1、冶金传输原理试题（A）参考答案一、名词解释（每题 2分，共 16分）1. 不压缩流体：指流体密度不会随压强改变而变化，或该变化可忽略的流体。2. 速度边界层：指在靠近边壁处速度存在明显差异的一层流体，即从速度为零到 0.99 倍的地方称为速度边界层。3. 雷诺准数及其物理意义： ,表征惯性力与粘性力之比。是流态的uLRe判断标准。4. 黑度（发射率）：实际物体的辐射力与相同温度下黑体的辐射力之比称为物体的黑度，也叫发射率。5. 傅立叶准数及其物理意义： ，也称时间准数，表示非稳定传热2saFo所进行的时间与其达到平衡状态所需要的总时间之比；或 时间内非稳态传热的传热量与其达到稳态（平衡）时传输
2、的总热量之比。6. 热通量与传质通量：单位时间内通过单位面积的热量称为热（量）通量；单位时间通过单位面积的物质量称为传质通量。7. 角系数：由表面 1 投射到表面 2 的辐射能量 占离开表面 1 的总辐射21Q能量 的份数称为表面 1 对表面 2 的角系数，用符号 表示，即：1Q2。128. 流向传质与非流向传质：与流体流动方向相同的传质叫做流向传质；与流体流向垂直的传质叫做非流向传质。二、填空题（每空 1 分，共 19 分）1 理想流体是指不存在 粘性力，或其作用可忽略的流体。2 气体超音速射流产生过程中，气体流股截面积先 收缩 后 膨胀 ，压强 不断降低。3 流场中流体各物理量只是 空间单
3、一方向的函数，称一维流场4 固体壁面无滑移边界条件是指 壁面速度与相接触的流体层速度相等 ，而无渗透边值条件为 垂直于壁面方向流体速度为零 。5 如果流场中每点的物理量值都一致,则称其为 均匀场；如果各点的物理量值不随时间而变化，则称其为 稳态场。6 根据动量守恒定律，可以推导出纳维斯托克斯方程；根据 能量守恒定律 ，可以推导出传热微分方程；根据 质量守恒定律 则可以分别推导出流体连续性方程方程和 质量传输 微分方程。7 研究对流给热的主要任务，就是求解对流给热系数 h。现在求解 h 的方法有四种，它们分别是 边界层微分方程组解析解 、边界层近似积分解、 类比律法 、和 相似理论指导下的实验方
4、法 。8 一般说来，固体的导热系数 大于 （大于、等于、小于）液体，液体的导热系数 大于 （大于、等于、小于）气体；在固体中，通常金属的导热系数 大于 （大于、小于、等于）非金属，结晶物质的导热系数 大于 （大于、小于、等于）非晶物质的导热系数；大多数金属的导热系数随温度的升高而 降低 （升高、降低、不变） 。三、选择题（每题 5 分，共 15 分）1. 伯努利方程表达式错误的是 D 。A. =常数 B. 2vpgz gvPzgvz2211C. =常数 D. 12Pg2. 单层圆筒壁内外流经物性和温度均不同的流体 1 和流体 2，那么该单层圆筒壁在第 III 类边界条件下，一维稳态导热的总热阻
5、为 R= B 。A. 211ln2hdhB. LdL211lC ni iid1l2D 1lL3. 已知环境流体对直径为 100mm 的圆柱体的总对流给热系数 h 为 120 W/(m2) ，圆柱体的平均导热系数 为 163 W/(m)，比热 Cp 为440J/(kg) ，密度 为 8800 kg/m3，则 C 。A 因为体系的 Bi = 0.07360.033，所以不能视为薄材。C 因为体系的 Bi = 0.03680.05，所以不能视为薄材。四、简答题（每题 5 分，共 20 分）1. 流体流动过程主要受到哪几类力的作用？各自常见的力有哪些？流体主要受到体积力和表面力两大类力的作用，体积力常
6、见的有：质量力、电磁力；表面力常见的有：粘性力和压应力。2. 请说明 的物理含义yxyxdu首先是粘性应力，由于 x 方向流动速度在 y 方向存在差异而产生于流yx体内部。下角标 y 表示力的法向，x 表示力的方向。同样代表粘性动量通量，此时下角标 y 表示动量传递方向，x 表示动yx量的方向。3. 简述对流给热（换热）的机理，为什么说边界层导热是对流给热的限制性环节？答：对流给热是指流体流经与之温度不同的固体界面时，流体与固体之间所发生的热量传输现象，是对流传热和传导传热的综合结果。在流体与固体壁面交界处存在（速度边界层和）温度边界层，温度边界层外近似无温度梯度，温度梯度只存在于边界层内。对
7、于层流边界层，层与层之间没有宏观物质传输，传热主要依靠传导传热，热阻很大；湍流边界层内由于存在层流底层，传热也要依靠传导传热，热阻也很大。因此，边界层导热是对流给热的限制性环节。4. 简述气体辐射与火焰辐射及其区别。答：气体的辐射和吸收能力与其分子结构有关，对波长有明显的选择性，因此气体的辐射和吸收光谱是不连续的，支能吸收或辐射一定波长范围的辐射能，不同的气体，波长范围不同；另外气体辐射属于表面辐射。而实际火焰中一般含有大量的固体颗粒，多是发光火焰，少有纯净气体燃烧发出的不发光火焰，因此在火焰辐射中起主要作用的是炭黑、灰尘等固体颗粒，这些固体颗粒的辐射和吸收类似于固体辐射，可以在可见光谱和红外
8、光谱范围内连续发射辐射能量，由此它们的光谱是连续的。五、计算题（每题 10 分，共 30 分）1. 粘性系数 的流体流过两平行平板的间隙，间隙宽 ，0.48Pas 4m流体在间隙内的速度分布为 ， 其中 C 为待定常数，y 为垂2()cyu直于平板的坐标。设最大速度 ， 试求最大速度在间隙中的max4/s位置及平板壁面上的切应力。解：1）由速度分布可知 y 坐标原点位于下平板 由即中心处 u 取最大值，在两板中央取速度最大值(5 分)将 代入速度分布式 y/2（7 分）2）y = 0 2dc00yy2maxmax2cUc4U16/s2ducyy23c160.489n/m（10 分，能给出一个就
9、给分。未求出 C 值者扣 2 分）流体作用于上下平板的壁面切应力都是 ，且均指向流动19(n/m)方向，而正负号不同则源于应力正负向的规定。2. “冰冻三尺，非一日之寒” 。设若地表可以看作是半无限厚物体，温度分布可表示为 ，初始温度为 t0=10，后受到冷空气侵袭，ax2erf0地表温度突然降为 tw=-15并维持不变。确定这种条件下，地面下 1m 处温度降为 0所需的时间。已知：地表土壤土质均匀，土壤物性参数分别为： ；高斯误差-1-1-3 CkgJ840,CmW5.,kg5 p函数表如下：erf(0.42)0.45 erf(0.44)0.47 erf(0.46)0.48 erf(0.48
10、)0.50erf(0.50)0.52 erf(0.52)0.54 erf(0.54)0.55 erf(0.56)0.57erf(0.58)0.59 erf(0.60)0.60 erf(0.62)0.62 erf(0.64)0.63erf(0.66)0.65 erf(0.68)0.66 erf(0.70)0.68 erf(0.72)0.69erf(0.74)0.70 erf(0.76)0.72 erf(0.78)0.73 erf(0.80)0.74解：依题意，地表的降温可以看作是办无限厚物体的导热。地表土壤的物性取为 12sm60138.pCa所以有即： y 2c19(n/)查表得： 得 天由上
11、面的分析可知当地表温度很低时，地下还可以保持较高的温度。所以将水管埋在地下可防止水结冰。3. 干空气以 5m/s 的速度吹过 0.3m0.3m 的浅的盛水盘，在空气温度 30、水温 10的条件下，已知水分子在空气中的扩散系数 D=2.4410-5m2/s。问：水的蒸发速率（g/s）是多少？（若空气沿平板流动为层流，则有；若空气沿平板流动为湍流时，则 ） ；31264.0ScReSh 315406.ScReSh不同温度下物性参数如下：温度， 10 20 30动量扩散系数 值，10 -6 m2/s 14.16 15.06 16.00水表面饱和水蒸气的密度 ，g/m 3 9.404 17.31 30
12、.40解：以题意，v =5m/s，L =0.3m，t f =30，t w =10，D =2.4410-5 m2/s得知： ，查得 20条件下 =15.0610-6 20132wfmttm2/s，并求得： 6172.4.55DSc，属于层流，适用层流绕5609.10.53LvRe流平板准数方程，于是有： 4.17862.1.4.4. 32312 4ScReDkShm/s250.078Lg/s127. 4.93.452Fkn答：水的蒸发速率是 1.22710-2 g/s。冶金工程冶金传输原理试题（B）一、 名词解释（每题 2 分，共 16 分）1. 层流流体质点在流动方向上分层流动，各层互不干扰和
13、掺混，这种流线呈平等状态的流动称为层流。2. 表面力作用于流体微元界面（而非质点）上的力，该力与作用面的大小成比例3. 粘性系数表征流体变形的能力，由牛顿粘性定律所定义的系数： ,速度梯yxdu度为 1 时，单位面积上摩擦力的大小。4. 热通量与传质通量：单位时间内通过单位面积的热量称为热通量；单位时间通过单位面积的物质量称为传质通量。5. 温度梯度：在温度场中某点 P 的温度梯度定义为该点所在等温面或等温线法线方向，单位长度上的温度增量。6. 修伍德准数的表达式： DLkShc7. 傅立叶准数的物理意义： ，傅立叶准数又称时间准数，表征不稳2saFo态传热趋于稳态的程度，或者说是不稳态传热进
14、行的时间与由不稳态传热达到稳态所用总时间之比。8. 黑度（辐射率、发射率）：实际物体的辐射力与相同温度下黑体的辐射力之比称为物体的黑度，也叫发射率、辐射率。二、填空题（每空 1 分，共 19 分）1. 一维圆管中水流的质量守恒表达式为 1212uACuAuA或 或2. 伯努力方程的物理意义是 压 能、 动 能、 势 能总和守常。其积分式应用条件是 不可压缩 、 沿流线 、 稳态流 、 理想流体 、 只有重力场 。3. 如果动量传输微分方程可以写作，则热量传xxxxxzxyxx gpzvyvvv 122输微分方程可以写作（改为pvxxxxzxyxx Cqzvyvavv 22） ，质量传输微分22
15、vxyz pTTTx方程可以写作 。 22zyxDzCvyCv AAAAx4. 影响流体对流给热系数的因素可以归结为四个方面。它们分别为：流体流速、流体的物性参数、流体温度 和和固体壁面的几何形状、尺寸。5. 一般说来，固体的导热系数 大于 （大于、等于、小于）液体，液体的导热系数 大于 （大于、等于、小于）气体；在固体中，通常金属的导热系数比非金属 大 （大、小、等于） ，结晶物质的导热系数要比非晶物质的导热系数 大 （大、小、等于） ；大多数金属的导热系数随温度的升高而 降低 （升高、降低、不变） 。三、选择题（每题 5 分，共 15 分）4. 纳维尔-斯托克斯方程表达式正确的为 D 。A
16、. 22()yx xzuduPXB. 22()x xxxyzC xduPXD 22( )()xxxx xxxyzuuuPXyz5. 如果半无限厚、无限大平壁的温度分布可写作 ，有限ftxA0),(,厚、无限大平板的温度分布可写作 ，无限长圆柱体的ftxB0),(,温度分布可写作 ，那么，一个半无限长圆柱体内的温ftrC0),(,度分布式可写作 c 。A. ABB. BCC. ACD. ABC6. 现有两种保温材料，要敷设在外径为 0.025m 的管道外层保温。已知保温材料的导热系数 0.135 J/sm，保温材料的导热系数 0.090J/s m，保温层外表面与空气的对流给热系数 h9 J/sm
17、 2。那么，不管敷设厚度如何，只要敷设， f 能对管道起到保温作用。E. 保温材料F. 保温材料G. 保温材料和两者都H. 保温材料和两者都不四、简答题（每题 5 分，共 20 分）5. 纳维尔-斯托克斯方程和欧拉方程的应用条件各是什么？N-S 方程：不可压缩、物性守常、粘性流体欧拉方程：无粘流体6. 什么是速度边界层,边界层的提出有何意义?指在靠近边壁处速度存在明显差异的一层流体，即从速度为零到 0.99 倍的地方称为速度边界层。提出后对于湍流流动可分为主流区（无粘流动）和边界层流动，据各自方程可求速度，使原本不可求的流动问题可解。7. 在室内温度相同、穿着相同的条件下，为什么冬天的室内比夏
18、天的室内让人感觉更冷？答：是因为人体与墙壁辐射换热的作用。室内气温相同、穿着相同的条件下，人的体温大致相同。但冬天的墙壁温度要低于夏天的墙壁温度，冬天人体通过辐射换热传给墙壁的热量要比夏天的大，因此会使人感觉更冷8. 分子扩散传质与传导传热的联系与区别：两者都是依靠物体之间相接触时分子或原子（基本粒子）之间的热运动来实现的，在温度差和浓度差同时存在时，基本粒子之间的热运动可同时引起分子扩散传质和传导传热，这是他们之间的联系。区别是分子扩散传质要发生宏观物质位移，而传导传热则没有或可以忽略。因此温度对分子扩散传质和传导传热的影响是不同的。五、计算题（每题 10 分，共 30 分）1. 设静止液体中密度随深度 h 而增加， 式中 k 为常数，0kh为上液面密度，试据运动方程推导液体中压强随深度变化规律。0
