《传输原理》复习提纲

《冶金传输原理》复习提纲Ⅰ、基本概念一、动量传输1、流体；连续介质模型；流体模型；动力粘度、运动粘度、恩式粘度；压缩性、膨胀性2、表面力、质量力；静压力特性；压强（相对压强、绝对压强、真空度） ；等压面3、

Lagrange

法、Euler

法，迹线、流线4、稳定流、非稳定流 ，急变流、缓变流，均匀流、非均匀流5、运动要素：流速、流量，水力要素：过流断面、湿周、水力半径、当量直径6、动压、静压、位压；速度能头、位置能头、测压管能头、总能头；动能、动量修正系数7、层流、湍流；自然对流、强制对流8、沿程阻力、局部阻力；沿程损失、局部损失9、速度场；速度梯度；速度边界层二、热量传输1、温度场、温度梯度、温度边界层；热流量、热流密度2、导热、对流、辐射3、导热系数、对流换热系数、辐射换热系数、热量传输系数4、相似准数 Fo、Bi、Re、Gr、Pr、Nu5、黑体、白体、透热体；灰体；吸收率、反射率、透过率、黑度6、单色辐射力、全辐射力、方位辐射力；角系数；有效辐射；表面网络热阻、空间网络热阻7、解析法、数值分析法、有限差分法、集总参数法、网络元法三、质量传输1、质量传输；扩散传质、对流传质、相间传质2、浓度、速度、传质通量；浓度场、浓度梯度、浓度边界层3、扩散系数、对流传质系数4、Ar、Sc、Sh准数Ⅱ、基本理论与定律一、动量传输1、Newton粘性定律2、N-S方程3、连续方程、能量方程、动量方程、静力学基本方程二、热量传输1、

F-K

方程2、

Fourier

定律3、4、

Newton冷却（加热）公式Planck定律、Wien定律、Stefen-Boltzman

定律、Kirchhoff

定律、

Beer

定律、余弦定律5、相似原理及其应用三、质量传输1、传质微分方程、 Fick 第一、二定律2、薄膜理论、双膜理论、渗透理论、更新理论Ⅲ、基本理论与定律在工程中的应用一、 动量传输1、连通容器2、连续方程、能量方程、动量方程的应用、烟囱计算3、流体阻力损失计算二、热量传输1、平壁、圆筒壁导热计算2、相似原理在对流换热中的应用3、网络单元法在表面辐射换热中的应用4、通过炉墙的综合传热、火焰炉炉膛热交换、换热器5、不稳态温度场计算：解析法；有限差分法三、质量传输1、平壁、圆筒壁扩散计算2、相似原理在对流传质中的应用3、炭粒、油粒的燃烧过程4、相间传质（气—固、气—液、多孔材料）Ⅳ、主要参考题型一、填空1、当体系中存在着（

、、）时，则发生动量、热量和质量传输，既可由分子（原子、粒子）的微观运动引起，也可以由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。2、连续介质模型是指（ ）。3、温度升高、压强减少，则液体的粘度（ ）；气体的粘度（ ）。4、流体静压强的特性为（ ）。5、作用在流体上的力有（ 、 ）二种。6、静止液体作用于平面壁上的压力 P为（浸水面积）与（其形心的液体压强）的乘积。它的方向为受压面的（内法线）方向。7、流体动力学的研究方法主要有（

）、（）二种。8、流体运动要素不随时间而变化，只随空间位置不同而变化的流动称为 (). 非稳定流是指（ ）。9、迹线是() ；流线为（ ）。.10、流量是（单位时间内通过过流断面的液体数量） ，有（ ）、（）、（）三种。11、对于圆管中的流体，流动状态的判据依据是（ ）。12、层流是（ ）；湍流是指（ ）。13、对于圆管中的流体，其流动状态为层流时的沿程阻力系数为（ ）。14、时均速度是（ ）；时均压强是（ ）。15、过流断面突然缩小、突然扩大的沿程阻力系数分别为（、）。16、温度梯度、速度梯度、浓度梯度分别是指（、、）。17、热量传输的三种基本方式为（、、）。18、单色辐射力是指（），全辐射力又是（）。19、黑体、白体、透明体分别是指（）、（）、（）。20、热辐射中的Planck定律、Wien定律、Stefan-Boltzman定律、Kirchhoff定律分别为（、、、）。21、角系数是指（），两相距很近的平行大平面的角系数分别为（）、（）。22、有效辐射是指（），表面辐射热阻、空间热阻分别为（）、（）。23、质量传输的三种基本方式为（、、）。24、二元混合体系中，两组分的质量分数关系为（）；摩尔分数关系为（）。25、传质通量是（）。26、Fick第一、二定律分别为（、）；Fourier定律为（）；Newton粘性定律（）。27、导温系数a=()；动力粘度μ=（）。28、速度场、温度场、浓度场分别是指（）、（）、（）。29、Fo=(),Bi=(),Re=(),Nu=(),Pr=(),Gr=()。30、Sh=(),Sc=(),Ar=()。二、计算1、一滑动轴承，轴与轴承的间隙0.1cm，轴的转速2980r/min，轴的直径D=15cm，轴承宽度b=25cm2、一沿着涂有润滑油的倾角为300的斜面等速向下运动的木板，其底面积为50×50cm，其质量为5千克，速度为1m/s，平板与油斜面的距离为δ=1mm。求润滑油的动力粘度系数。3、如图1为水管路系统，已知D1，D2，L1，L2，H，λ1，λ2，ξ1，ξ2。求出口流速υ，并绘出其总水头线和测压管水头线示意图。4、如图2为一喷嘴，出口直径D1=10cm，管端直径3D2=40cm，流量Q=0.4m/s，喷嘴和管以法兰盘连接，共用12个螺栓，不计水和管嘴的重量，水流水平射向一垂直壁面，试求壁面所承受的水平推力及每个螺栓受力。图1图2121222，2-2断面流速为1m/s。1、5、如图3小管直径D=0.2m，大管直径D=0.4m。P=70KN/m，P=40KN/m2断面高度差为1m。试判断水在管中的流动方向，并求水流经两断面间的水头损失。6、水箱侧面壁接出一直径D=0.20m的管路，如图4所示，已知H1=2.0m，H2=3.0m，不计任何损失，求A点的压强及出流流速。7、某冶金炉墙分别由耐火砖、硅藻土砖、保温板、金属薄板组成，厚度分别为125,125，60，4mm，导热系数分别为0.4,0.14,0.10,45W/m.℃。已知炉内、外侧壁温分别为600℃，50℃，求炉墙单位面积上的热损失及炉墙的温度分布。8、某热风管道的内、外径分别为200、220mm，管外包扎厚度为50mm的隔热材料，管壁与隔热材料的导热系数分别为50.6,0.2W/m.℃。已知管内、外表面温度分别为250℃，50℃，求通过管道的单位长度上的热损失及两层接触界面的温度。图3图49、空气流以3.1m/s的速度平行于水的表面流动，水的温度为15℃，其饱和蒸气压为1705Pa，空气温度为20℃，求表面长为0.1米范围内水的蒸发速率。已知空气中的水汽分压为777Pa，总压为98070Pa，空气粘度系数为15.5×10-62，水汽在空气中的扩散系数为7.25×10-22m/sm/h。提示：Sh110.664Re2Sc3(层流)Sh0.036Re0.81Sc3(湍流)10、由组分A（O2）和组分B（CO2）组成的二元一维稳态扩散体系，cA=0.0207kmol/m3,cB=0.0622kmol/m3,uA=0.0017m/s,uB=0.0003m/s,试计算其主流速度和传质通量。11、某炉气温度为 1627℃，炉气在标准状态下的密度为 1.3Kg/m3,炉外大气温度为 30℃，试求 当距炉门坎高2.0m处，炉膛相对压强为 12Pa时，炉门坎处是冒烟还是吸冷风12、烟气平均温度为 1300℃，烟气在标态下的密度为 1.3kg/m3,烟囱底部要求的负压为 100Pa，周围大气温度15℃，试求烟囱高度（不考虑烟气的流动） 。13、两块平行放置的大钢板， 其间距远小于长和宽。 已知钢板的温度分别为 727℃、27℃，黑度均为 0?.8。若视钢板为灰体，试计算其自身辐射、有效辐射及净传热量。14、有一管径为10mm，长为10m的小水平直管，管中水流速为0.131m/s，室温下水的粘度为1.31×10-62m/s，试判定其管中水的流态并求其能量损失23试分析此流动状态是否连续15、已知空气流动速度场vx=6(x+y),vy=2y+z,vz=x+y+4z,三、 问答与分析1、试述三种传输现象的普遍规律。2、简述流线的特点 .3、试说明串联、并联管路的特点，并分析减少流体阻力损失的途径4、试分析影响对流换热、对流传质的主要因素。5、试分析某平壁炉墙的综合传热情况。6、简述对流传质中的薄膜理论。7、试比较相似原理在对流换热、对流传质中的应用。8、试简单说明速度边界层、温度边界层和浓度边界层。9、简单分析自然排烟烟囱的工作原理。10、 利用传质有关理论，分析炭粒、油粒的燃烧过程。Ⅴ、部分参考题答案一、填空题1、当体系中存在着（速度梯度、温度梯度、浓度梯度）时，则发生动量、热量和质量传输，既可由分子（原子、粒子）的微观运动引起，也可以由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。2、连续介质模型是指（不考虑分子之间的间隙，把流体视为无数连续分布的流体质点组成的连续介质）。3、温度升高、压强减少，则液体的粘度（减少） ；气体的粘度（增加）。4、流体静压强的特性为（方向与作用面垂直并指向作用面；任一点上的压力在各个方向上是相同的）。5、作用在流体上的力有（表面力、质量力）二种。6、对流传质薄膜理论、渗透理论、更新理论的结论分别是（kiDi）、（ki2D）、i（kiDS）。7、流体动力学的研究方法主要有（拉格朗日法） 、（欧拉法）二种。8、流体运动要素不随时间而变化，只随空间位置不同而变化的流动称为 (稳定流).非稳定流是指（流体运动要素随时间而变化，且随空间位置不同而变化的流动） 。9、迹线是(流体质点的运动轨迹线 )；流线为（同一瞬间各流体质点运动方向的总和（速度向量所构成的连线））。.10、流量是（单位时间内通过过流断面的液体数量） ，有（体积流量）、（质量流量）、（重量流量）三种。11、对于圆管中的流体，流动状态的判据依据是（ Rec=2300）。12、层流是（所有流体质点只作沿同一方向的直线运动）；湍流是指（流体质点作复杂的无规则运动）。13、对于圆管中的流体，其流动状态为层流时的沿程阻力系数为（ 64）。Re14、时均速度是（瞬时速度在一段时间内的平均值） ；时均压强是（瞬时压强在一段时间内的平均值）。15、过流断面突然缩小、突然扩大的局部阻力系数分别为（k11A2、2A12A12k121）。A2116、温度梯度、速度梯度、浓度梯度分别是指（温度场中，法线方向上的温度变化率、速度场中，法线方向上的速度变化率、浓度场中，法线方向上的浓度变化率） 。17、热量传输的三种基本方式为（传导传热、对流换热、辐射换热） 。18、单色辐射力是指（若辐射能力仅指某波长λ下波长间隔 dλ范围内所发射的能量），全辐射力又是（发射物体每单位表面积、单位时间内向半球空间所发射的全部波长的能量）。19、黑体、白体、透明体分别是指（吸收率等于1，反射率、透过率均为0的理想物体）、（反射率等于1，吸收率、透过率均为0的理想物体）、（透过率等于1，反射率、吸收率均为0的理想物体）。20、热辐射中的Planck定律、Wien定律、Stefan-Boltzman定律、Kirchhoff定律C15·T=2897.6、EbT、λCb(4、aε）。分别为（Ebc2max100)eT121、角系数是指（任意两表面所组成的体系，其中一个表面所发射的辐射能投射到另一表面上的能量占发射总能量的百分数，称为第一表面对第二表面的辐射角度系数），两相距很近的平行大平面的角系数分别为（110220121211）。22、有效辐射是指（单位时间单位面积所射离的辐射能 ），表面辐射热阻、空间热阻分别（11或12）、（1）。1A12A2A11223、质量传输的三种基本方式为（分子扩散、对流传质 、相间传质）。24、二元混合体系中，两组分的质量分数关系为（AB1）；摩尔分数关系为（AB1）25、标态下气体、液体、固体的扩散系数的数量级分别是（10-5-10-4m2/s）、（10-10-10-9m2/s（10-14-10-10m2/s）。26、Fick第一、二定律分别为（JiDiCi、CiDi2C2i）；Fourier定律为（qt）；nxnNewton粘性定律（dd()）。dydy27、导温系数a=(λ/(cρ))；动力粘度μ=（ρν）。28、运动粘度、热扩散系数、扩散系数的单位分别是（222m/s）、（m/s）、（m/s）。29Fo物体加热或冷却时间/L2单位体积物体的导热速率,温度扰动传播整个物体的总时间c/单位体积物体的蓄热速率L2/all物体内部的导热热阻,LL,Nuhl,Bi1物体表面以外的传热热Re阻Pr,GrgL3t。2a30、Shkil,Sc,ArgL30。Di2Di二、计算题1．一沿着涂有润滑油的倾角为 30°的斜面等速向下运动的木板，其底面积为100×100cm，其质量为10kg，速度为2m/s，平板与油斜面的距离为δ=1mm。求润滑油的动力粘度。解：mgsinF0.549NF109.82．某流体的密度为1000kg/m3,粘度为0.01cm2/s,在水平板上流动，距板端长度1m时的速度分布υ x=2+3y-y3.试求在空间点 (x=1m,y=1m）处x方向的动量通量。解：物性通量：对流通量：3．如图小管1截面积A1=0.1m2，大管2截面积A2=0.2m2。已知P1=100kPa，P2=50kPa，管中水流量为 0.4m3/s。1、2断面高度差为 1m。试判断水在管中的流动方向，并求水流经两断面间的水头损失。解：1-1、2-2断面流速分别为：将基准面取在 1-1水平面上，则 1-1、 2-2处的总水头分别为：因为E1>E2,所以流动方向是1-1面流向2-2面。1-1面流向2-2面间的水头损失： Hw=E1-E2=4.6m4．某炉气温度为 1300℃，炉气在标准状态下的密度为 1.3kg/m3,炉外大气温度为30℃，空气在标准状态下的密度为 1.293kg/m3。当距炉门坎高 2.0m处，炉膛相对压强为12Pa时，试问炉门坎处是冒烟还是吸冷风解：炉气密度t01.30.225Kg/m3t130011273'1.293空气密度'01.225Kg/m31t151273把基准面取在炉门坎水平面上，则炉门坎处的炉膛的相对压强为：所以炉门坎处是吸冷风。5．烟气平均温度为1300℃，烟气在标态下的密度为1.3kg/m3,烟囱底部要求的负压为100Pa，周围大气温度15℃，空气在标态下的密度为1.293kg/m3,试求烟囱高度（可不考虑烟气的流动）。解：炉气密度：g01.33g1t13000.225Kg/m1273空气密度：aa0t1.2931.225Kg/m31115273烟囱高度：HtH1100/1010m3agg1.2250.2256．有一管径为10mm，长为10m的小水平直管，管中水流速为0.131m/s，室温下水的粘度为-61.31×10m2/s，水的密度为 1000kg/m3。试判定此管中水的流态， 由已有条件是否能求其沿程能量损失如果可以，其能量损失是多少解： 水的雷诺数：属于层流22hLgLg64gLg0.055mH2O沿程损失：d2gRed2ggLg2或pL550Pad27．某冶金炉炉墙分别由耐火砖、金属薄板组成，厚度分别为 125mm,4mm，导热系数分别为0.40,40W/m. ℃。已知炉内、外侧壁温分别为 850℃，50℃，求炉墙单位面积上的热损失及中间温度。解：炉墙单位面积上的热损失：中间温度：8．某冶金炉炉墙分别由耐火砖、保温层、金属薄板组成，厚度分别为125,125，5mm，导热系数分别为0.40,0.10,40W/m.℃。已知炉内、外侧壁温分别为850℃，50℃，求炉墙单位面积上的热损失及炉墙的温度分布。解：炉墙单位面积上的热损失：中间温度：t2t1q18505120.12569010.40℃0.1250.125）t3t1（1+2）（51q850512+0.10120.409．两块平行放置的大钢板1、2，其间距远小于长和宽。已知钢板的温度分别为727℃、27℃，黑度均为 0?.8。若视钢板为灰体，试计算两钢板的自身辐射及其间的辐射热交换量。T14解：钢板1自身辐射：E1Cb4.536104J/m2100T24钢板2自身辐射：E2Cb367.416J/m2100板间辐射热量：Q12Eb1Eb23.75104J/m21111210．一加热炉炉墙由耐火粘土砖（1120mm，10.93W/m℃），硅藻土填料层（250mm，20.14W/m℃），红砖层（3250mm，30.7W/m℃）三层组成，炉墙内外壁温度分别为tw11080℃，tw480℃，求通过炉墙的热通量及红砖层内表面温度tw3。解：炉墙的热通量：92020.8431091.34W/m红砖层内表面温度：tw3q3tw41091.340.2580470℃30.711．计算直径 d=1m的热风管单位长度上的表面辐射热损失。已知热风管为裸露钢表面，黑度 0.8，外表面温度为 227℃，此管置于断面为 2×2㎡的砖砌沟槽内，砖槽内表面温度为 27℃，黑度0.9。解：可视为非自见表面热风管 A1被可自见表面沟槽 A2所包围，则12．炉壁由三层组成，粘土砖δ

1=0.23m,λ1=1.2W/(m.

℃);石棉粘土砖δ

2=0.03m,λ2=0.1W/(m.

℃)；红砖δ3=0.24m,λ3=0.5W/(m.

℃)。炉墙内烟气侧换热系数

40W/(m2.

℃)、烟气温度

1020

℃；炉墙外空气侧换热系数 15W/(m2.℃)，空气温度 20℃；试求通过该炉墙的热损失及炉墙外侧的温度。解：炉墙单位面积上的热损失：炉墙外侧的温度：tw4tf2q9432083℃h21513．一滑动轴承，轴与轴承的间隙δ=0.1cm，轴的转速n=2980r/min，轴的直径D=15cm，轴承宽度b=25cm。求轴承所消耗的功率。润滑油的粘度为μ=0.245Pa.s。解：轴表面的圆周速度：u=3.14nD/60=23.4m/s轴承间隙里流速呈线性分布，速度梯度：du/dy=23400内摩擦力：F=0.245×3.14×0.15×0.25×23400=675N滑动轴承所消耗的功率：D2nNMF..15.8KW26014．已知空气流动速度场vx=6(x+y2),vy=2y+z3,vyz=x+y+4z,试分析此流动状态xz6240,是否连续xyz解：该流动状态不连续15．如图为一喷嘴，出口直径D1=10cm，管端直径23兰盘连D=40cm，流量Q=0.4m/s，喷嘴和管以法接，共用10个螺栓，不计水和管嘴的重量，水流水平射向一垂直壁面，试求壁面所承受的水平推力及每个螺栓受水平拉力。解：如图取1-1、2-2断面，并列B.E.设喷嘴对水流的水平作用力 F，列动量方程：三）问答题1、试分析串、并联管路系统的特点，并说明减少管路系统阻力损失的途径。答：1）串联管路特点：各段流量相同，阻力叠加；并联管路特点：各支路阻损相同，流量叠加2）减少流体阻力损失A）改善固体边界状态a) hr 尽量减少局部管件或截面变化，改善局部管件结构90 圆转弯 突然逐渐扩大（收缩）hl尽量L；D↑；选用光滑管c)“经济流速”的选择：vhL综合考虑d投资增加B)添加减阻剂添加减阻剂，改善紊流运动内部结构。三种添加剂：高分子聚合物（聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺）；金属皂；悬浮物（泥、砂、纸浆、石棉）。2、试分析影响对流换热系数的主要因素。答：影响因素 h ft,, ,c, , ,1）流态和流动起因2）流体的物理性质 热导率λ、热容 c、密度ρ、粘度μ、膨胀系数β3）流体有无相变换热面的几何形状、大小及位置3、研究对流换热的方法主要有哪些简单分析这些方法是如何求解对流换热系数的，并说明其适用性。答：研究对流换热的方法主要有： 数学分析法、相似理论 -模型实验法、类比法（1）数学分析法精确解法：利用F-K方程、N-S方程、连续性方程、边界给热微分方程联立求解。适用简单问题。近似积分法：取控制体建立能量积分方程，求得温度场的近似关系后，求解积分方程。适用简单问题。数值解法：采用数值方法求解能量平衡微分方程，以确定对流换热系数。（2）相似理论-模型实验法根据相似原理做模型实验的求解方法。是应用最广，最实用的方法，适用复杂的实际问题。3）类比法根据热量传输与动量传输的类似性，通过建立对流换热系数和流动阻力系数之间的函数关系来求解对流换热系数。在一定程度上有效。4、试论述高温炉气通过平壁炉墙至周围空气的综合传热过程，并简单说明如何减少通过炉墙的散热损失答：炉墙的综合传热过程分三个过程：1）高温炉气以辐射和对流方式传给内壁2）炉壁以传导方式由内壁传到外壁3）外壁以辐射和对流方式传给周围空气对稳态 q 1=q2=q3=q减少炉墙的热损失措施：降低空气与炉外壁的换热系数、降低烟气与炉内壁的换热系数、采用导热系数低的材料、增加炉墙厚度。5、分析三种传输现象的普遍规律。答：1）动量、热量和质量传输通量，均等于各自的扩散系数与各自的浓度梯度乘积的负值，三种传输过程可用一具通式来表达，即：（通量）=-（扩散系数）×（浓度梯度）22）、动量、热量和质量扩散系数具有相同的因次，其单位均为 m/s;3）、通量为单位时间内通过与传输方向垂直的单位面积上的动量、热量或质量，各量的传输方向均与该量的浓度梯度方向相反，故通量的普遍表达式中有一负号。四）名词解释1．粘性：实际流体流动时，阻碍流体流动的性质。2．理想流体：没有粘性的流体。3．可压缩流体：密度随温度和压力变化而变化的流体。4．牛顿流体：流体流动过程中，符合牛顿粘性定律的流体。5．自然流动：流体流动体系内，流体的密度不同而产生的浮力所构成的流动。6．强迫流动：流体流动体系内，流体因外力作用所构成的流动。7．层流：流体层与层间相互不干扰的有规则的流动状态。8．湍流：流体层与层相互混杂、相互干扰的不规则的流动状态。9．动量通量：单位时间通过单位面积所传递的动量。10．粘性动量通量：单位时间通过单位面积传递的粘性动量。11．迹线：流体流动的轨迹线。12．热量传输：由于温度差引起的热量传递。13．温度梯度：温度场中，法线方向上的温度变化率。14．导热系数：单位温度梯度通过单位面积的热量。15．热流密度：单位时间通过单位面积传递的热量。16．热量通量：单位时间通过单位面积传递的热量。17．辐射力：物体在单位时间由单位表面积向半球空间发射的全部波长的辐射能量。18．黑体：吸收率等于 1，反射率、透过率均为 0的理想物体。19．辐射强度：单位时间单位辐射面积在单位立体角内发射的全部波长的辐射能量。20．有效辐射：单位时间单位面积所射离的辐射能。21．质量传输：物质从物体或空间的某一部分传递到另一部分的现象。22．不稳定浓度场：随时间而变化的浓度场。23．稳定浓度场：不随时间而变化的浓度场。24．浓度梯度：浓度场中，法线方向上的浓度变化率。25．传质通量：单位时间通过单位面积的物质的量，即速度与浓度的乘积五）选择题1．扩散系数的单位是A．W/m℃22D．m/sB．W/m℃C．m/s2．圆管中流体流动时其 Re=10000，则其流动状态为A．层流 B．湍流 C．稳定流 D．非稳定流3．当圆筒壁长度远大于其外径，则沿轴向的导热可以忽略不计，则该圆筒壁的导热可视为A．一维导热 B．二维导热 C．三维导热 D．非稳态导热4．可描述自然对流的方程是A．Nu fRe,Pr B．Sh f Ar,Sc C．