《金属凝固理论》期末复习题
一、是非判断题
1 金属由固态变为液态时熵值的增加远远大于金属由室温加热至熔点时熵值的增加。(错）
2 格拉晓夫准则数大表明液态合金的对流强度较小。(错）
3 其它条件相同时，凹形基底的夹杂物不如凸形基底的夹杂物对促进形核有效。(错）
4 大的成分过冷及强形核能力的形核剂有利于等轴晶的形成。（对）
5 大多数非小平面-小平面共晶合金的共晶共生区呈现非对称型。（对）
6 根据相变动力学理论，液态原子变成固态原子必须克服界面能。（对）
7 具有糊状凝固方式的合金容易产生分散缩孔。（对）
8.金属熔体的黏度与金属的熔点相类似，本质都是反映质点间（原子间）结合力大小。（对）
9. 以熔体中某一参考原子作为坐标原点，径向分布函数表示距参考原子r处找到其他原子的
几率。(错）
10. 液态金属中在3-4个原子直径的范围内呈一有序排列状态，但在更大范围内，原子间呈无序状态。（对）
11. 金属熔体的黏度越大，杂质留在铸件中的可能性就越大。（对）
12. 半固态金属在成型过程中遵循的流变特性，主要满足宾汉体的流变特性（对）
13. 在砂型中，低碳钢的凝固方式是体积凝固。(错）
14. 铸型具有一定的发气能力，会导致型腔气体反压增大，充型能力下降。（对）
15. 晶体生长的驱动力是固液两相的体积自由能差值。（对）
16. 绝大多数金属或合金的生长是二维晶核生长机理。(错）
17. Fe-Fe3C共晶合金结晶的领先相是奥氏体。(错）
18. 铸件中的每一个晶粒都代表着一个独立的形核过程，而铸件结晶组织的形成则是这些晶
核就地生长的结果。(错）
19. 型壁附近熔体内部的大量形核只是表面细晶粒区形成的必要条件，而抑制铸件形成稳定
的凝固壳层则为其充分条件. （对）
20.对于薄壁铸件，选择蓄热系数小的铸型有利于获得细等轴晶。(错）
21.处理温度越高，孕育衰退越快。因此在保证孕育剂均匀溶解的前提下，应尽量降低处理
温度。（对）
22. 铸铁中产生的石墨漂浮属于逆偏析。(错）
23.湿型铸造的阀体铸件件皮下形成的内表面光滑的气孔，其形成原因主要是砂型的发气量
大、透气性不足。（对）
二、名词解释
1.黏度：是熔体在不同层面上存在相对运动时才表现出来的一种物理性能，其本质反映的是
质点间的结合力大小。
2.金属遗传性：指在结构上，由原始炉料通过熔体阶段向铸造合金的信息传递，具体表现在
原始炉料通过熔体阶段对合金零件凝固组织，力学性能及凝固缺陷的影响。
3.半固态铸造：指在金属的凝固过程中，对金属施加剧烈的搅拌或扰动、或改变金属的热状
态、或加入晶粒细化剂、或进行快速凝固，即改变初生固相的形核和长大
过程，得到的一种液态金属熔体中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液
混合浆料，然后利用其进行成型的工艺。
4. 充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力
5.非均质形核：指在不均匀的熔体中依靠外来杂质或型壁界面提供的衬底进行形核的过程
6. 临界形核半径：由金属学可知，只有大于临界半径的晶胚才可以作为晶核稳定存在，此
时的晶胚为临界晶核，其大小为临界形核半径
7.平衡分配系数：指在给定的温度T*下，平衡固相溶质浓度Cs*与液相溶质浓度C L*之比，
其决定了固液界面两侧溶质成分分离的系统热力学特性
8. 成分过冷：指由溶质再分配导致界面前方熔体成分及其凝固温度发生变化而引起的过冷
9. 枝晶间距：指相邻同次分枝之间的垂直距离，实际上则用金相视野下测得的各相邻同次
分枝之间距离的统计平均值来表示
10. 领先相：指在熔体中率先析出，并且能为第二相提供有效衬底，使第二相在其表面上析
出，从而确保共晶反应进行的那个相
11.共生生长：指两相彼此合作地一起向前生长，是共生共晶的生长过程，形成了两相相互
交迭、紧密掺和的共晶体
12. 离异生长：指共晶转变中合金熔体不能进入共生区，共晶两相没有共同的生长界面，它
们以不同的速度而独立生长，即两相的析出在空间和时间上都是彼此分离
的，所形成的组织中没有共生共晶的组织特征，这种非共生共长的共晶结晶
方式称为离异生长
13. 结晶雨：指凝固初期在液面形成的晶粒或顶部凝固层脱落的分枝由于密度比液体大而下
沉，并且在下沉的过程中也可能发生枝晶的熔断和增殖的现象
14. 孕育处理:指向液态金属中添加少量物质以实现细化晶粒、改善组织的一种工艺方法
15. 动态晶粒细化：指主要采用机械力或电磁力引起的固相发生相对运动，导致枝晶破碎或
从型壁脱落，在液相中形成大量的晶核，以达到细化晶粒的目的
16. 铸造应力：指铸件在凝固及冷却的过程中由于线收缩及固态相变会引起体积的收缩或膨
胀，该变化往往受到外界的约束和铸件各部分之间的相互制约而不能自由的
进行，而在产生变形的同时也产生的应力，这种应力即为铸造应力
17.自然时效：指将具有残余应力的铸件放置在露天场地，经历较长时间，使应力慢慢的自
然消失
18. 形核率：指单位时间，单位体积液态金属中形成的晶核数，以N表示，其越高意味着单
位体积中晶核数目越多，结晶结束后可获得更细小的凝固组织，提高力学性能
19. 晕圈：指在共晶结晶过程中，第二相环绕领先相生长而形成的外围层
20. 液态金属的热速处理：指在合金熔炼时将熔体过热到液相线以上一定温度（一般高于液
相线250-350 ）然后迅速冷却到浇注温度进行浇注的工艺
21. 模数：是铸体的体积V与表面积S的比值
22.理想液态金属：指没有任何杂质及缺陷的纯金属熔体
23.流动性:指液态金属本身的流动能力
24.逆偏析：指铸件凝固后常常出现和正常偏析相反的溶质分布情况，当K0<1时表面或底部
含溶质元素多，而中心部分或上部含溶质较少的现象
25.密度偏析：即重力偏析，是熔体和固体共存或者不混合的液相之间存在着密度差时产生
的化学成分不均匀现象，一般形成于金属凝固前或刚刚开始时
26.变质处理：指向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金
属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，
达到提高材料性能的目的
27.热过冷：指仅由熔体实际温度分布所决定的过冷状态
28.界面平衡假设：为了方便研究，可以近似地认为在传热、传质和界面反应这三个基本过
程中，单相合金的晶体生长仅取决于热的传输和质的传递，而原子通过
界面的阻力则小到可以忽略不计，界面处固液两相始终处于局部平衡状
态，根据相变动力学理论，局部平衡过程可以采用热力学方法处理，可
直接利用平衡相图来确定界面处固液相在任一瞬时的成分，即为界面平
衡假设
29.胞状生长：在窄成分过冷区的作用下，不稳定的平坦就破裂成一种稳定的由许多近似旋
转抛物面的凸出圆胞和网络状的凹陷沟槽所构成的新的界面形态，此即胞状
界面，而以胞状界面向前推进的生长方式为胞状生长
30.规则共晶合金:指两相性质相近，其共生区成对称性型的共晶合金
三、问答题
1、液态金属的结构特点
液态金属在较少的范围内呈现于固态相近的有序结构，而在较大的范围内则以无规则排列的形式存在，即短程有序，长程无序。
2、说明缩孔缩松的形成原因及预防措施。
铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞，称为缩孔。容积大而集中的孔洞称为集中缩孔，简称缩孔；细小而分散的孔洞成为分散性缩孔，简称为缩松。
预防措施：①在工艺方案设计方面首先根据合金凝固的特性采用顺序凝固或同时凝固的工艺原则，其次可结合冒口补铁和冷铁等工艺措施的应用②在浇注条件的控制上，一方面可以对浇注温度和浇注速度进行调整，以加强顺序凝固或同时凝固，另一方面采用诸如加压补缩等工艺，可防止显微缩松的产生
3、说明共晶合金的生核生长特点，规则共晶和非规则共晶的区别。
特点：通过“搭桥“方式形核。大多数共晶合金结晶时，后析出相依附于领先相表面而析出，形成具有两相共同生长界面的双相核心；然后依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，相互不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元而使两相彼此合作地向前生长的生长方式。规则共晶，即非小面-非小面共晶多由金属-金属相组成，其两相的性质相似，共生区呈对称型，在结晶的过程中共晶两相均具有非小面生长的粗糙界面；非规则共晶，即非小面-小面共晶，多由金属-非金属相组成，其两相的性质差异较大，共生区往往偏向于高熔点的非金属组元一侧，在结晶过程中一个相的固液界面为非小界面生长的粗糙界面，另一相则为小面生长的平整界面。
4、说明结晶与凝固的区别及凝固组织对铸坯质量和性能的影响。
结晶时加进水分子以后形成的水合物，形成了新的物质，属于化学变化；凝固时物质由液态变为固态，没发生本质变化，是物理变化
铸坯的质量和性能与其凝固组织密切相关。就宏观组织而言，表面细晶粒区一般比较薄，并且其可变化范围很小，对铸坯的质量和性能影响相对较小。铸坯的质量与性能主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。
5、说明如何获得等轴细晶组织。
通过强化非均匀形核和促进晶粒游离以抑制凝固过程中柱状晶区的形成和发展，就能获得细等轴晶组织。具体方法有：（1）合理控制浇注工艺和浇注条件，加大冷却速度，提高过冷度，降低浇铸温度、提高铸型冷却能力、减小零件壁厚、强制冷却、内外“冷铁”。（2）孕育处理和变质处理，加入晶粒细化剂和变质剂。（3）动力学细化，铸型振动，超声波振动，液相电磁搅拌等促使型壁晶体的游离，枝晶臂断裂与游离。
6、何为凝固动态曲线？有何意义？
根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线在位置与时间的坐标图上绘制出典型温度的连线称为凝固动态曲线。
意义：根据凝固动态曲线可以判断出铸件在凝固时不同时间的凝固区宽窄，而金属凝固区的宽展决定了凝固体的凝固方式
8、凝固方式分为几种？影响铸件凝固方式的因素有那些？对铸件质量有何影响？
①逐层凝固方式，对铸件质量的影响：流动性能好，容易获得健全的铸件。液体补缩好，铸件的组织致密，形成集中缩孔的倾向大，热裂倾向小，气孔倾向小，应力大，宏观偏析严重。②体积凝固方式，对铸件质量的影响：流动性能不好，不容易获得健全的铸件。液体补缩不好，铸件的组织不致密，热裂形成集中缩孔的倾向小。热裂倾向大，气孔倾向大，应力小，宏观偏析不严重。
③中间凝固方式，对铸件质量的影响：可大幅改善铸件的组织和降低铸件的中心缺陷，介于前两者之间
因素：有合金凝固的温度区间和铸件断面的温度梯度两方面
9、解释临界晶核半径r*和形核功△G*的意义，以及为什么形核要有一定过冷度？
临界晶核半径r*：只有那些略大于临界半径的晶核，才能作为稳定晶核而长大，所以金属凝固时，晶核必须要求等于或大于临界晶核。临界晶核半径随过冷度的增加而减小。
形核功△G*：形核功△G*的大小为临界晶核表面能的1/3，它是均质形核所必须克服的能障，形核功由熔体中的提供，过冷熔体中形成的晶核是“结构起伏”及“能量起伏”的共同产物。
只有低于理论结晶温度，固相自由能才能低于液态，两相自由能差值构成结晶驱动力，才有可能越过临界晶核形核所需的能量势垒，才能形核，所以形核要有一定的过冷度。
10、说明为什么异质形核比均质形核容易？影响异质形核的因素？
因为均质形核在其形核过程中为克服过程中的能障，所需要的过冷度是很大的，而实际金属凝固过程中的过冷度远小于此，所以较难发生；对异质形核而言，液态金属中存在一些微小的固相杂质质点，并且液态金属在凝固时还和型壁相接触，于是晶核就可以优先依附于这些现成的固体表面形核，因此形核所需的过冷度大大降低，所以异质形核比均质形核更容易。
影响异质形核的因素：
（1）金属液过冷度的大小：一定范围内，过冷度越大，越促进形核；
（2）结晶相的晶格与杂质基底晶格的错配度的大小：错配度越小，越促进形核；
（3）杂质表面的形貌和杂质特性的影响；
（4）过热度的影响：过热度很大时，固态杂质质点表面状态发生改变或发生熔化，从而阻碍了异质形核；
（5）其他物理因素的影响：如震动和搅动都促进了异质形核。
11、固-液界面结构如何影响晶体生长方式和生长速度？
固-液界面的结构不同，则其接纳液相中迁移过来的原子的能力也不同，从而使晶体生长方式和生长速度产生差异。根据固-液界面结构的不同，晶体有三种不同的生长机制，每种生长机制对应的生长速度也不同。
（1）粗糙界面的生长，这种长大机制称为连续长大机制。其晶体长大速度很快，大部分金属晶体均以这种方式长大。
（2）完整平整界面的生长，这种长大机制称为二维晶核长大机制。由于二维晶核长大机制需要较大的过冷度，而且需要新的二维晶核不断的形成才能使晶核继续长大，因此这种生产方式的长大速度十分缓慢。
（3）非完整平整界面的生长，这种长大机制称为螺型位错生长机制。由于这种因缺陷而产生的台阶使液相原子容易向上堆砌，而且这些缺陷提供了永远没有穷尽的台阶，因此长大速度比二维晶核长大速度快的多。
12、何为结晶过程中的溶质再分配？平衡分配系数K0定义？
除纯金属这一特例外，单相合金的结晶过程一般是在一个固液两相共存的温度区间内完成的。在区间内的任一点，共存两相都具有不同的成分。因此结晶过程必然要导致界面处固、液两相成分的分离。同时，由于界面处两相成分随着温度的降低而变化，故晶体生长与传质过程必然相伴而生。这样，从生核开始直到凝固结束，在整个结晶过程中，固、液两相内部将不断进行着溶质元素重新分布的过程。我们称此为合金结晶过程中溶质再分配。
平衡分配系数指在给定的温度T 下，平衡固相溶质浓度Cs 与液相溶质浓度C L之比
13、成分过冷与热过冷的涵义以及它们之间的区别和联系。
成分过冷的涵义:合金在不平衡凝固时，使液固界面前沿的液相中形成溶质富集层，因富集层中各处的合金成分不同，具有不同的熔点，造成液固前沿的液相处于不同的过冷状态，这种由于液固界面前沿合金成分不同造成的过冷。
的过冷度。
热过冷的涵义: 界面液相侧形成的负温度剃度，使得界面前方获得大于k T
成分过冷与热过冷的区别 :
热过冷是由于液体具有较大的过冷度时，在界面向前推移的情况下，结晶潜热的释放而产生的负温度梯度所形成的。可出现在纯金属或合金的凝固过程中，一般都生成树枝晶。
成分过冷是由溶质富集所产生，只能出现在合金的凝固过程中，其产生的晶体形貌随成分过冷程度的不同而不同，当过冷程度增大时，固溶体生长方式由无成分过冷时的“平面晶”依次发展为：胞状晶→柱状树枝晶→内部等轴晶（自由树枝晶）。
成分过冷与热过冷的联系:
对于合金凝固，当出现“热过冷”的影响时，必然受“成分过冷”的影响，而且后者往往更为重要。即使液相一侧不出现负的温度梯度，由于溶质再分配引起界面前沿的溶质富集，从而导致平衡结晶温度的变化。在负温梯下，合金的情况与纯金属相似，合金固溶体结晶易于出现树枝晶形貌。
14、“成分过冷”对固溶体合金凝固时生长组织形貌有何影响？
“成分过冷”对单相固溶体组织形貌的影响:
随着“成分过冷”程度的增大，固溶体生长方式由无“成分过冷”时的“平面晶”依次发展为：胞状晶→柱状树枝晶→内部等轴晶（自由树枝晶）。
“成分过冷”对共晶凝固组织形貌的影响:
1)共晶成分的合金，在冷速较快时，不一定能得到100％的共晶组织，而是得到亚共晶或过共晶组织，甚至完全得不到共晶组织；
2）有些非共晶成分的合金在冷速较快时反而得到100％的共晶组织；
3）有些非共晶成分的合金，在一定的冷速下，既不出现100％的共晶组织，也不出现初晶+共晶的情况，而是出现“离异共晶”。
15、用图解说明出现成分过冷的临界条件，并解释如果是正常凝固会不会出现成分过冷。
成分过冷是固溶体合金在凝固过程中不同熔点物质在固相及液相中成分不同的一种过冷现象，只要是固溶体合金凝固，就会有可能出现。
16、如何认识“外生生长”与“内生生长”？由前者向后者转变的前提是什么？仅仅由
成分过冷因素决定吗？
“外生生长”: 晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式，称为“外生生长”。平面生长、胞状生长和柱状树枝晶生长都属于外生生长 .
“内生生长”: 等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为“内生生长”。
如果“成分过冷”在远离界面处大于异质形核所需过冷度（ΔT异），就会在内部熔体中产生新的晶核，造成“内生生长”，使得自由树枝晶在固-液界面前方的熔体中出现。
外生生长向内生生长的转变的前提是:成分过冷区的进一步加大。
决定因素 :外生生长向内生生长的转变是由成分过冷的大小和外来质点非均质生核的能力这两个因素所决定的。大的成分过冷和强生核能力的外来质点都有利于内生生长并促进内部等轴晶的形成。
17、晶粒游离产生的途径.
①直接来自于过冷熔体内的非均匀生核②由型壁晶粒脱落，枝晶熔断和增值所引起的③由液面晶粒沉积所引起的
18、等轴晶组织的获得及细化的工艺途径。
获得：通过强化非均匀形核和促进晶粒游离以抑制凝固过程中柱状晶区的形成和发展，就能获得等轴晶组织
细化等轴晶的常用方法：（1）合理的浇注工艺：合理降低浇注温度是减少柱状晶、获得及细化等轴晶的有效措施；通过改变浇注方式强化对流对型壁激冷晶的冲刷作用，能有效地促进细等轴晶的形成；（2）冷却条件的控制：对薄壁铸件，可采用高蓄热、快热传导能力的铸型；对厚壁铸件，一般采用冷却能力小的铸型以确保等轴晶的形成，再辅以其它晶粒细化措施以得到满意的效果；（3）孕育处理：影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒。（4）动力学细化：铸型振动;超声波振动;液相搅拌;流变铸造，导致枝晶的破碎或与铸型分离，在液相中形成大量结晶核心，达到细化晶粒的目的。
19、如何防止孕育剂的孕育衰退现象？
孕育效果不仅取决于孕育剂的本身，而且也与孕育处理工艺密切相关。一般处理温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育剂均匀散开的前提下，应尽量降低处理温度。孕育剂的粒度也要根据处理温度、被处理合金液量和具体的处理方法来选择。
20、析出性气孔的防止措施。
①消除气体来源②金属熔断时，应严格控制熔断温度③对液态金属进行除气处理④防止液态金属内气体的析出
21、缩松、缩孔的形成机理。
结晶温度范围较宽的合金，一般按照体积凝固的方式凝固，凝固区内的小晶体很容易发展成为发达的树枝晶。当固相达到一定数量形成晶体骨架时，尚未凝固的液态金属便被分割成一个个互不相通的小熔池。在随后的冷却过程中，小熔池内的液体将发生液态收缩和凝固收缩，已凝固的金属则发生固态收缩。由于熔池金属的液态收缩和凝固收缩之和大于其固态收缩，两者之差引起的细小孔洞又得不到外部液体的补充，便在相应部位形成了分散性的细小缩孔，即缩松。
纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围窄的合金，在一般铸造条件下按由表及里逐层凝固的方式凝固。由于金属或合金在冷却过程中发生的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，从而在铸件最后凝固的地方产生缩孔。
22、热裂纹的形成机理。
热烈是在凝固温度范围内邻近固相线形成的，其形成机理由液膜理论和强度理论
液膜理论：认为热烈形成是由于铸件在凝固末期晶间存在液膜和铸件在凝固过程中受到拉应力共同作用的结果
强度理论是指当铸件凝固后期，枝晶形成骨架后开始具有固相性质，即开始收缩和具有高温强度，由于凝固过程中，收缩受阻，铸件中产生应力和变形，当应力或变形超过合金在该温度下的强度极限或变形能力时，铸件便产生热裂纹
23、铸造应力的产生原因。
金属在凝固和冷却过程中，由于收缩、热作用和相变等因素发生体积变化，当受到外界或其本身制约，变形受阻后所产生的应力即为铸造应力，其形成原因有①热应力：铸件各部分厚薄不同，由于冷速不同造成同一时刻各部分收缩量不一致，铸件各部分彼此制约产生应力②相变应力：固态相变合金，由于铸件各部分冷却条件不同，达到相变温度的时刻不同且相变程度也不同而产生应力③机械阻碍应力：铸件收缩受到铸型、型芯和型骨等机械阻碍所产生的应力
四、计算题： A-B 二元合金原始成分为%5.20==B C C ，2.0=Ko ，5=L m ，自左向右单向凝固，固相无扩散而液相仅有扩散（s cm D L /10325-?=)。达到稳定态凝固时，求：
（1）S-L 界面的S C * 和L C *；
（2）S-L 界面保持平整界面的条件。
解：（1）求固液界面的**L S C C 和 ：由于固相中无扩散而液相中仅有限扩散的情况下达到稳
定状态时，满足： 0
0*K C C L = ，C *S = C 0 代入C 0=C B =2.5%，K 0=0.2
即可得出： 00*K C C L ==2
.0%5.2=12.5％ C *
S = C 0 = 2.5％
(2)固-液界面保持平整界面的条件 ：
当存在“成分过冷”时，随着的“成分过冷”的增大，固溶体生长方式将经历：胞状晶→柱状
树枝晶→内部等轴晶（自由树枝晶） 的转变过程，所以只有当不发生成分过冷时，固-液界面才可保持平整界面，即需满足 | R G L |≥000)
1(K K D C m L L -
代入L m =5，C 0=C B =2.5% ，D L =3×10-5cm 2/s ， K 0=0.2
可得出： |R G L
|≥1.67×104 ℃/cm 2
s 即为所求. 某二元合金相图如右所示。合金液成分为C B =40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：①α相与液相之间的平衡分配系数K 0；②凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几?③凝固后的试棒中溶质B 的浓度沿试棒长度的分布曲线。
解：（1）平衡分配系数K 0 的求解：
由于液相线及固相线均为直
线不同温度和浓度下K 0为
定值，所以：如右图，
当T=500℃时，
K 0 =**L C C α=%60%30=0.5 K 0即为所求 α相与液相之间的
平衡分配系数. （2）凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数的计算:
由固相无扩散液相均匀混合下溶质再分配的正常偏析方程
)1(00-*
=K L L f C C
代入已知的*L C = 60％ , K 0 = 0.5, C 0= C B =40%
图 4-43 二元合金相图
可求出此时的L f= 44.4％
由于T=500℃为共晶转变温度,所以此时残留的液相最终都将转变为共晶组织,所以凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数也即为44.4％.
（3）凝固后的试棒中溶质B的浓度沿试棒长度的分布曲线(并注明各特征成分及其位置)如下:
食工原理复习题及答案(不含计算题) 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_________.平均流速为______。 ***答案*** 0.0157m3.s-1 2.0m.s-1 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。 ***答案*** 2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。 ***答案*** 出口阀 4.（3分）题号2005 第2章知识点100 难度容易 某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________. ***答案*** 4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近____________的温度，而传热系数K值接近____________的对流传热系数。 ***答案*** 饱和水蒸汽；空气 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________. ***答案*** 间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称_______________。由于中央循环管的截面积_______。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的
______________，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的_______________循环。 ***答案*** 标准式，较大，要小，自然 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为_________,平均流速为_______。 ***答案*** 22kg.s-1 ; 2.8m.s-1 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________. ***答案*** 粒子所受合力的代数和为零24/ Rep 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 11. 非结合水份是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快____________倍。 ***答案*** 201 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp
金属凝固原理思考题 1．表面张力、界面张力在凝固过程的作用和意义。 2．如何从液态金属的结构特点解释自发形核的机制。 3．从最大形核功德角度，解释0 /= ?dr G d的含义。 4．表面张力、界面张力在凝固过程和液态成形中的意义。 5．在曲率为零时，纯镍的平衡熔点喂1723K，假设镍的球形试样半径是1cm，1μm、μm，其 熔点温度各为多少已知△H=18058J/mol，V m =606cm3/mol，σ=255×107J/cm2 6．证明在相同的过冷度下均质形核时，球形晶核与立方形晶核哪种更易形成。 7．用平面图表示，为什么晶体长大时，快速长大的晶体平面会消失，而留下长的速度较慢的平面。 8．用相变热力学分析为何形核一定要在过冷的条件下进行。 9．证明在相同的过冷度下均质形核时，球形晶核与立方形晶核哪种更易形成。 8．试导出平衡凝固及液相完全混合条件下凝固时T*与f s 的关系。 9．Ge-Ga锭中含有Ga10ppm（质量分数），凝固速度R为8×10-3J/s，无对流现象，试绘出凝 固后锭长度上的成分分布图，给出最初成分、最后过渡区的长度。设D L =5×10-5cm2/s, k = 10．从溶质再分配的角度出发，解释合金铸件中宏观偏析形成的原因及其影响因素。 12．根据成分过冷理论，阐述工艺和合金两个方面的因素对结晶形貌的影响方式。 13．在揭示铸件内部等轴晶的形成机制和控制铸件凝固组织方面，大野美的实验有何意义。14．在片层状规则共晶的生长过程中，界面上各组元原子的扩散运动规律及其与生长速度的关系。 15．在长大速度一定的条件下，温度梯度G L 是否影响规则共晶的片层间距原因何在 16．如何认识液态金属的结构特征，液态金属的结构特征对形核有何影响。 17．试分析表面张力和界面张力形成的物理原因及其与物质原子间结合力的关系。 18．证明在相同的过冷度下均质形核时，体积相同的球形晶核与立方形晶核哪种更易形成。 试导出平衡凝固及液相完全混合条件下T* L 与f L 的关系。19。Al-Cu（w C =1%）合金于单向 凝固中生长速度为3×10-4cm/s，完全没有对流（合金相图中C E =33%（Cu），C Sm =%（Cu），
金属凝固原理复习题部分参考答案 （杨连锋2009年1月） 2004年 二 写出界面稳定性动力学理论的判别式，并结合该式说明界面能，温度梯度，浓度梯度对界面稳定性的影响。 答：判别式, 2 01()()2 (1)m c v D s g m v D g G T k ωωωω * *??- ??? =-Γ- ++?? -- ??? ，()s ω的正负决定 着干扰振幅是增长还是衰减，从而决定固液界面稳定性。第一项是由界面能决定的，界面能不可能是负值，所以第一项始终为负值，界面能的增加有利于固液界面的稳定。第二项是由温度梯度决定的，温度梯度为正，界面稳定，温度梯度为负，界面不稳定。第三项恒为正，表明该项总使界面不稳定，固液界面前沿形成的浓度梯度不利于界面稳定，溶质沿界面扩散也不利于界面稳定。 三 写出溶质有效分配系数E k 的表达式，并说明液相中的对流及晶体生长速度对E k 的影 响。若不考虑初始过渡区，什么样的条件下才可能有0s C C * = 答：0 00 (1)N L s v E D C k k C k k e δ*- = = +- 可以看出，搅拌对流愈强时，扩散层厚度N δ愈小， 故s C * 愈小。生长速度愈大时，s C * 愈向0C 接近。（1）慢的生长速度和最大的对流时，N L v D δ《1，0E k k = ；（2）大的生长速度或者液相中没有任何对流而只有扩散时，N L v D δ》1，E k =1 （3）液相中有对流，但属于部分混合情况时，0 1E k k <<。1E k =时，0 s C C * = ，即在 大的生长速度或者液相中没有任何对流而只有扩散时。 四 写出宏观偏析的判别式，指出产生正偏析，负偏析，和不产生偏析的生长条件。 答：0 1s q q C k C k = -+，s C 是溶质的平均浓度，0C 是液相的原始成分，q 是枝晶 内溶质分布的决定因素，它是合金凝固收缩率β，凝固速度u 和流动速度v 的函数， (1)(1)v q u β=-- 。0s C C =，即 1p u v β β =- -时，q=1，无宏观偏析。0s C C >时，对于01k <的合金来说，为正偏析，此时 1p u v β β >- -。0s C C <时，对于01k <的合金来 说，为负偏析，此时 1p u v β β <- -。 五 解：用2m m m m r m m k r T V T V T H H σσ?=- ?=- ? ??计算
《液态金属成型原理》习题一 （第一章 第三章） 1. 根据实验现象说明液态金属结构。描述实际液态金属结构。 实验依据： 1）多数金属熔化有约3-5%的体积膨胀,表明原子间距增加1-1.5%； 2）熔化时熵增大，表明原子排列混乱程度增加，有序性下降； 3）汽化潜热远大于熔化潜热, 比值=15-28，液态结构更接近固态； 4）衍射图的特征可以用近程有序概括；仅在几个原子间距范围内，质点的排列与固态相似，排列有序； 液态金属结构：液体是原子或分子的均质的、密集的、“短程有序”的随机堆积集合体。其中既无晶体区域，也无大到足以容纳另一原子的空穴。与理想结构不同，实际金属含有杂质和合金元素，存在着能量起伏、结实验数据 液体结构定性推论 熔化时，约 3-5%的体积膨 胀。 原子间距增加1-1.5%,排列松散 Lb>>Lm 与固态相比，金属原子的结合键破坏很少部分 熔化时熵增大 排列的有序性下降，混乱度增加 气、液、固相比较，液态金属结构更接近固态
构起伏和成分起伏。 2.估计压力变化10kbar引起的铜的平衡熔点的变化。已知液体铜的摩尔 体积为8.0?10-6m3/mol，固态为7.6?10-6m3/mol，熔化潜热Lm=13.05kJ/mol，熔点为1085?C。 41.56K 3.推导凝固驱动力的计算公式，指出各符号的意义并说明凝固驱动力的本 质。 本质：凝固驱动力是由过冷度提供的，过冷度越大，凝固驱动力越大。 4.在环境压力为100kPa下，在紧靠熔融金属的表面处形成一个直径为2μm 的稳定气泡时，设气泡与液体金属的σ=0.84N/m，求气泡的内压力。 P=100kPa +( 2*0.84N/m)/(1*10-6m)=1780kPa 5.如何区分固—液界面的微观结构？ 界面结构判据：Jackson因子α≤2，X=0.5时，?G=min，粗糙界面； α≥3，X→ 0或1时，?G=min，光滑界面； 6.推导均质形核下临界晶核半径和临界形核功，并说明过冷度对二者的影 响
一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_0.0157m3.s-1_.平均流速为__ 2.0m.s-1____。 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。出口阀 4.（3分）某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________.4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近__饱和水蒸汽；_的温度，而传热系数K值接近___空气____的对流传热系数。 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___、__、___.间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称__标准式__。由于中央循环管的截面积__较大_____。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的____要小__，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的____自然__循环。 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为__22kg.s-1 __,平均流速为_ 2.8m.s-1______。 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是__粒子所受合力的代数和为零_ 。滞流沉降时，其阻力系数=__24/ Rep ___. 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁)1140w 11. 非结合水份是主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快___201___倍。 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp 14. 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量WI＿＿WII AI＿＿＿A II。（大于，等于，小于） 大于，小于 15. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的____________，以使前一效引出的______________作后一效_________，以实现_____________再利用。为低、二次蒸汽、加热用、二次蒸汽 16. 物料干燥时的临界水份是指＿由恒速干燥转到降速阶段的临界点时，物料中的含水率；它比物料的结合水份大。 17. 如右图所示：已知,ρ水=1000kg.m-3,ρ空气=1.29kg.m-3,R=51mm,则△p=500_ N.m-2,ξ=_1（两测压点A.B间位差不计） 本题目有题图：titu141.bmp 18. 板框压滤机主要由__滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成_，三种板按1—2—3—2—1—2—3—2—1的顺序排列组成。 19. 去除水份时固体收缩最严重的影响是在表面产生一种液体水与蒸汽不易渗透的硬层，因而降低了干燥速率。 20. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的_为低，以使前一效引出的_二次蒸汽作后一效加热用，以实现_二次蒸汽_再利用。 21. 恒定的干燥条件是指空气的＿湿度、温度、速度＿以及＿与物料接触的状况＿都不变。 22. 物料的临界含水量的大小与_物料的性质，厚度和恒速干燥速度的大小__等因素有关。 二、选择题： 1. 当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为( ) B. A. 气体的粘度太小 B. 气体的密度太小 C. 气体比液体更容易起漩涡 D. 气体破坏了液体的连续性 2. 降膜式蒸发器内溶液是（C ）流动的。 A. 自然循环； B. 强制循环； C. 不循环 3. 当空气的t=t=tφ（A）。
浙江大学食工原理复习题及答案 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动，管内径d=100mm 测得其中的质量流量为 15.7kg.s -1,其体积 流量为 _________. 平均流速为 *** 答案 0.0157m 3 .s -1 2.0m.s -1 2. 流体在圆形管道中作层流流动 , 如果只将流速增加一倍 , 则阻力损失为原来的 如果只将管径增加一倍 , 流速不变 , 则阻力损失为原来的 _______ 倍。 *** 答案 *** 2 ； 1/4 3. 离心泵的流量常用 *** 答案 *** 出口阀 4. （3分） 题号 2005 第 2章 知识点 100 某输水的水泵系统 , 经管路计算得 , 需泵提供的压头为 则泵的有效功率为 . *** 答案 *** 4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时， 换热管的壁温接近 _______ 近 _____________ 的对流传热系数。 调节。 答案 *** 饱和水蒸汽； 空气 6. 实 现 传 热 过 程 的 设 备 主 要 有 如 下 三 种 类 型 倍; 难度 容易 He=25m 水柱,输水量为 20kg.s -1, 的温度， 而传热系数K 值接 *** 答案 *** 间壁式 蓄热式 直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称 ___________________ 。由于中央循环管的截面积 单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的 _____________ 在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的 ___________ ___。使其内 ，因此，溶液 ___循 答案 *** 标准式 ， 较大 ， 要小 ， 自然 圆管中有常温下的水流动，管内径d=100mm 测得中的体积流量为 0.022m 【s -1,质量流量 ______ , 平均流速为 答案 *** -1 8. 为_ -1 22kg.s -1 ; 2.8m.s 9. 球形粒子在介质中自由沉降时， 匀速沉降的条件是 阻力系数 = ___________ . *** 答案 *** 粒子所受合力的代数和为零 24/ Rep 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层 ，以减少热损失，若容器外表温度为 500 C ,而环境 温度为20C ,采用某隔热材料,其厚度为240mm,入=0.57w.m -1 .K -1，此时单位面积的热损失为 __。（注: 大型容器可视为平壁 ） 答案 *** 。滞流沉降时， 其
1. Al-Cu相图的主要参数为CE=33%Cu,Csm=5.65%Cu, Tm=660℃,TE=548℃.用Al-1%Cu 合金浇注一水平细长圆棒试样,使其自左至右单相凝固,冷却速度足以保持固-液界面为平界面。当固相无Cu的扩散，液相中Cu充分混合时，求： ①凝固10%时,固-液界面的CS* 和CL*； ②共晶体所占的比例； ③画出沿试棒长度方向Cu的分布曲线图，并标明各特征值。 2. 用Al-1%Cu合金浇注一水平细长试棒，使其自左向右单向凝固，并保持固-液界面为平界面。当固相无Cu的扩散，液相中Cu有扩散而达到稳定态凝固时，求： （1）固-液界面的CS* 和CL*； （2）固-液界面的温度Ti； （3）固-液界面保持平界面的条件（DL=3×10-5cm2/s）； （4）画出沿圆棒长度方向Cu的分布曲线。 3. 普通工业条件下，铸锭的冷却速度v=2.5×10-3cm/s；DL ≈10-5cm2/s；GL＜3~5℃/cm，|mL|＞1，令ρs=ρL，试分别求出某合金C0=10%、1% 、0.01 %（质量分数）以及k0=0.4与0.1时确保固-液界面平面生长所必须的GL值。根据计算结果能得出什么结论？ 英文 2-1 A Ge-Ga ingot containing 10 ppm Ga is solidified（凝固）at R=8×10-3cm/s with negligible convection（忽略对流）, show schema t示意图: cally, the composition（成分）along the length of the fully solidified ingot, gaving the initial composition and lengths of the initial and final transients（瞬态）. Assume DL=5×10-5cm2/s,k=0.1 2-4 A Ge-Ga crystal is grown by normal freezing with forced convection so that δ=0.005cm.Initial composition is 10 ppm Ga .Assume DL=5×10-5cm2/s, k=0.1 (a)For a solidification rate of 8×10-3cm/s , what will be the composition of the solid forming when the crystal is 50 percent solidified. (b)How much lower would the solidication rate need to be to make it reasonable to assume complete liquid diffusion? (c)How much higher would the solidification rate need to be to obtion a crystal of essentially uniform composition? 2-5An alloy Al-1%Cu is normally solidified with K’=K.The phase diagram for this alloy is schematically as in Fig 2-3 with C E=33%Cu,C SM=5.65%Cu.T m=660℃and T E=548 ℃ (a)How much eutcetic will be present in the finally solidified bar assuming no solid diffusion? 2-10 A small Ge-Ga crystal is grown with a plane front by the Czochralski technique with force convection so that δ=0.005cm.Melt composition is Co=10ppm Ga .Assume D L=5×10-5cm2/s, k=0.1 plot the composition along the length of the crystal for (a) a very slow rate,(b) 8×10-3cm/s ,and (c) a very fast rate.
第四章课后作业解答 练习一 一、判断题（T 或F ） 1、T; 2、F; 3、F; 4、T; 5、F; 6、T; 7、T; 8、F; 9、T; 10、 二、问答题 1、答： （1）图（a ）及图(b)分别属于“固相无扩散而液相充分混合均匀”及“平衡凝固”溶质再分配情况。 （2）图(b)中： C s C S =?的物理内涵为：液固界面上刚刚析出的固相成分与固相整体平均成分一致。从另一角度说，固相不同部位的成分处处相同。 C 的物理内涵为：液固界面上的液相成分与液相整体平均成分一致。从另一角度说，液相不同部位的成分处处相同。 L L C =?上述物理内涵的原因在于，在图(b)描述的 “平衡凝固”溶质再分配情况下，固相、液相的成分在凝固过程的任一瞬间（或温度）与平衡相图的固相线、液相线吻合，固相及液相成分能够及时地、充分地均匀化。 2、答：（1）、（2）、（3）、（4）的内容见下图。 C 0 C 0 K C 0/K 0 X （5）若凝固速度R 突然降低到R 12定值时，在新、旧 稳定状态之间，由于＜ K C ，所以C ? L C S ＜C 0。重新恢复到稳定时，C S 又回到C 。如右图所示。 03、答：在“液相中部分混合”的溶质再分配条件下，当达到稳定状态时，由于C 表 达式右端分母必然大于平衡分配系数K ?L ，所以其C ?值必然小于C /K 000L ，即稳定状态时，其C ?值小于“液相只有有限扩散”的C ；又因为C = K ?L L ?S 0 C ，所以其时C 也小于C ?L ? S （“液相只有有限扩散” 稳定状态的C ?） 。 0S 从实际物理过程看，由于“液相只有有限扩散”条件下液相无对流存在，而“液
食品工程原理复习 第一章 流体力学基础 1.单元操作与三传理论的概念及关系。 不同食品的生产过程应用各种物理加工过程，根据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉 碎、乳化萃取、吸附、干燥 等。这些基本的物理过程称为 单元 操作 动量传递：流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。凡是遵循流体流动基本规律的单元操作， 均可用动量传递的理论去研究。 热量传递 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡 是遵循传热基本规律的单元操作，均可用热量传递的理论去研究。 质量传递 : 两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质 基本规律的单元操作，均可用质量传递的理论去研究。 单元操作与三传的关系 “三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论” 的具体应用。 同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践 基础 2.粘度的概念及牛顿内摩擦(粘性)定律。牛顿黏性定律的数学表达式是y u d d μτ±= ，服从此定律的流体称为牛顿流体。 μ比例系数，其值随流体的不同而异，流体的黏性愈大，其值愈 大。所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度 3.理想流体的概念及意义。 理想流体的粘度为零，不存在内摩擦力。理想流体的假设，为工 程研究带来方便。 4.热力体系：指某一由周围边界所限定的空间内的所有物质。边
界可以是真实的，也可以是虚拟的。边界所限定空间的外部称为 外界。 5.稳定流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强） 仅随位置而变化，不随时间而变。 6．流体在两截面间的管道内流动时, 其流动方向是从总能量大的截面流向总能量小的截面。 7.1kg理想流体在管道内作稳定流动而又没有外功加入时，其柏努利方程式的物理意义是其总机械能守恒，不同形式的机械能可以相互转换。 8. 实际流体与理想流体的主要区别在于实际流体具有黏性，实际流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要区别在于实际流体柏努利方程中有阻力损失项。 柏努利方程的三种表达式 p1/ρ+gz1+u12/2 = p2/ρ+gz2+u22/2 p1/ρg+z1+u12/2g = p2/ρg+z2+u22/2g p1+ρgz1+ρu12/2 = p2 +ρgz2+ρu22/2 9.管中稳定流动连续性方程：在连续稳定的不可压缩流体的流动中，流体流速与管道的截面积成反比。截面积愈大之处流速愈小，反之亦然。对于
课程名称：食品工程 第一部分课程性质与目标 一、课程性质与特点 《食品工程原理》是一门工程学科的课程，它主要研究和介绍食品工业生产中传递过程与单元操作的基本原理、内在规律、常用设备及过程计算方法。本课程培养学生用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，它强调工程观点、定量运算和设计能力的训练。 二、课程目标与基本要求 通过本课程的学习，学生应掌握动量传递过程、热量传递过程及质量传递过程的基本原理；运用这些理论并结合所学的物理、化学、数学和物理化学等基础知识，研究食品加工过程中各种单元操作的内在规律和基本原理。熟悉典型单元操作设备的基本构造，理解它们的工作原理。培养学生具有针对食品生产实际，正确选择适宜单元操作的能力；正确进行过程的物料衡算、能量衡算和设备选型配套设计计算的能力。在工程计算中能正确地查阅工程手册中各种工程图表，获取设计计算有关参数。 三、与本专业其他课程的关系 食品工程原理是食品科学与工程类专业的一门重要专业基础课程。学生在学完高等数学、物理学、物理化学的基础上，通过本课程的学习，为本专业的“食品机械设备”、“食品工艺学”、“发酵工艺与设备”等后续专业课打好工程技术方面的基础。 第二部分考核内容与考核目标 引论 一、学习目的与要求 了解《食品工程原理》课程的研究内容，理解单元操作的概念以及物料衡算和能量衡算的方法。 二、考核知识点与考核目标 识记：单元操作的概念、三大传递过程 理解：物料衡算和能量衡算的方法 第一章流体流动 一、学习目的与要求 掌握流体流动的基本原理、基本概念，能灵活运用流体静力学方程式、连续性方程以及实际流体机械能衡算式解决实际生产过程中工艺计算、管路计算等问题。掌握流体在管路中流动时流动阻力产生的原因、影响因素及计算方法。了解常用流量计的测量原理。 二、考核知识点与考核目标 第一节流体静力学原理（次重点） 识记：流体密度和压力 理解：流体静力学基本方程式的推导 应用：流体静力学基本方程式的应用 第二节管内流体流动的基本规律（重点） 识记：流量与流速 理解：稳定流动与不稳定流动、伯努利方程的物理意义 应用：管径的估算、连续性方程、柏努利方程、实际流体机械能衡算 第三节流体流动现象（重点） 识记：非牛顿流体、流体流动型态 理解：牛顿黏性定律、流体中的动量传递、流体边界层、流体在圆管内的速度分布
《金属凝固理论》期末复习题 一、是非判断题 1 金属由固态变为液态时熵值的增加远远大于金属由室温加热至熔点时熵值的增加。(错） 2 格拉晓夫准则数大表明液态合金的对流强度较小。(错） 3 其它条件相同时，凹形基底的夹杂物不如凸形基底的夹杂物对促进形核有效。(错） 4 大的成分过冷及强形核能力的形核剂有利于等轴晶的形成。（对） 5 大多数非小平面-小平面共晶合金的共晶共生区呈现非对称型。（对） 6 根据相变动力学理论，液态原子变成固态原子必须克服界面能。（对） 7 具有糊状凝固方式的合金容易产生分散缩孔。（对） 8.金属熔体的黏度与金属的熔点相类似，本质都是反映质点间（原子间）结合力大小。（对） 9. 以熔体中某一参考原子作为坐标原点，径向分布函数表示距参考原子r处找到其他原子的 几率。(错） 10. 液态金属中在3-4个原子直径的范围内呈一有序排列状态，但在更大范围内，原子间呈无序状态。（对） 11. 金属熔体的黏度越大，杂质留在铸件中的可能性就越大。（对） 12. 半固态金属在成型过程中遵循的流变特性，主要满足宾汉体的流变特性（对） 13. 在砂型中，低碳钢的凝固方式是体积凝固。(错） 14. 铸型具有一定的发气能力，会导致型腔气体反压增大，充型能力下降。（对） 15. 晶体生长的驱动力是固液两相的体积自由能差值。（对） 16. 绝大多数金属或合金的生长是二维晶核生长机理。(错） 17. Fe-Fe3C共晶合金结晶的领先相是奥氏体。(错） 18. 铸件中的每一个晶粒都代表着一个独立的形核过程，而铸件结晶组织的形成则是这些晶 核就地生长的结果。(错） 19. 型壁附近熔体内部的大量形核只是表面细晶粒区形成的必要条件，而抑制铸件形成稳定 的凝固壳层则为其充分条件. （对） 20.对于薄壁铸件，选择蓄热系数小的铸型有利于获得细等轴晶。(错） 21.处理温度越高，孕育衰退越快。因此在保证孕育剂均匀溶解的前提下，应尽量降低处理 温度。（对） 22. 铸铁中产生的石墨漂浮属于逆偏析。(错） 23.湿型铸造的阀体铸件件皮下形成的内表面光滑的气孔，其形成原因主要是砂型的发气量 大、透气性不足。（对） 二、名词解释 1.黏度：是熔体在不同层面上存在相对运动时才表现出来的一种物理性能，其本质反映的是 质点间的结合力大小。 2.金属遗传性：指在结构上，由原始炉料通过熔体阶段向铸造合金的信息传递，具体表现在 原始炉料通过熔体阶段对合金零件凝固组织，力学性能及凝固缺陷的影响。 3.半固态铸造：指在金属的凝固过程中，对金属施加剧烈的搅拌或扰动、或改变金属的热状 态、或加入晶粒细化剂、或进行快速凝固，即改变初生固相的形核和长大 过程，得到的一种液态金属熔体中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液 混合浆料，然后利用其进行成型的工艺。 4. 充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力 5.非均质形核：指在不均匀的熔体中依靠外来杂质或型壁界面提供的衬底进行形核的过程 6. 临界形核半径：由金属学可知，只有大于临界半径的晶胚才可以作为晶核稳定存在，此
理论课程教学大纲 《材料工程基础》课程教学大纲 执笔人：编写日期：2014年9月 一、课程基本信息 1. 课程编号：1713L2001 2. 课程名称（中文）：材料工程基础 课程名称（英文）：Fundamentals of Material Engineering 3. 课程层次/性质：专业课（资源循环科学与工程）/选修 4. 学时/学分：48/3 5. 先修课程：材料科学基础 6. 适用专业：资源循环科学与工程 二、课程教学目标及学生应达到的能力 随着科学技术的发展，原来各类相对独立的材料学科，如金属、陶瓷、高分子材料等已经相互渗透，相互结合与交叉，形成了材料科学发展的新特色。形势要求必须将三大类材料在工程技术方面所具有的共性的内容综合为材料制备、加工、改性及复合四部分，尽可能将二级学科的内容有机地涵括在一级学科的教学课程中。 《材料工程基础》是资源循环科学与工程专业的专业基础课，是培养资源循环科学与工程专业人才的主干课程之一。本课程的任务是使学生学习必要的材料加工工程方面的基本知识、掌握材料加工工程的基本技能，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，为今后的工作打下坚实的基础。 三、课程教学内容和要求 通过本课程的学习，使学生掌握材料制备、加工、改性及复合的基本概念、基本理论和基本知识，为后继相关专业课程的学习奠定良好的基础。本课程突出讲授材料制备过程体系和单元操作的共性，适度反映该领域中的最新研究成果，培养学生具有一定的分析问题、逻辑推理和创新的能力，有比较熟练地运用材料工程基础理论去分析解决实际生产、科研问题的能力。本课程的教学组织贯彻“加强基础，拓宽知识面，提高学生创造能力”的原则，培养适应市场经济的高层次人才。本课程的具体要求是：使学生建立起全面、系统的材料工程背景知识；使学生能够针对实际问题知道如
. 高纲1382 江苏省高等教育自学考试大纲 04169 食品工程原理 江南大学编
江苏省高等教育自学考试委员会办公室 页脚 . 一、课程性质及其设置目的与要求 （一）课程性质和特点 食品工程原理属工科学科，是食品科学与工程专业的一门主干课。本课程培养学生用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题。研究方法主要是理论解析和理论指导下的实验研究。本课程强调工程观点；定量运算，实验技能和设计能力的训练；强调理论与实际结合，提高分析问题和解决问题的能力，为后继课程的学习及今后的工作打下坚实基础。 （二）本课程的基本要求 本课程的主要研究内容是以轻化工生产中的物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成的若干“单元操作”。通过本课程的学习，应考者应该掌握流体流动、传热和传质的基础理论，主要单元操作的基本原理、实验技能和工艺设计计算，建立工程观点，对各有关单元操作，具有分析问题和解决问题的能力。 （三）本课程与相关课程的联系 本课程是学生在具备了必要的高等数学，物理学，物理化学，计算技术等基础知识后必修的技术基础课，应考者若具有扎实的上述课程的基础有助于更好地学习食品工程原理课程。学好本课程，也能为后继课程的学习及今后的工作打下坚实基础。 二、课程内容与考核目标 绪论 （一）课程内容 （1）本课程的性质、研究对象与方法、目的、任务 （2）食品工程单元过程的分类 动量传递过程包括流体的流动及输送、非均相物系的分离、物料的搅拌等；传热过程包括传热理论及设备、蒸发、冷冻等；传质过程包括气体的吸收、液体的蒸馏、固体的干燥等。 （3）几个基本概念 质量守恒定律及其物料衡算；能量守恒定律及其能量衡算；单位、因次及其单位制度；单位换算；过程速率；三传过程的高度统一表述。
攀枝花学院 学生课程设计（论文） 题目：6×1700mm热轧带钢粗轧压下规程制定学生姓名：学号： 201111102034 所在院(系)：材料工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级： 2011级压力加工班 指导教师：肖玄职称：助教 2014年10 月13 日 攀枝花学院教务处制
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
摘要 板带钢是钢铁产品的主要产品之一，广泛应用于工业、农业、建筑业以及交通运输业。热轧板带钢在国名经济发展中起到巨大的推动作用。热轧板带生产一直是轧制行业中高新技术应用最为集中、人为最为关注的领域。本次设计的是中板坯连铸连轧生产线的粗轧压下规程。本次设计介绍了热轧板带钢的粗轧压下规程，主要设备参数，以中板坯连铸连轧生产线来设计选择坏料，制定粗轧压下规程，制定速度制度、温度制度，最后对轧机的咬入角和轧辊的强度进行校核。 关键词：热轧带钢，中板坯连铸连轧，温度制度，速度制度，轧辊强度
ABSTRACT Plate band steel is one of the main products of steel products, which is widely used in industry, agriculture, construction and transportation industry. Hot-rolled strip steel plays a huge role in national economic development. Hot-rolled strip production has been being the field of the application of high technology which is the most concentrated and of most concern in the rolling industry. The design of the rolling schedule of rough rolling of slab continuous casting and rolling production line has been made. This design introduces the roughing press rules of hot-rolled strip steel, main equipment parameters, the choices of bad material of slab continuous casting and rolling production line, develops speed system and temperature system, and checks the bite angle of rolling mill and the strength of the roller. Key words hot-rolled strip steel, slab continuous casting and rolling production line, speed system, temperature system, the strength of the roller
第八章液体吸附与离子交换 液体吸附与离子交换的应用 1、吸附主要用在脱臭、脱色、沉淀、澄清和除杂等工艺操作中。 2、离子交换常用于水的软化、纯化、产品提纯精制，制品的浓缩分离等。 液体吸附吸附操作是指流体与某种固体相接触时,固体能够有选择地将流体中的某些组分凝聚在其表面上,从而达到分离的目的。这些有吸附作用的固体称为吸附剂,在固体表面上被吸附的物质称为吸附质或吸附物。在吸附过程,气体或液体中的分子、原子或离子传递到吸附剂固体的内外表面,依靠键或微弱的分流动相（气体和液体）与多孔固体颗粒相接触，流动子间力吸着于固体上。解吸是吸附的逆过程。 ☆吸附单元操作相中一种或多种组份被吸附于固体颗粒上，这种利用各组分吸附力不同，从而使流动相中组份得以分离或纯化的单元操作。 多孔固体颗粒——吸附剂被吸附组份——吸附质 吸附原理吸附剂固体之所以能够吸附流体分子,是因为固体表面上的质点处于力场不平衡状态, 固体表面具有过剩的能即表面能,当固体与流体分子接触时,被吸附物质与固体之间由于某种吸附力的作用使固体与流体混合物中的某些组分产生吸附,从而降低了表面能。吸附过程所放出的热量,称为该物质在固体表面的吸附热。按吸附剂与吸附质之间作用力的不同,可将吸附过程分为物理吸附和化学吸附两类。常见的吸附类型及其主要特点 物理吸附化学吸附 吸附作用力分子间引力化学键合力 选择性较差较高 所需活化能低高 吸附层单层或多层单层 达到平衡所需时间快慢 食品工业常用吸附剂活性炭、活性白土、膨润土（天然）分子筛、硅胶、吸附树脂 活性炭活性炭具有非极性表面,为疏水和亲有机物的吸附剂。它具有性能稳定、抗腐蚀、吸附容量大和解吸容易等优点。经过多次循环操作,仍可保持原有的吸附性能。活性炭用于于溶剂回收、烃类气体的分馏、各种油品和糖液的脱色、水的净化等各个方面,也常用作催化剂的载体。活性炭是一种由含炭材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔。活性炭有一个共同的特性，那就是“吸附性”。活性炭产生吸附性的原因就是因为它有发达的孔隙结构，就象我们所见到的海绵一样，在同等重量的条件下，海绵比其他物体能吸收更多的水，原因也是因为它具有发达的孔隙结构。但活性炭的这种孔隙结构是肉眼无法看见的，因为他们只有1×10-12mm—10-5mm之间，比一个分子大不了多少。活性炭孔隙发达的程度是难以想象的，若取1克活性炭，将里面所有的孔壁都展开成一个平面，这个面积将达到1000平方米（既比表面积为1000g/m2）！影响活性炭吸附性的主要因素就取决于内部孔隙结构的发达程度。 活性碳主要用途﹕用于液相吸附类活性碳 ?自来水，工业用水，电镀废水，纯净水，饮料，食品，医药用水净化及电子超纯水制备。 ?蔗糖、木糖、味精、药品、化工产品、食品添加剂的脱色、精制和去杂质纯化过滤 ?油脂、油品、汽油、柴油的脱色、除杂、除味、酒类及饮料的净化、除臭、除杂 ?精细化工、医药化工、生物制药过程产品提纯、精制、脱色、过滤。 ?环保工程废水、生活废水净化、脱色、脱臭、降COD 离子交换 基本概念在吸附操作中，极性吸附，如果被吸附离子与吸附剂中的离子进行交换，则称离子交换过程。离子交换过程实际上是特殊吸附过程。与吸附不同的是，离子交换是化学过程。 离子交换剂吸附剂——离子交换剂。 ○阳离子交换剂——提供阳离子○阴离子交换剂——提供阴离子 分类 （1）阳离子交换剂和阴离子交换剂（强、弱）
《食品工程原理》复习题答案 第三部分质量传递（干燥、传质、蒸馏、萃取、膜分离） 一.名词解释 1.质量传递：因浓度差而产生的扩散作用形成相内和相间的物质传递过程。 2.介电加热干燥：是将要干燥的物料置于高频电场内，由于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥的目的。 3.临界含水量：物料干燥达临界点时的物料含水量。 4.比焓：湿空气的焓为干空气的焓和水汽的焓之和。或称湿空气的热含量。 5.干燥的表面汽化控制：物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散的速率。 6.分子扩散：单相内存在组分的化学势差，由分子运动而引起的质量传递。 7.费克定律：单位时间通过单位面积物质的扩散量与浓度梯度成正比。 8.挥发度：达到相平衡时，某组分在蒸汽中的分压和它在平衡液相中的摩尔分率之比。 9.超临界流体：物质处于其临界温度和临界压力以上状态时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液态性质，同时还保留气体性能。 10.萃取：使溶剂与物料充分接触，将物料中的组分溶出并与物料分离的过程。或利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。 二. 填空题 1.相对湿度φ：0≤φ≤1，φ越，空气吸湿的能力越强，越干燥。（小） 2.物料的干燥过程是属于和相结合的过程。（传热、传质） 3.干燥操作中，不饱和湿空气经预热器后湿度，温度。（不变，升高） 4.在干燥操作中,物料中所含小于平衡水分的水分,称为。（不可去除水分）。 5.密度、和是超临界流体的三个基本性质。（黏度、扩散系数） 6. 介于超滤和反渗透之间一种膜分离技术。（纳滤） 7.纳滤是以为推动力的膜分离过程，是一个不可逆过程。(压力差) 8.常见传质过程是_______引起。（浓度差） 9.超临界状态既不是气体也不同于液体，属于状态。（流体） 10.精馏过程就是利用混合液的各组分具有不同的,利用多次部分、多次部分的方法,将各组分得以分离的过程。（沸点或挥发度，汽化、冷凝） 11.在湿空气的焓-湿图中,线以下的区域对干燥操作无意义。（饱和空气） 12.超临界流体的密度接近于状态。（液体） 三.选择题 1.当物料含水量x大于临界含水量x0时，属（D ）。 A.干燥速率为零 B.内部扩散控制 C.降速干燥阶段 D.恒速干燥阶段 2.由湿球温度方程可知湿球温度T w为（B）。 A.干球温度、露点的函数 B.干球温度、湿度的函数 C.湿球温度、湿度的函数 D. 湿球温度、露点的函数 3.对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度( C )。 A.愈高 B. 不变 C.愈低 D.不一定，尚与其它因素有关 4.在一定温度下，物料的结合水与非结合水的划分，取决于（A）。 A.物料的性质 B.空气的状态 C.空气的状态和物料的性质共同决定 D.与影响因素有关 5.在焓湿图上，已知湿空气的下列哪两个参数，可以查得其它未知参数( A)。 A. (H，T ) B. (T d，H) C. (p v，H) D. (h，T w) 6.蒸馏操作属于（ B ） A. 传热 B. 传热加传质 C. 传质