流面积改为面积相等 的正方形管道，则其流动状态如何？解：流体平均速度为:Re = = 3069,6 e（2320.L3000） TOC o 1-5 h z 雷诺数为：，故此温度下处在不稳定状态。%d.工Ri?= 13000= xr=3.6（i 5）因此，由不稳定区向湍流转变临界速度为：,V*1 d, xRv= 232O= r=0,64（W7/j由不稳定区

9、向层流转变临界速度为：17Rc=4 _一 = 680）500苦力下方抽刖 0415* 10一*2015右为正方形则故为湍流状态。G=,求油8,在长度L=10000m、直径d=300mm的管路中输送重产3的重油，其重量流量温分别为10c （ Y =25crf/s）和40C2/s）时的水头损失解：由题知:y9.31 *360()木耳 O.K，油温为10c时 v(i 1*0.3R* =7r 25*IO-，*=120liMi2i = L10000 f =906 URe d 2g 120 0.3 2*9.8140 c时1*03Re = = 2000 (23201.5H0-4h咄_匚7m200()0 ,3

10、 2 * 9,89,常压下温度为30 c的空气以 10m/s的速度流过一光滑平板表面，设临界雷诺数Recr=3.2*105，试判断距离平板前缘0.4m及0.8m两处的边界层是层流边界层还是湍流边界层？求出层流边界层相应点处的边界层厚度解：由题意临界雷诺数知对应的厚度为x,则RecrciVoX10 x16 10一一 _ 53.2 10 x 0.512mA点处（0.4m）是层流，B点处（0.8m）是湍流 层流边界层处雷诺数为：RexV0X10* 0.4_ 616*10_ 52.5*10故，边界层厚度为:4.64 x4.64T Z-52.5 100.4 3.712 10 3m10, 一根L/d=10

11、的金属柱体，从加热炉中取出置于静止的空气中冷却。试问：从加速冷却 的目的出发，柱体应水平还是竖直放置（辐射散热相同）？试估算开始冷却的瞬间两种情 况下自然对流表面传热系数之比（均为层流）解：在开始冷却的瞬间， 可以设初始温度为壁温，因而两种情形下壁面温度相同。水平放置时，特征尺寸为柱体外径；竖直放置时，特征尺寸为圆柱长度，Ld。近似地采用稳态工况下获得的准则式来比较两种情况下自然对流表面传热系数，则有： 水平放置.（G）1 g Tl3/Tv2g Td3 Tv2 , Nu1n G“GF),“ n0.5314(2)竖直放置.(GrPr)2g T13/TV2g TL3 Tv2 , NU2n C2C2

12、(GrPr)2 , n0.59140.530.59NU1 NU2 G(GrPr) 1n.e(GrR)2n一 一 0.53,1、3 42 Nu1 Nu2 ( )10 1.6:1d L 0.59 10由此可知：对给定情形，水平放置时冷却比较快。所以为了加速冷却，圆柱体应水平放置。11,管内强制对流湍流时的换热，若 Re相同，在tf=30C条件下水的表面传热系数比空气 的高多少倍？解：定性温度tf 30 c查附录D得到：Prf7K 5.42 水 61.8 10 2w.m 1C 查附录F得到：R空气0.701 空气2.67 10 2w.m 1C 为湍流，故Ref相同0.80.4Nuf7K 0.023

13、Ref Prf0.80.4Nu位气 0.023 Ref P1空气行咏同空气严空气52.465.42 0.4 61.8 10 220.7012.67 10 2在该条件下，水的表面传热系数比空气高52.46 倍。12,设保温瓶的瓶胆可看作直径为10cm高为26cm的圆柱体，夹层抽真空，夹层两内表面发射率都为。试计算沸水刚注入瓶胆后，初始时刻水温的平均下降速率。夹层两壁壁温可近似取为100 c及20 C解：A(EbEb2)ACbTi10044 三100DhCb工10044T2100代1,2111111? 1 7111121212入数据得1,21.42w,而1,2*tcmT 1,21,2杳附100 c

14、tcmc V水的物性参数为 C 4.22KJ / Kg. C ,958.4Kg/m3代入数据得1.72* 10 4 C/s t13,两块宽度为 W长度为L的矩形平板，面对面平行放置组成一个电炉设计中常见的 辐射系统，板间间隔为 S,长度L比 腐口 S都大很多，试求板对板的角系数解：（参照例11-1）作辅助线ac和bd,代表两个假想面，与 A1、A2组成一个封闭腔,根据角系数完整性：Xab,cd 1 Xab,ac Xab,bd ,同时可把图形看成两个由三个表面组成的封闭腔，Xab,acab ac bc2ab2wAi对A2的角系数s w. b2w2. b2w2 sXi,2 X ab,cd 122w

15、w14, 一氢气输送管道用低碳钢制成，长度 100米，内径10cm,管壁厚20mm.输 送氢气温度450度，压力75个大气压。环境气压为一个大气压。估计输送氢气 的损失。15,对一块低碳钢零件进行渗碳热处理，低碳钢含碳量为 0.2%,渗碳炉气氛为 CO,渗碳温度982度，渗碳时间3小时。计算距钢件表面深0.05厘米处的含碳 量。16,水温16度，流过水平管，管径 2cm,压力B等为10 x10-6Mpa/cm.求水的质量流速。水的粘度：1.14x10-3Pa-S317应用斯托克斯定律推导落球粘度计的计算公式。18为了研究感应炉铝液体的运动规律，设计了一面用碳钢制成的铁旗，插在铝液体中心处，推导

16、铝液运动速度与钢旗所受力的关系式。铝液粘度10-33 19空气以15米/sec的速度平行流过平板表面，空气温度为 21度，压力为1大气压。平板 长30cm,初始温度93度。假设空气沿平板流动为层流。A 计算离板前端15cm 处的速度边界层厚度和温度边界层厚度。B 计算每米板宽的热传导初始速率。20 金属平板散热器，尺寸30cmx30cm ， 垂直悬挂，表面温度93 度，计算其在21 度空气中的散热速度。21 炉壁由 21cm 厚的耐火砖(k=0.6btu/hr-ft-F) ， 15cm 厚的红砖 (k=0.4 btu/hr-ft-F) ， 5cm 的保温棉 (k=0.0.04 btu/hr-ft-F) 和 4毫米厚的钢板( k=26 btu/hr-ft-F )组成。在炉内外的对流换热系数分别为 5 和 1 Btu/hr-f