材料工程基础题集含答案

第一页，共45页。2【例1-2】长度L=1m，直径d=200mm水平放置的圆柱体，置于内径D=206mm的圆管中以u=1m/s的速度移动，已知间隙中油液的相对密度为d=0.92，运动粘度ν=5.6×10-4m2/s，求所需拉力F为多少？

【解】间隙中油的密度为动力粘度为

（kg/m3）（Pa·s）第二页，共45页。3由牛顿粘性定律由于间隙很小，速度可认为是线性分布

（N）第三页，共45页。4习题１1.与牛顿粘性定律直接有关的因素是：

A切应力和压强；B切应力和剪切变形速度C切应力和剪切变形；D切应力和流速2.为了进行绝缘处理,将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过．已知导线直径为０.８mm,涂料的粘度μ＝０.０２Pa.s,模具的直径为０.９mm,长度为２０mm,导线的牵拉速度为５０m/s，试求所需的牵拉力。第四页，共45页。5习题一答案B解：由牛顿粘性得第五页，共45页。2025/4/136【例2-1】如图2-16所示测量装置，活塞直径d=35㎜，油的相对密度d油=0.92，水银的相对密度dHg=13.6，活塞与缸壁无泄漏和摩擦。当活塞重为15Ｎ时，h=700㎜，试计算Ｕ形管测压计的液面高差Δh值。图2-16第六页，共45页。2025/4/137（㎝）得Δh：【解】重物使活塞单位面积上承受的压强为（Pa）

列１-１面平衡方程第七页，共45页。2025/4/138【例2-2】如图2-17所示为双杯双液微压计，杯内和Ｕ形管内分别装有密度ρ1=l000kg/m3和密度ρ2=13600kg/m3的两种不同液体，大截面杯的直径Ｄ＝100mm，Ｕ形管的直径d=10mm，测得h=30mm，计算两杯内的压强差为多少图2-17第八页，共45页。2025/4/139=3709.6(pa)【解】列1—2截面上的等压面方程而故第九页，共45页。2025/4/1310[例3.1]：左图为一水箱带一收缩圆锥喷嘴，水位高h。请判断下列说法是否正确：（1）h为为常数时点2的加速度为零，点1有迁移加速度；（2）h随时间变化时，2点只有当地加速度，点1既有当地加速度又有迁移加速度。

第十页，共45页。2025/4/1311【例3.2】已知用拉格朗日变量表示得速度分布为ux=(a+2)eτ-2，uy=(b+2)eτ-2，且τ=0时，x=a，y=b。求（1）τ=3时质点分布；（2）a=2，b=2质点的运动规律；（3）质点加速度。【解】根据题意可得第十一页，共45页。2025/4/1312将上式积分，得上式中c1、c2为积分常数。利用τ=0时，x=a，y=b得c1

=-2，c2=-2第十二页，共45页。2025/4/1313

（1）将τ=3代入上式得

（2）a=2，b=2时

(3)第十三页，共45页。2025/4/1314【例3.3】在任意时刻，流体质点的位置是x=5τ2，其迹线为双曲线xy=25。质点速度和加速度在x和y方向的分量为多少？【解】根据题意可得第十四页，共45页。2025/4/1315得第十五页，共45页。2025/4/1316【例3.４】给定速度场ux＝x＋

，uy＝－y－，求①

＝1时过（1，1）点的质点的迹线；②过（1，1）点的流线。【解】①由迹线微分方程第十六页，共45页。2025/4/1317积分得当

＝1时，过（x，y）=（1，1）的质点有c1＝3/e，c2＝e。故此质点的迹线方程为第十七页，共45页。2025/4/1318

由此例可知，流线与迹线是不一致的。

当

=1时，此流线方程为故此流线方程为过（1，1）空间点有②由流线方程积分得第十八页，共45页。解：先计算炉壁的平均温度例：设某窑炉的耐火砖壁厚0.5m，内壁面温度为1000℃，外壁面温度为0℃，耐火砖的导热系数λ=1.16×(1+0.001t)W/(m.℃)。试求通过炉壁的热流密度q。℃然后根据平均温度算导热系数平均值：再根据算热流密度：第十九页，共45页。【例题3.1】一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m，厚3mm，导热系数为1.05W/(m·K)；中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为2.60×10-2W／(m·K)。室内空气温度为25℃。表面传热系数为20W/(m2·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/(m2·K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。第二十页，共45页。解(1)双层玻璃窗：第二十一页，共45页。(2)单层玻璃窗情形：单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。第二十二页，共45页。【例题3.2】一台锅炉的炉墙由三层材料叠合组成。最里面是耐火粘土砖，厚115mm；中间是B级硅藻土砖，厚125mm；最外层为石棉板，厚70mm。已知炉墙内、外表面温度分别为495℃和60℃，试求每平方米炉墙每小时的热损失及耐火粘土砖与硅藻土砖分界面上的温度。第二十三页，共45页。解δl=115mm，δ2=125mm，δ3=70mm。各层的导热系数可根据估计的平均温度从附录中查出。k1=1.12W/(m·K)k2=0.116W/(m·K)k3=0.116W/（m·K)第二十四页，共45页。

（W/m2)2耐火粘土砖与硅藻土砖分界面的温度（℃）1每平方米炉墙每小时的热损失第二十五页，共45页。例题4-1，求下列图形中的角系数解：第二十六页，共45页。

[例题2-5]两无限大平行平面，其表面温度分别为20℃及600℃，辐射率均为0.8。试求这两块平行平面的（1）本身辐射；（2）投射辐射；3）有效辐射。【解】（1）两物体的本身辐射为=334.66(w/m2)=26370(w/m2)第二十七页，共45页。（2）物体的有效辐射是本身发射辐射与反射辐射之和，即对于两个无限大平等平板，一板的有效辐射必然全部投射到二板上，反之亦然。即同理第二十八页，共45页。（3）有效辐射(w/m2)

(w/m2)第二十九页，共45页。

[例题2-6]两无限长套管，内管和外管的温度分别是527℃和27℃，辐射率均为0.8，内管以热辐射形式传给外管的热量是1060W/m，内管直径是20mm，求：外管直径为多少？第三十页，共45页。【解】内管向外管的辐射面积外管向内管的辐射面积内管辐射给外管的热量为第三十一页，共45页。单位长度内管辐射给外管的热量为

由已知第三十二页，共45页。代入上式

解得0.051m=51mm。第三十三页，共45页。【例2-7】某窑炉壁内层为耐火粘土砖，外层为红砖，已知炉壁内表面温度为1000℃，外表面温度要求不得超过80℃，并要求尽量多用红砖少用耐火砖。已知耐火砖的导热系数kt=0.698+0.64×10-3t(w/m.K)，红砖的导热系数kt=0.465+0.51×10-3t(w/m.K)，红砖最高使用温度为600℃，红砖看作黑体，环境温度为20℃，炉壁表面向环境的对流换热系数为7.13(w/m2.K)，求二层材料的最小厚度。第三十四页，共45页。k1k2【解】平均导热系数计算耐火砖红砖热流量为

=890.32（w/m2）(w/m.K)(w/m.K)第三十五页，共45页。计算两层材料的厚度

同理第三十六页，共45页。【例2-8】热水管内径d2=150mm，外径d1=160mm，热水平均温度为90℃，周围空气温度为20℃，管内表面的复合换热系数h2=1200W/m2.K，管外表面的复合换热系数h1=15W/m2.K，管壁导热系数k=60W/m.K，管外表面辐射率ε=0.90。试求：(1)热水管每米长散热损失q1;(2)管外表面的辐射换热系数hr1和对流换热系数hc1。第三十七页，共45页。【解】（1）单位长度管壁总传热量计算

=519.92（w/m）第三十八页，共45页。外表面温度

对流换热系数辐射换热系数辐射热量第三十九页，共45页。习题七1两无限大的平行平面，表面温度分别为1000℃和100℃，黑度为0.8，试求：A这两块平行平面的（1）本身辐射；（2）投射辐射；（3）有效辐射；（4）净辐射热量。B如果安放一块黑度为0.8的遮热板，试求这两无限大平行平面间的净辐射热量。第四十页，共45页。某医院供暖管内径d2=160mm，外径d1=200mm，管内热水平均温度为96℃，周围空气温度为5℃，管内表面的复合换热系数h2=1250W/m2.K，管外表面的复合换热系数h1=20W/m2.K，管壁导热系数k=80W/m.K，管外表面辐射率ε=0.80。试求：(1)供暖管每米长散热损失q1;(2)管外表面的辐射换热系数hr1和对流换热系数hc1。习题八第四十一页，共45页。例4-1已知空气的干球温度30

℃，湿球温度为25℃