一、名词解释
1 流体：能够流动的物体。不能保持一定的形状，而且有流动性。
2 脉动现象：在足够时间内，速度始终围绕一平均值变化，称为脉动现象。
3 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。
4 牛顿流：符合牛顿粘性定律的流体。
5 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。
6 流线：在同一瞬时，流场中连续不同位置质点的流动方向线。
7 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。
8 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。
9伪塑性流：其特征为（），当n v 1时，为伪塑型流。
10 非牛顿流体:不符合牛顿粘性定律的流体，称之为非牛顿流体，主要包括三类流体。
11宾海姆塑流型流体：要使这类流体流动需要有一定的切应力I时流体处于固结状态，只有当切应力大于I时才开始流动。
12 稳定流：运动参数只随位置改变而与时间无关，这种流动就成为稳定流。
13非稳定流：流场的运动参数不仅随位置改变，又随时间不同而变化，这种流动就称为非稳定流。
1 4迹线：迹线就是流体质点运动的轨迹线，特点是：对于每一个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一族曲线，而且迹线只随质点不同而异，与时间无关。
16 水头损失：单位质量（或体积）流体的能量损失。
17 沿程阻力：它是沿流动路程上由于各流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力，也叫摩擦阻力。
18 局部阻力：流体在流动中因遇到局部障碍而产生的阻力。
19脉动速度：脉动的真实速度与时均速度的差值成为脉动速度。
20 时均化原则：在某一足够长时间段内以平均值的速度流经一微小有效断面积的流体体积，应该等于在同一时间段内以真实的有脉动的速度流经同一微小有效断面积的流体体积。
21 热传导：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递称为热传导。
22 对流：指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互惨混所引起的热量传递方式。
23 热辐射：物体因各种原因发出辐射能，其中因热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。
24 等温面：物体中同一瞬间相同温度各点连成的面称为等温面。
25 温度梯度：温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度。
26 热扩散率：（），热扩散率与热导率成正比，与物体的密度和比热容c 成反比。它表征了物体内热量传输的能力。
27 对流换热：流体流过固体物体表面所发生的热量传递称为对流换热。
28 黑体：把吸收率为1 的物体叫做绝对黑体，简称黑体。
29 灰体：假定物体的单色吸收率与波长无关，即吸收率为常数，这种假定物体称之为灰体。
30 辐射力的单位：辐射力是物体在单位时间内单位表面积向表面上半球空间所有方向发射
的全部波长的总辐射能量，记为E,单位是W/ m2o
31 角系数：我们把表面1 发射出的辐射能落到表面2 上的百分数称为表面1 对表面2的角系数。
32质量溶度：单位体积的混合物中某组分的质量。
33摩尔溶度：单位体积混合物中某组分的物质的量。
34空位扩散:气体或液体进入固态物质孔隙的扩散。
35自扩散系：指纯金属中原子曲曲折折地通过晶格移动。36互扩散系数：D D i x2 D2x-，式中
D称为互扩散系数。
37普朗克定律：揭示了黑体辐射能量按波长的分布规律，数学表达式（）
38斯蒂芬-玻尔茨曼定律：揭示了黑体辐射力正比于其热力学温度的四次方的规律，公式
E b b T4
39维恩位移定律：在一定温度下，绝对黑体的温度与辐射本领最大值相对应的波长入的乘积为一个常数，入T=b 40基尔霍夫定律：任何物体的辐射力与它对来自同温度黑体辐射的吸收率的比值，与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下黑体的辐射力。
41投入辐射:单位时间内投射到表面单位面积上的总辐射能被称之为投入辐射。
42有效辐射:单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射。
43采用何种技术路线测量一固态物质的自扩散系数：
44柯肯达尔现象：指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷。
45纽歇尔数：是由边界换热微分方程而来，它反映了对流换热在边界上的特征
46温度边界层：称热边界层，流体流过壁面时，边界附近因加热或冷却而形成的具有温度梯度的薄层，也就是对流传热热阻所在区域。
、问答题
1流体具有哪些物理性质？
压缩性，膨胀性，密度，粘度。
2流线可以穿过流管吗？为什么？
答：不能，流管是由流线组成，如果流线穿过流管，意味不同流线将相交，因为流线表示在流线上的质点的运动方向和大小，如果流线穿过流管，意味一个质点在同时具有两个速度，这是不可能的。所以流线不能穿过流管。
3为什么湍流条件下可以利用牛顿粘度定律计算管道壁面对流体的剪切力？答：边界层都处于层流状态。
4两个不同水力学系统相似的条件是什么？
答，几何相似，动力相似，运动相似。
5解释雷若数的物理意义，它有何作用？
答：表示流体流动过程中惯性力和粘性力的作用大小，是它们的比值。可以用来判断流体
的流动状态。可以两流体系统相似的判据之一。是摩擦系数的实验变量。
6.温度T=15 C,运动粘度v 0.0114cm2/s的水，在直径d=2cm的管中流动，测得流速v=8cm/s ,问水流处于什么状态？如要改变其运动，可以采取哪些?:
8 10-2-2 10"2
仆vd
= 1403 <2320
v 00114 104
故为层流。
升高温度或增大管径d均可增大雷诺数，从而改变运动状态。
7.流体在圆管中流动时，“流动已经充分发展”的含义是什么？在什么条件下会发生充分发展了的层流，又在什么条件下会发生充分发展了的湍流？
答：流体在圆管中流动时，由于流体粘性作用截面上的速度分布不断变化，直至离管口一 定距离后不再改变。 进口段内有发展着的流动， 边界层厚度沿管长逐渐增加，
仅靠固体壁面 形成速度梯度较大的稳定边界层， 在边界层之外的无粘性流区域逐渐减小，
直至消失后，便
形成了充分发展的流动。
在层流流进管道时，当流进长度大于 l=0.065dRe ）时，流体发展为充分发展的层流。 在湍流条件下，当流入管长度至
l=25-40d 左右，流体为充分发展的湍流。
8写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。
p
p
乙—Z 2 丄或 P P>
gh F 0
h
解:流体静力学基本方程为：
同一静止液体中单位重量液体的比位能 可以不等，比压强也可以不等，但比位能和比压强
可以互换，比势能总是相等的。
9试判断下列平面流场是否连续 ？
解：由不可压缩流体流动的空间连续性方程（
3-19，20）知：，
2
3
2
3x sin y 3x sin y 3x 1 x sin y
X
3x
X
当 x=o , 1，或 y=k n ( k=0 , 1 , 2,
11、温度T=5 C 的水在直径d = 100mm 的管中流动，体积流量 Q=15L/s ，问管中水流处于什 么运动状态？ T=5 C 的水动力粘度为 1.547x10-6m2/s
解：由题意知：水的平均流速为
6
I -—
—
=
m
」1 —jui 1 4
根据雷诺数公式
Yff
—
Re = —=」——r = 123464)13000 r I547MQ-6
故为湍流。
11.当铸件在砂型中冷却凝固时，
由于铸件收缩导致铸件表面与砂型间产生气隙， 气隙中的
空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种基本的热量传递方式？
答：热传导、辐射
12 .假设在两小时内，通过
152mm x 152mm x 13mm （厚度）实验板传导的热量为 837J ,
实验板两个平面的温度分别为
19C 和26C ，求实验板热导率。
解：由傅里叶定律可知两小时内通过面积为
152 x 152mm2的平面的热量为
小
dT
T
Q
A — t A
t dx
x
19 26
152 10 3
152 10 3
亍 2 3600 873=-
13 10 3
得
9.34 10 3
W/m 0
C
13有一厚度为20mm 的平面墙，其热导率 入为1.3W/（m C ）。为使墙的每平方米热损失不超 过1500W ，在
外侧表面覆盖了一层 入为0.1 W/（m- C ）的隔热材料，已知复合壁两侧表面温 度分布750 C 和55 C,试确定隔热层的厚度。
解：由多层壁平板导热热流密度计算公式（
9-14）知每平方米墙的热损失为
-x
3x 2
sin y x
-^ 3x 3siny
y
时连续。
X
ab,cd
X
ab,ac
X
ab,bd
同时，也可以把图形abc 和abd 看成两个各由三个表
面组成的封闭腔。将式
X 12
L 1 L 2
2L 1
用于这两个封闭腔可得:
T T 2
1 2 750 55 “cc
1500
1500
0.02 2
1 2
1.3 0.1
得
2
44.8mm
14液态纯铝和纯铜分别在熔点（铝 660 C,铜1083 C ）浇铸同样材料构成两个砂型中，砂
型的密实度也相同，试问两个砂型的蓄热系数哪个大？为什么? 答：此题为讨论题，砂型的蓄热系数反映的是材料的蓄热能力， 综合反映材料蓄热和导热能
力的物理量，取决于材料的热物性 b c
。
两个砂型材料相同， 它们的热导率 入和比热容C 及紧实度都相同，故两个砂型的蓄热系数一 样大。 有关!
考虑温度影响时，浇注纯铜时由于温度较纯铝的高， 砂型的热导率会增大， 比热和密度
基本不变，从而使得砂型蓄热系数会有所增大
15物体在什么条件下，形成漫反射？
答：物体是否发生漫反射，取决于表面的粗糙程度 （相对于热辐射的波长而言）当表面的不
平整尺寸大于投射波长时，形成漫反射。
16, 解释黑体的吸收率等于一的物理意义？
答：黑体的吸收率等于一，这意味着黑体能够全部吸收各种波长的辐射能。
17, 解释制造人造黑体的原理？
答：利用工程材料（吸收率必然小于黑体）
，制造一个空腔，使空腔壁面保持均匀温度，并
在空腔上开一个小孔，空腔内要经历多次吸收和发射，而每经历一次吸收辐射就能按内壁吸 收率的大小被减弱一次，最终能离开小孔的能量是微乎其微的， 可以认为投入辐射完全在空
腔内部被吸收。
18,
严重氧化的金属表面的发射率分别处于温度 50度和
500度的环境下，比较该金属在 这两种条件下的发射率大小？ 答：后者更大，金属材料的发射率随温度升高而增高。
19, 解释角系数相对性原理，角系数与温度有关吗？
答：公式AX 】？ 5、表示两个表面在辐射换热时角系数的相对性。角系数与温度无关，因其 纯属几何因子，仅取决于几何形状。
20, 解释角系数的完整性性质。
答：完整性对于有n 个表面组成的封闭系统，据能量守恒可得
21, 用代数法计算表面 1和表面2之间的角系数.（只要求列出方程式） 解：作辅助线ac 和bd ,它们代表两个假象面，与表面 1和表面2 一起组成一个封闭腔。在
此系统里，根据角系数的完整性，表面
1对表面2的角系数可表示为：
注：铸型的蓄热系数与所选造型材料的性质、 型砂成分的配比、 砂型的紧实度及冷铁等因素
X 11 X 12 X 13
X =1
1n
，此式即为角系数的完整性。
解：由题意知
0.0278*
4
^0,22
= 0.885m/j
的总能量中被吸收的能量所占的份额是物体的吸收率。 由基尔霍夫定律可知：当物体表面为
漫灰表面时，二者相等
25, 一般固体物质的扩散系数受哪些因素影响？
答：1?温度。温度越高，扩散系数越大
2固溶体类型3晶体结构4第三元素或杂质
26, 气体扩散系数受压力影响吗？为什么？
答：气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，压力越大，分子活动速率加大，导致温度
27,
当铸件在砂型中冷却凝固时， 由于铸件收
缩导致铸件表面与砂型间产生气隙，
气隙中的
空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种基本的热量传递方式？
答：热传导、辐射。
注：无对流换热
29有哪些因素影响扩散系数？
答：①温度：影响扩散激活能和改变物质结构 2、杂质③气氛④固溶体类型：间隙性固溶体比 置换型固溶体更容易扩散；在置换型固溶体中，原子间尺寸差别越小，电负性越大，亲和力越强 扩散越困难⑤扩散物质性质和结构⑥化学键类型和强度 ⑦扩散介质结构：体心立方结构大 于面心立方结构的扩散系数 ⑧结构缺陷：结构缺陷活化能小，容易扩散? 三、计算题
1. 三段管路串联如图，直径d1=100 cm,d2=50cm, d3 = 25cm ,已知断面平均速度 v3 = 10m/s , 求v1,v2，
和质量流量（流体为水）。
解：可压缩流体稳定流时沿程质量流保持不变，
质量流量为
?Q 水v 3A 3 49°Kg/s
2.
直径d=200m ，长度l=300m 的新铸铁
管、输送重度
丫 =8.82kN/m3的石油.已测得流量
Q=0.0278m3/s 。如果冬季时油的运动粘性系数
v 1=1.092cm2/s 夏季时
冬季和夏季中，此输油管路中的水头损失
h1各为若干？
22,
答: 气体辐射有何特点？ 1.气体辐射对波长具有选择性 2气体辐射和吸收在整个容积中进行 3气体的反射率为
23, 答: 气体的吸收率与发射率相等吗？为什么？ 实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为该物体的发射率；
投射到物体表面
X i2 X ab,cd
X ab ,ae
ab ac be
2ab X ab ,bd ab bd ad
2ab 于是可得表面 1和表面2之间角系数为:
(be ad) (ac bd)
2ab
升高，而又由于 D °e
Q/RT
，可知温度为其主要影响因素，温度越高扩散系数越大
Q
V 1
vA A
V
^A L 0.625 m/s
v 3 A 3
A 1 故:
2 .5 m /s
v 2=0.355cm2/s 问在
冬季
(U 31XJ 0 SS5 2 冉“
li , - ----------------------- - 2,36 m
1622 0.2 2*9,81
.0.3164 z = Re ,,03164 30() 0.885^
「
hj 二 --------- 时 ---------------------- 二
4986°23
0 2 2*9,81
4 ?用一风扇把静止空气通过一直管道排到车间外面。管道截面形状为矩形，尺寸为 200x300mm,长度为60M,设
空气温度为20度，管道入口压力和出口压力都为
0.98大气压,
设计管道流量为 28M3/min,问需要选择多少功率的风扇？
（空气在1个大气压时的密度为
1.207kg/M3,运动粘度为 15.06x10-6M2/S.）
解：写出伯努利方程
—P
廿z 誓丄 尸+菽一話*知-的亠护IF"
P1=P2, Z2=Z1, V1=0
所以上方程简化为
4 + ^+ Ef=O
2p2
De=4A/Pw=4x0.2x0.3/2(0.2+0.3)=0.24M
在一个大气压，温度 15摄氏度的空气密度是 1.207kg/M3
则在0.98大气压条件下，空气密度是
---p = 1.207x0.98/1.0=1.18kg/M3
空气粘度为：
n =1.7x10-5kg/s-m
空气流速
V A =28/(0.2x0.3)=7.7m/s Reynold nu mber
同理，夏季有
因为
4()0() °-885 52 = 49S6 0 355 * 10 _4 由布拉休斯公式知: _ = 1.28 X105 Re=VDe p /n 匸 是湍流，查表得f=0.0042 因为Ef=2f(L/De)VA2 7.7X0,24X1.18 sXm 能量平衡方程 1 L , ［坯十巩評E 十班" 3 2=1 I- + 2X 0,0042X —lx H 氓 M*= ._ _ ：. =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=(28M3/60s)x1.18kg/M3=0.55kg/s 则风扇功率为 M*xQ=92x0.55kgxJ/(kgxs)=50.6J/s=51w 5?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） 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， pp234）。 局部损失L/D 6,水从铅直圆管向下流出，如图 3.28所示。已知管直径 d1 = 10 cm ,管口处 的水流速度 vI = 1.8m/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 空兰。旦咗 2g 2g 代入数据得：v2=6.52m/s 7,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 v= 0.415cm2/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： v = — = --------- = <).85w / $ A 丄帀号 4 = — = 3069,6 每（2320.13*000 ! 雷诺数为： F 故此温度下处在不稳定状态。 = — = 13 OO （）=> L =3 6（M 乜） 因此，由不稳定区向湍流转变临界速度为： ' 隠=巳=2320 n v 11 = 0 64（ n? / s ） 由不稳定区向层流转变临界速度为： 得:d2=5.3cm 由 v 1A 1 V 2 A （1）水平放置. (G r P ) g TI 3 /TV 2 g Td 3 /Tv 2 NU 1 ?(GF)： C ] 0.53 n 14 9，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 x 0.512m A 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： 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， L>d 。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： 若为正方形则 故为湍流状态。 Re= 心谥巧屈 i3 =680>500 8,在长度L=10000m 、直径d=300mm 的管路中输送重 尸9.31kN/m3的重油，其重量流量 G = 2371.6kN/h ， 求油温分别为 10C （ v =25cm2/和） 40C （ v =1.5cm2/S ）的水头损失 G 237L6 + 4 Q =— 二、貞=> ￥ 二 ------------------------------ -- = s 解：由题知： 「I - " '■ _ 油温为10C 时 曲 1 *0.5 RtU —= r 2 严 10" = 12i 〕 64 / v 1 64 10000 ]- --------- = -------------------- Rc cf 2g 120 0.3 2*9.81 二 906 I m Re = * = 2000 (2320 1 al()T (U KK)00 2b0(i 0~ 10x 16 10 6 3.2 105 V °X 10*0.4 6 16*10 2.5* 105 故, 边界层厚度为: 4.64 ---- x Re x 4.64 2.5 105 0.4 3.712 10 3m 10, 一根L/d=10的金属柱体，从加热炉中取出置 40度时 c2 0.59 n 1 4 Nd ! NU 2 C 1 (G r F >)1 ；C 2(G r P r )2n 00.|3(L) 34 J 2 Nu i_ NU 2 — 0.13G 1)34 10 1.6:1 / d 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=30 C 条件下水的表面 传热系数比空气的 高多少倍？ 解：定性温度t f 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0.05。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 13, 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W 和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 A 1、A 2 组成一个封闭腔，根据角 ⑵竖直放置. (G r P r )2 g Tl[ Tv 2 g TL'/Tv 2 NU 2 C 2(G r P r )2A 到: 查附录 得到: 5.42 61. 810 7口七查附录F 得 P rf 空气 0.701 空气 2.67 2 10 w.m C 为湍流，故Ref 相同 Nu 冰 0.023 Re f 0.8 Pr f 水0.4 0.8 0.4 NU f 空气 0.023 Re f Pr f 空气 水 空气 (Ph 水.Pr f 空气) 0.4 水 空气 (5.42)0.4 0.701) 61.8 2.67 10 10 7 52.46 1,2 解: Ag E b2) 1 1 1 1 2 T 1 T 2 A 1 C b 1 - 1 b 100 100 1 1 1 1 2 DhC T 1 4 4 100 100 1 1 1 1 2 ，代入数据得 1,2 1.42 w ,而 * + 1,2 t cm cm 查附录知 100 C 水的物性参数为 C 4.22KJ / Kg. C , 958.4Kg/m 3 代入数据得t 1.72*10 4 C /s Y d V V 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 ab ac bc s w 2 2 b w 腔ab，ac2ab2w A i对A2的角系数 X i,2s w X ab,cd 1 2-■ b2w2■. b2w2s 2w w 上海应用技术学院—学年第学期 《冶金传输原理》考试（2）试卷 课程代码:学分: 考试时间:分钟 课程序号: 班级：学号：姓名: 我已阅读了有关的考试规定和纪律要求，愿意在考试中遵守《考场规则》，如有违反将愿接受相应的处理。 试卷共4 页，请先查看试卷有无缺页，然后答题。 一.选择题（每题1分，共15分） 1. 动量、热量和质量传输过程中，他们的传输系数的量纲为： （1）Pa.s (2)N.s/m2 (3) 泊 (4)m2/s 2．流体单位重量的静压能、位能和动能的表示形式为： （1）P/ρ, gz, u2/2 (2)P, ρgz, ρu2/2 (3) P/r, z, u2/2g (4)PV, mgz, mu2/2 3．非圆形管道的当量直径定义式为： （1）D 当=4S/A (2) D 当 =D (3) D 当=4A/S (4) D 当 =A/4S （A：管道的截面积；S：管道的断面周长） 4．不可压缩流体绕球体流动时（Re<1），其阻力系数为： (1) 64/Re (2) 24/Re (3) 33/Re (4) 28/Re 5．判断流体流动状态的准数是： （1）Eu （2）Fr （3）Re （4）Gr 6．激波前后气体状态变化是： （1）等熵过程（2）绝热过程 （3）可逆过程（4）机械能守恒过程 7．Bi→0时，其物理意义为： （1）物体的内部热阻远大于外部热阻。 （2）物体的外部热阻远小于内部热阻。 （3）物体内部几乎不存在温度梯度。 （4）δ/λ>>1/h。 8．根据四次方定律，一个物体其温度从100℃升到200℃，其辐射能力增加 (1) 16倍 (2) 2.6 倍 (3)8 倍 (4)前三个答案都不对 9．表面温度为常数时半无限大平板的加热属于： （1）导热的第一类边界条件 （2）导热的第二类边界条件 （3）导热的第三类边界条件 （4）是属于稳态导热 10．强制对流传热准数方程正确的是： （1）Nu=f(Gr) （2）Nu=f(Re) (3) Nu=f(Re,Pr) (4) Eu=f(Gr,Re) 11．下面哪个有关角度系数性质的描述是正确： （1）ψ1,2=ψ2,1 (2) ψ1+2,3=ψ1,3 +ψ2,3 (3) ψ1,1=0 (4) ψ1,2 F1=ψ2,1 F2 12．绝对黑体是指： （1）它的黑度等于1。 （2）它的反射率等于零。 （3）它的透过率等于1。 （4）它的颜色是绝对黑色。 13.如组分A通过停滞组分B扩散，则有： （1）N A =0 （2）N B +N A =0 (3)N B =0 (4)N A =N B 第一章 流体的主要物理性质 1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？ 答：流体是指没有固定的形状、易於流动的物质。它包括液体和气体。 流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。 2、在图所示的虹吸管中，已知H1=2m ，H2=6m ，管径D=15mm ，如果不计损失，问S 处的压强应为多大时此管才能吸水?此时管内流速υ2及流量Q 各为若干?(注意：管B 端并未接触水面或探入水中) 解：选取过水断面1-1、2-2及水准基准面O-O ，列1-1面(水面)到2-2面的贝努利方程 再选取水准基准面O ’-O ’， 列过水断面2-2及3-3的贝努利方程 (B) 因V2=V3 由式(B)得 5、有一文特利管(如下图)，已知d 1 ?15cm ，d 2=10cm ，水银差压计液面高差?h ??20cm 。若不计阻力损失，求常温(20℃)下，通过文氏管的水的流量。 解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2处测量静压力差p 1和p 2，则由式 const v p =+22ρ可建立有关此截面的伯努利方程： ρ ρ22 212122p v p v +=+ 根据连续性方程，截面1和2上的截面积A 1和A 2与流体流速v 1和v 2的关系式为 所以 ])(1[)(2212212A A p p v --= ρ 通过管子的流体流量为 ] )(1[)(22 1 22 12A A p p A Q --=ρ )(21p p -用U 形管中液柱表示，所以 074.0))15 .01.0(1(10)1011055.13(2.081.92)1.0(4])(1[)(22 2 2 3332 212'2 =-??-????=--?=πρρρA A h g A Q (m 3/s) 式中 ρ、'ρ——被测流体和U 形管中流体的密度。 如图6-3—17(a)所示，为一连接水泵出口的压力水管，直径d=500mm ，弯管与水准的夹角45°，水流流过弯管时有一水准推力，为了防止弯管发生位移，筑一混凝土镇墩使管道固定。若通过管道的流量s ，断面1-1和2-2中心点的压力p1相对=108000N/㎡，p2相对=105000N/㎡。试求作用在镇墩上的力。 [解] 如图6—3—17(b)所示，取弯管前後断面1—1和2-2流体为分离体，现分析分离体上外力和动量变化。 图 虹吸管 一、名词解释 1 流体：能够流动的物体。不能保持一定的形状，而且有流动性。 2 脉动现象：在足够时间内，速度始终围绕一平均值变化，称为脉动现象。 3 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。 4 牛顿流：符合牛顿粘性定律的流体。 5 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。 6 流线：在同一瞬时，流场中连续不同位置质点的流动方向线。 7 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。 8 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。 9伪塑性流：其特征为（），当n v 1时，为伪塑型流。 10 非牛顿流体:不符合牛顿粘性定律的流体，称之为非牛顿流体，主要包括三类流体。 11宾海姆塑流型流体：要使这类流体流动需要有一定的切应力I时流体处于固结状态，只有当切应力大于I时才开始流动。 12 稳定流：运动参数只随位置改变而与时间无关，这种流动就成为稳定流。 13非稳定流：流场的运动参数不仅随位置改变，又随时间不同而变化，这种流动就称为非稳定流。 1 4迹线：迹线就是流体质点运动的轨迹线，特点是：对于每一个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一族曲线，而且迹线只随质点不同而异，与时间无关。 16 水头损失：单位质量（或体积）流体的能量损失。 17 沿程阻力：它是沿流动路程上由于各流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力，也叫摩擦阻力。 18 局部阻力：流体在流动中因遇到局部障碍而产生的阻力。 19脉动速度：脉动的真实速度与时均速度的差值成为脉动速度。 20 时均化原则：在某一足够长时间段内以平均值的速度流经一微小有效断面积的流体体积，应该等于在同一时间段内以真实的有脉动的速度流经同一微小有效断面积的流体体积。 21 热传导：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递称为热传导。 22 对流：指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互惨混所引起的热量传递方式。 23 热辐射：物体因各种原因发出辐射能，其中因热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。 24 等温面：物体中同一瞬间相同温度各点连成的面称为等温面。 25 温度梯度：温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度。 26 热扩散率：（），热扩散率与热导率成正比，与物体的密度和比热容c 成反比。它表征了物体内热量传输的能力。 27 对流换热：流体流过固体物体表面所发生的热量传递称为对流换热。 28 黑体：把吸收率为1 的物体叫做绝对黑体，简称黑体。 29 灰体：假定物体的单色吸收率与波长无关，即吸收率为常数，这种假定物体称之为灰体。 30 辐射力的单位：辐射力是物体在单位时间内单位表面积向表面上半球空间所有方向发射 的全部波长的总辐射能量，记为E,单位是W/ m2o 31 角系数：我们把表面1 发射出的辐射能落到表面2 上的百分数称为表面1 对表面2的角系数。 32质量溶度：单位体积的混合物中某组分的质量。 33摩尔溶度：单位体积混合物中某组分的物质的量。 34空位扩散:气体或液体进入固态物质孔隙的扩散。 35自扩散系：指纯金属中原子曲曲折折地通过晶格移动。36互扩散系数：D D i x2 D2x-，式中 D称为互扩散系数。 1.d 2.c 3.a （题目改成单位质量力的国际单位） 4.b 5.b 6.a 7.c 8.a 9.c （不能承受拉力） 10.a 11.d 12.b(d 为表现形式) 13. 解：由体积压缩系数的定义，可得： ()()69 669951000101d 15101/Pa d 1000102110 p V V p β----?=-=-?=??-? 14. 解：由牛顿内摩擦定律可知， d d x v F A y μ= 式中 A dl π= 由此得 d 8.57d x v v F A dl N y μμπδ ==≈ 1.a 2.c 3.b 4.c 5. 解： 112a a p p gh gh gh p ρρρ=++=+汞油水 12 2 2 0.4F gh gh d h m g ρρπρ++?? ??? ==油水 （测压计中汞柱上方为标准大气压，若为真空结果为1.16m ） 6．解：（测压管中上方都为标准大气压） （1） ()()13121a a p p g h h g h h p ρρ=+-=-+油水 ρ=833kg/m 3 （2） ()()13121a a p p g h h g h h p ρρ=+-=-+油水 h 3=1.8m. 220.1256m 2 D S π== 31=Sh 0.12560.50.0628V m =?=水 ()331=S 0.1256 1.30.16328V h h m -=?=油 7．解：设水的液面下降速度为为v ，dz v dt =- 单位时间内由液面下降引起的质量减少量为：2 4 d v πρ 则有等式：2 24 d v v πρ =，代入各式得： 20.50.2744 dz d z dt πρ-=整理得： 12 0.5 2 0.2740.2744 t d z dz dt t πρ --==?? 1、什么是连续介质，在流体力学中为什么要建立连续介质这一理论模型？ 答：（1）连续介质是指质点毫无空隙的聚集在一起，完全充满所占空间的介质。 （2）引入连续介质模型的必要性：把流体视为连续介质后，流体运动中的物理量均可以看为空间和时间的连续函数，就可以利用数学中的连续函数分析方法来研究流体运动，实践表明采用流体的连续介质模型，解决一般工程中的流体力学问题是可以满足要求的。 1-9 一只某液体的密度为800kg/,求它的重度及比重。 解: 重度：γ=ρg=800*9.8=7840kg/(˙) 比重：ρ/=800/1000=0.8 注：比重即相对密度。液体的相对密度指该液体的密度与一个大气压下4℃水的密度（1000kg/）之比---------------------------------------------课本p4。 1-11 设烟气在标准状态下的密度为1.3kg/m3，试计算当压力不变温度分别为1000℃和1200℃时的密度和重度 解：已知：t=0℃时，0=1.3kg/m3,且= 则根据公式 当t=1000℃时，烟气的密度为 kg/m3=0.28kg/m3烟气的重度为 kg/m3=2.274kg/m3 当t=1200℃时，烟气的密度为 kg/m3=0.24kg/m3烟气的重度为 kg/m3=2.36kg/m3 1—6 答：绝对压强：以绝对真空为起点计算的压力，是流体的实际，真实压力，不随大气压的变化而变化。 表压力：当被测流体的绝对压力大于外界大气压力时，用压力表进行测量。压力表上的读数（指示值）反映被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。既：表压力=绝对压力-大气压力真空度：当被测流体的绝对压力小于外界大气压力时，采用真空表测量。真空表上的读数反映被测流体的绝对压力低于大气压力的差值，称为真空度。既：真空度=︱绝对压力-大气压力︱=大气压力-绝对压力 1-8 1 物理大气压（atm）= 760 mmHg = 1033 2 mm H2O 1 物理大气压（atm） = 1.033 kgf/cm 2 = 101325 Pa 1mmH20 = 9.81 Pa 1-21 已知某气体管道内的绝对压力为117kPa，若表压为70kPa，那么该处的绝对压力是多少（已经当地大气压为98kPa），若绝对压力为68.5kPa 时其真空度又为多少？ 解：P 绝=P 表+P 大气 =70kPa+98kPa =168kPa P 真=-(P 绝-P 大气) =-(68.5kPa-98kPa) =29.5kPa 1、气体在什么条件下可作为不可压缩流体？ 答：对于气体，在压力变化不太大（压力变化小于10千帕）或流速 第5章 热量传输的基本概念及基本定律 5-1 一块厚50mm 的平板，两侧表面分别维持在3001=w T ℃，1002=w T ℃。试求下列条件下导热的热流密度：（1）材料为铜，)/(389 C m W ?=λ;(2)材料为灰铸铁，)/(8.35 C m W ?=λ；（3）材料为铬砖，)/(04.5 C m W ?=λ。 解 参见式（5.6）有 dx dT q λ -= 在稳态导热过程中，垂直于x 轴的任一截面上的热流密度是相等的，即q 是常量。将上式分离变量并积分得 ? ?-=2 1 w w T T dT dx q δ 21 w w T T T qx λδ -= 于是 δ λ δ λ2 121) (w w w w T T T T q -=--= 这就是当导热系数为常数时一维稳态导热的热流密度计算式。将已知数值代入该式，得 铜 2 6 /1056.105.010*******m W q ?=-?= 灰铸铁 2 5 /10 43.105.01003008.35m W q ?=-?= 铬砖 2 4 /10 02.205 .010030004.5m W q ?=-? = 5-2 一块温度127℃的钢板。 （1）已知钢板的发射率8.0=ε，试计算钢板发射的热流密度（即单位面积发射出的辐射热流量）。 （2）钢板除本身发射出辐射能散热外，还有什么其它散热方式？ （3）已知)/(702C m W h ?=,钢板周围的空气温度为27℃，试求自然对流散热的热流密度。 解 （1）按式（5.15），钢板发射出的热流密度为 2 4 8 4 0/1160) 127273(10 67.58.0m W T A q =+???==Φ= -εσ （2）还有自然对流散热方式。 （3）自然对流散热按牛顿冷却公式（5.11）计算 2 /700)27127(7)(m W T T h q f w =-?=-= 第一章习题参考答案（仅限参考） 1.d 2.c 3.a（题目改成单位质量力的国际单位） 4.b 5.b 6.a 9. c （不能承受拉力）10.a 11.d 12.b（d为表 现形式） 13?解：由体积压缩系数的定义，可得: 14?解：由牛顿内摩擦定律可知, A f dl ■ dVx . v F = J A x - Ldl — : 8.57N 7.c 8.a 1 dV V dp 1 995 — 1000 103 1000 10“__106__ -5 10^1/Pa 式中 由此得 dy dy & 第二章参考习题答案（仅限参考）1.a 2.c 3.b 4.c 5?解:P厂P a ‘油g0 、水gh?二'汞gh P a 兀h =—F p 7油gh< ?水gh, 2 r d =0.4m Pg （测压计中汞柱上方为标准大气压，若为真空结果为1.16m ) 6?解：(测压管中上方都为标准大气压) (1)P l = P a '油g h3 - ?水 g ?-h i P a 3 p =833kg/m3 (2)P 厂P a '油g % 一0 二 ^水g h, - h l P a h3=1.8m. D2 2 S 0.1256m 2 V水=S0 =0.1256 0.5 = 0.0628m3 V由=S h^h^ 7-0.1256 1.^0.16328m3 7 ?解：设水的液面下降速度为为dz V, V =-一 dt 3T 单位时间内由液面下降引起的质量减少量为：V「一 4 则有等式：v^2"，代入各式得: 4 豈汙巾274」5整理得: -P 二 d2 1 t z°5dz=0.274 dt =0.274t 2 0 第2章 流体静力学 【题2-1】如图2-1所示，一圆柱体,1.0m d =质量,50kg m =在外力 N F 520=的作用下压进容器中，当m h 5.0=时达到平衡状态。求测压管 中水柱高度H=？ 图2-1 题2-1示意图 解 γπ?+=+)(4 2 h H d mg F m h d mg F H 6 .125.081 .99981.04040 4)(22=-???=-???+= πγπ 【题2-2】两个容器A 、B 充满水，高度差为a 。为测量它们之间的压强差，用顶部充满油的倒U 形管将两个容器相连，如图2-2所示。已知油的密度。油m a m h m kg 1.0,1.0,/9003===ρ求两容器中的压强差。 图2-2 题2-2示意图 解 ：（略） 参考答案：Pa p p B A 1075 =- 【题2-3】如图2-3所示，直径m d m D 3.0,8.0==的圆柱形容器自重1000N ，支撑在距液面距离m b 5.1=的支架上。由于容器内部有真空，将水吸入。若,9.1m b a =+求支架上的支撑力F 。 图2-3 题2-3示意图 解: 略 【题2-4】如图2-4所示，由上下两个半球合成的圆球，直径d=2m,球中充满水。当测压管读数H=3m 时，不计球的自重，求下列两种情况下螺栓群A-A 所受的拉力。 （1） 上半球固定在支座上； （2） 下半球固定在支座上。 图2-4 题2-4示意图 解 ：略 【题2-5】矩形闸门长1.5m,宽2m(垂直于图面)，A 端为铰链，B 端连在一条倾斜角045=α的铁链上，用以开启此闸门，如图2-5所示。 第一章 1-9解 3/78408.9800m N g =?==ργ 8.01000 800 =比重 1-10解 3 3 /kg 1358010 5006790m V m =?== -ρ 3/1330848.913580m N g =?==ργ 1-11解 273 10 t t += ρρ 31000/279.027******* .1m kg =+ = ρ 31200/241.0273 120013 .1m kg =+ = ρ 或 RT P =ρ C R p T == ρ 221100T T T ρρρ== 31 01/279.01000 273273 3.1m kg T T =+?= = ρρ 32 02/241.01200 273273 3.1m kg T T =+?= = ρρ 1-12解 T V V V P T V V t V ?-=? ? ? ????= 1111α 423.1200 273400 2731212=++==T T V V 增大了0.423倍。 1-13解 ?? ? ?? +=27310t v v t s m t v v t /818.5273 90027325 27310=+= ? ? ? ??+= 1-14解 RT P =ρ K m K mol J K mol L atm K s m T P R /27.29/31.8/082.0/05.287273 293.110132522=?=??=?=?== ρ 1-15解 RT P = ρ ()33 111/774.020*********.65m kg RT P =+??==ρ () 33 222/115.137273287102.99m kg RT P =+??==ρ 1-20解 dP dV V P 1- =α 7 9 0210210 5.0%1?=?= -=-P P dP 1-18解 2 2 2111T V P T V P = 2.020 27379273100792.610032.15 5122112=++???=?=T T P P V V 111128.02.0V V V V V V -=-=-=? 体积缩小了0.8倍。 1-19解 C PV k = nRT PV = 此文档下载后即可编辑 第一章 流体的主要物理性质 1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？ 答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。它包括液体和气体。 流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。 1-2某种液体的密度ρ=900 Kg ／m 3，试求教重度y 和质量体积v 。 解：由液体密度、重度和质量体积的关系知： )m /(88208.9900g 3N V G =*=== ργ ∴质量体积为)/(001.013kg m ==ρν 1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN ／m 2时体积为995cm 3，当压强为1MN ／m 2时体积为1000 cm 3，问它的等温压缩率k T 为多少? 解：等温压缩率K T 公式(2-1): T T P V V K ????????-=1 ΔV=995-1000=-5*10-6m 3 注意：ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106Pa 将V=1000cm 3代入即可得到K T =5*10-9Pa -1。 注意：式中V 是指液体变化前的体积 1.6 如图1.5所示，在相距h ＝0.06m 的 两个固定平行乎板中间放置另一块薄 板，在薄 板的上下分别放有不同粘度的油，并且 一种油的粘度是另一种油的粘度的2 倍。当薄板以匀速v ＝0.3m/s 被拖动时， 每平方米受合力F=29N ，求两种油的粘度各是多少? 解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为 Y A F 0 y x νητ== 平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即 h h F 0 162/22/h νηνηνητ=+==合 代入数据得η=0.967Pa.s 第二章 流体静力学（吉泽升版） 2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点? 解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。 2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何? 解： 流体静压强指单位面积上流体的静压力。 静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。 2-3写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。 解:流体静力学基本方程为：h P h P P P Z P Z γργ γ+=+=+=+002211g 或 同一静止液体中单位重量液体的比位能 可以不等，比压强也可以不等，但比位 能和比压强可以互换，比势能总是相等的。 2-4如图2-22所示，一圆柱体d ＝0.1m ，质量 M ＝50kg ．在外力F ＝520N 的作用下压进容 器中，当h=0.5m 时达到平衡状态。求测压管 中水柱高度H ＝? 解：由平衡状态可知：)()2/()mg 2 h H g d F +=+ρπ（ 代入数据得H=12.62m 第9、10章 质量传输基本概念 题1、由O 2(组分A)和CO 2（组分B ）构成的二元系统中发生一维稳态扩散。已知 ,/0003.0,/0017.0,/0622.0,/0207.033s m u s m u m kmol c m kmol c B A B A ====试计 算：（1）。n n n N N N u u B A B A m ,,)3(;,,)2(;, 解：（1） 3 3 3B 3A /0829.00622.00207.0/399.3737.2662.0/737.2440622.0/6624.0320207.0m kmol c c c m kg m kg M c m kg M c B A B A B B A A =+=+==+=+==?====?==ρρρρρ 则 s m u u u B B A A /10727.5)0003.0737.20017.0662.0(399 .31 )(1 4-?=?+?= += ρρρ s m u c u c c u B B A A m /10496.6)0003.00622.00017.00207.0(0829 .01)(14-?=?+?=+= （2）)/(10519.30017.00207.025s m kmol u c N A A A ??=?==- )/(10866.10003.00622.025s m kmol u c N B B B ??=?==- 则 )/(10385.510866.110 519.32555 s m kmol N N N B A ??=?+?=+=--- （3） )/(10125.10017.0662.02 3 s m kg u n A A A ??=?==-ρ )/(10211.80003.0737.22 4 s m kg u n B B B ??=?==-ρ 则 )/(10946.12 3 s m kg n n n B A ??=+=- 题2、在101.3Kpa,52K 条件下，某混合气体各组分的摩尔分数分别为：CO 2为0.080； O 2为0.035； H 2O 为0.160；N 2为0.725。各组分在z 方向的绝对速度分别为：2.44m/s;3.66m/s;5.49m/s;3.96m/s 。试计算： （1）混合气体的质量平均速度u;(2)混合气体的摩尔平均速度u m ;(3)组分CO 2的质量通量;2CO j （4）组分CO 2的摩尔通量。2CO J 解：已知 28 /96.3725 .018/49.516.032/66.3035.044/44.208.0222222222222============CO CO N CO CO HO CO CO O CO CO CO M s m v x M s m v x M s m v x M s m v x 第一章 流体的主要物理性质 1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？ 答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。它包括液体和气体。 流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。 2、在图3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m ，H2=6m ，管径D=15mm ，如果不计损失，问S 处的压强应为多大时此管才能吸水?此时管内流速υ2及流量Q 各为若干?(注意：管B 端并未接触水面或探入水中) 解：选取过水断面1-1、2-2及水平基准面O-O 1-1面(水面)到2-2面的贝努利方程 再选取水平基准面O ’-O ’， 列过水断面2-2及3-3的贝努利方程 (B) 因V2=V3 由式(B)得 图3.20 虹吸管 g p H g p a 22022 2121υ γ υ γ + + =+ + g p p a 22222υ γ γ + + =g p g p H H a 202)(2322 221υγυ γ+ +=+++g g p 2102823222υ υ γ + =+ + ) (28102水柱m p =-=γ ) (19620981022a p p =?=) /(85.10)410(8.92)2( 222s m p p g a =-?=-- =γ γ υ ) /(9.1)/(0019.085.104 )015.0(32 22s L s m A Q ==??= =πυ 5、有一文特利管(如下图)，已知d 1 =15cm ，d 2=10cm ，水银差压计液面高差?h =20cm 。若不计阻力损失，求常温(20℃)下，通过文氏管的水的流量。 解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2处测量静压力差p 1和p 2，则由式 const v p =+22ρ可建立有关此截面的伯努利方程： ρ ρ22 212122p v p v +=+ 根据连续性方程，截面1和2上的截面积A 1和A 2与流体流速v 1和v 2的关 系式为 2211v A v A = 所以 ])(1[)(2212212A A p p v --= ρ 通过管子的流体流量为 ] )(1[) (22 1 2212A A p p A Q --=ρ )(21p p -用U 形管中液柱表示，所以 074.0) )15.01.0(1(10)1011055.13(2.081.92)1.0(4])(1[)(22 2 2 3332212'2 =-??-????=--?=πρρρA A h g A Q (m 3 /s) 式中 ρ、'ρ——被测流体和U 形管中流体的密度。 第8章 辐射换热 题1、试分别计算温度为2000K 和5800K 的黑体的最大单色辐射力所对应的波长m λ。 解：根据 K m T m ??≈?=--3 3109.2108976.2λ 时， K T 2000=m m μλ45.12000109.23 =?=- 时， K T 5800=m m μλ50.05800 109.23 =?=- 题2、试分别计算30℃和300℃黑体的辐射力。 解：30℃时，2 4 11/4781003027367.5100m W T C E b b =??? ??+?=?? ? ??= 300℃时，2 4 22 /612210030027367.5100m W T C E b b =??? ??+?=?? ? ??= 题3、人体的皮肤可近似按灰体处理，假定人体皮肤温度为35℃，发射率， 0.98=ε求人体皮肤的辐射力。 解：略)/500(2 m W E = 题4、液氧储存容器为下图所示的双壁镀银夹层结构。已知镀银夹层外壁温度 ，C 20T W1?=内壁温度，C -183T W2?=镀银壁的发射率， 0.02=ε试求容器壁每单位面积的辐射换热量。 题4示意图 液氧储存容器 解：因为容器夹层的间隙很小，本题可认为属于无限大平行平板间的辐射换热问题。先算得两表面的绝对温度 293K 27320T W1=+= 90K 273-183T W2=+= 容器壁单位面积的辐射换热量可用式（8.16）计算 [] 2442142 4112/18.4102 .0102.019.093.267.511110010067.5m W T T q W W =-+-?=-+?? ????????? ??-??? ??=εε 题5、在金属铸型中铸造镍铬合金板铸件。由于铸件凝固收缩和铸型受热膨胀，铸件和铸型形成厚1mm 的空气隙。已知气隙两侧铸型和铸件的温度分别为300℃和600℃，铸型和铸件的表面发射率分别为0.8和0.67。试求通过气隙的热流密度。已知空气在450℃时的。 )/(0.0548W C m ??=λ 解：由于气隙尺寸很小，对流难以发展而可以忽略，热量通过气隙依靠辐射换热和导 热两种方式。 辐射换热量可用式（8.16）计算 2 4421424112/1540018 .0167.0110027330010027360067.511110010067.5m W T T q =-+?? ????????? ??+-??? ??+?=-+??????????? ??-??? ??= εε 导热换热量可用式（6.12）计算 2/16400)300600(001 .00548 .0m W T q =-?=?= δλ 通过气隙的热流密度=15400+16400=31800 W/m 2 题6、为了减少铸件热处理时的氧化和脱碳，采用马弗炉间接加热铸件。这种炉子有马弗罩把罩外的燃气与罩内的物料隔开，马弗罩如下图所示。已知马弗罩的温度,800T 1C ?=罩内底架上平行放置一块被加热的1m 长的金属棒材，棒材截面为50mm ×50mm,棒材表面发射率。 0.70=ε试求金属棒材温度C ?=004T 2时马弗罩对棒材的辐射换热量。 题6示意图 马弗炉内加热物料示意图 1—马弗罩； 2—被加热物料 1.牛顿黏性定律的物理意义说明流体所产生的黏性力的大小与流体的 （）和（）成正比，并与流体的黏性有关。 2.（）以流场中某一空间点作研究对象，分析该点以及该点与其他 点之间物理量随（）的变化过程来研究流体运动情况的。 3.按照流体流速、压力、密度等有关参数是否随时间而变化，可以将流体分为 （）和（）。 4.流体密度的倒数称为流体的（）；气体重度γ与密度ρ的关系为 （）。 5.流体包括液体和气体，流体具有流动性、（）和（）。 6.超出大气压力的那部分压力称之为相对压力，一般测压仪表都是测定相对压 力的，则又称为（），当相对压力为负值时称为负压，其差值的绝对值称为（），而（）是以绝对真空作零压而计算的。7.实际流体的动量平衡微分方程，又称纳维尔－斯托克斯方程，是（） 定律，即动量守恒定律在流体流动现象中的应用，当 ＝0时，可简化为理想流体的动量平衡方程，亦称（）方程；理想流体微小流束单位质量流体的伯努利方程可写成（）＝常数； 质量守恒定律在流体力学中的具体表现形式为（）方程。 8.水平圆管层流条件下，截面平均流速为管中心流速的（）。 9.（）以流场中某一空间点作研究对象，分析该点以及该点与其他 点之间物理量随（）的变化过程来研究流体运动情况的。10.雷诺准数的定义式或表达式Re＝（）或（），其物理意义 反映了流体流动过程中（）的相对大小。 11.流态化现象中，随流体流速由小到大的变化，床层出现三个不同阶段，即 （）阶段、（）阶段和（）阶段。 12.流体流动时，由于外部条件不同，其流动阻力与能量损失可分为局部阻力损 失和沿程阻力损失两种形式，沿程阻力损失也称作（）损失。 13.压缩性气体流动能量转换关系具有显著特点，当流速增大，流体（） 减少时，会引起温度相应地降低。 14.作用在流体上的力可分为两大类：（）、质量力或体积力。 15.准数是指几个有内在联系的物理量按无量纲条件组合起来的数群，它既反映 所含物理量之间的内在联系，又能说明某一现象或过程的（）。 冶传第一章习题答案 1-1如图，质量为1.18×102㎏的平板尺寸为b×b=67×67㎝2，在厚δ=1.3 ㎜的油膜支承下以u=0.18m/s 匀速下滑，问油的粘度系数为多少？ 解：如图所示： 2324 sin 5 1.18109.81 1.310sin 137.16/6767100.18 F u A F mg mg N s m Au μδ θθδ μ--==??? ??∴= =??? 1-2一平板在距另一平板2㎜处以0.61m/s 的速度平行移动，板间流 体粘度为 2.0×10-3N·s/m 2,稳定条件下粘性动量通量为多少？粘性力又是多少？两者方向如何？以图示之。 解：粘性动量通量τ与粘性切应力'τ大小相等 τ='τ= 31230.61 2.010 6.110/210 F u N m A d μ---==??=?? 1-3圆管中层流速分布式为)1(22 R r u u m x -=求切应力在r 方向上的分布， 并将流速和切应力以图示之。 解：2222x m m du F r r u u A dr R R τμμμ= ==-= 1-4 221/0.007/T m cm s ρν=＝，的水在水平板上流动，速度分布为 33(/)x u y y m s =-求： （1） 在1x x =处板面上的切应力； （2） 在11x x y mm == ，处于x 方向有动量通量存在吗？若有，试 计算其值。 （3） 在11x x y mm == ，处的粘性动量通量。 'τ τ 快板 慢板 快流层 u 解：（1） 2) 40 32 (330.0071010003 2.110/y x y du F y A dy N m τρυρυ=-=-= ==-=???=? （2）3 310310/0x y u m s --=?≠ ∴在x=x 1,y=1mm 处于x 方向有动量通量存在 232321000(310)9.010/x x p x Au tu mv u N m ρτρ--???= ==??=? （3）粘性动量通量 433 '210 10000.007103 2.110/x y F A du N m dy ρυτ---===???=? 1-5如上题，求x=x 1,y=1m 处两种动量通量，并与上题相比较。 解：当x=x 1,y=1m 时， 动量通量 232321000(311) 4.010/p x u N m τρ==??-=? 粘性动量通量 '42 1 10000.00710(33)0/x y du F N m A dy τρυ-====???-= 1-6在间距为3㎝的平行板正中有一极薄平板以3.0m/s 的速度移动，两间隙间为两种不同粘性的流体，其中一流体的粘度为另一流体粘度的两倍，已测知极薄平板上、下两面切应力之和为44.1N/㎡，在层流及速度线性分布条件下，求流体的动力粘度。 解：设一流体粘度为1μ，另一流体粘度为2μ，且212μμ= 由题意可知 21 44.1u u y y μμ+= 又3/u m s =,232 10m y -=? 第7章 对流换热 题7-1 一个大气压下20℃的空气，以1.5m/s 的速度流过温度为100℃的平面炉墙表面，炉宽1.0m,长2.0m ，若不计自然对流影响，求炉墙的对流换热量。已知在60℃下空气的有关物性为 696.0Pr );/(10 90.2;/10 97.182 26 =???=?=--C m W s m λν 解：C T T T W f m ?=+= += 60)20100(2 1)(2 1 对长L=2.0m 的平板，有 5 5 6 010510 58.110 97.180.25.1Re ??=??= =-ν l v L 湍流 从而有 1196686 .0]871)1043.9(037.0[Pr )871Re 037.0(3 /18 .053 18 .0=?-?=-=Nu )/(9 .994.0/10 34.31196/2 2 C m W l Nu h ??=??==-λ 于是传热热量为 W A T T h Q f W 32.76720.14.0)24216(9.99)(=??-?=-= 题7-3 水在内径d=0.03m 、长度m l 0.2=的水平直管中流动，管内水流速, /04.0s m u = 2-13 (1)q v =V.A V =q v A =10060?60 π4×0.152=1.57m s (2) q v =V.A V =q v A =270060×60 0.3×0.4=6.25m s A=q v V =270060×60 25 =0.03m 2 0.03/0.2=0.15 m 高度为150mm 2-15 q m =q v ×ρ ,ρ同 ,q m 也相同 V BC =q m ρ×A BC =q v 1×ρ1A BC ×ρ2=q v 1A BC =10×0.02520.052=2.5m s V AB =q m 1AB =q v 1×ρ1AB =q v 1BA =10×0.0252=0.625m s 又因为q m =ρ×q v, ρ相同，q v 也相同 q v =q v 1=V CD ×A CD =10×0.0252× π4=4.906×10?3m 3s 2-17 ρgz 1+p 1+ρv 122=ρgz 2+p 2+ρv 222 1×10×5+p 1+12×32=1×10×0+p 2+12 ×v 22 ,p 1=p 2,,v 2= 109m s q v 1=q v 2,v 1A 1=v 2A 2 3× π4×0.22= 109×π4×d 22,d 2=0.108m 1-18 q v 1=v 1×A ,0.2=π4 ×d 2×V 1 , V 1=6.36m s 用法，v 2=1.59m s ,,,则可求 A,B 处的能量。 A 出能量，1×10×0+68.6×103+0.5×6.372=68620.28 J B出能量，1×10×1+39.2×103+0.5×1.592=39211.27 J 传输过程：物理量从非平衡态向平衡转移的过程。 动量传输：在垂直于流体实际流动的方向上，动量由高速度区向低速度区的转移。 热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移。 质量传输：物系中一个或几个之组分由高浓度区向低浓度区的转移。产生的原因：系统内部分别存在速度，温度和浓度梯度。 研究的方法：理论分析，数值计算，实验总结。 连续介质模型的目的：将反映宏观物体的各种物理量视为空间坐标的连续函数，可引用连续函数的解析方法来研究流体处于平衡和运动状态下的各物理参数间的数量关系。 第一篇动量传输 流体及其特性（指液体与气体的共性与区别）:能够自由流动的物体，统称流体，如液体和气体。 共同特征： 1、分子间的引力较小 2、只能承受压力，不能承受拉力和切力 3、对缓慢变形不显示阻力，因此不存在静摩擦力 区别： 液体：具有一定体积；有自由表面；不可压缩 气体：体积不定；无自由表面；可以压缩 粘性及其影响因素（温度、压力分别对液体、气体的影响）： 流体的粘性：俩相邻流体层发生相对运动时，在其接触面上存在一 对等值反向的作用力，即快层对慢层的拖动力和慢层对快层的阻力（内摩擦力），流体的这种性质称流体的粘性。 温度：液体：随温度的升高，粘性下降； 气体：随温度的升高，粘度上升； 压力：都升高 质量力与表面力 1、作用于流体的质点或微元体的质量中心上，且与质量成正比的力。 2、作用于流体或分离体的表面上，且与表面积成正比的力。 静压力及其特性：外部流体作用于流体内部质点上所产生的压力称为流体的静压力。总是沿作用面的内法线方向：大小与方位无关； 等压面及其特性：静止流体中压力相等的各点组成的面（平面或曲线） 1、作用于静止流体中的任意一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面； 2、两种流体处于平衡状态（静止）时，其相互接触且互不相混的流体的分界面必然是等压面； 3、流体只受重力作用时，等压面为平面；当有其他质量力存在时，等压面才可能是曲面。 绝压，表压，真空度： 绝对压，或称为真实压，是以绝对零压为起点计算的压强。或真空为起点计算的压强。绝对压强，简称绝压。 表压强，简称表压，是指以当时当地大气压为起点计算的压强。当冶金传输原理期末试卷2
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