,考试作弊将带来严重后果！
华南理工大学期末考试
《 流体力学与传热 》试卷
1. 考前请将密封线内填写清楚；
所有答案请直接答在试卷上(或答题纸上)； ．考试形式：闭卷；
、 流体在圆形管道中作完全湍流流动，如果只将流速增加一倍，阻力损失为原来的 4
倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/2 倍。
、离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 N-Q 和 η-Q 曲线等。 、气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。
、测量流体体积流量的流量计有 转子流量计 、 孔板流量计 和 涡轮流量计。 、(1)离心泵最常用的调节方法是 B
（A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 改变压出管路中阀门的开度
（C ） 安置回流支路，改变循环时的大小 （D ） 车削离心泵的叶轮
2）漩涡泵常用的调节方法是 B
（A ） 改变吸入管路中阀门开度
（B ） 安置回流支流，改变循环量的大小 （C ） 改变压出管路中阀门的开度 （D ） 改变电源的电压。
6、沉降操作是指在某种 力场 中利用分散相和连续相之间的 密度 差异，
、最常见的间歇式过滤机有 板框过滤机和叶滤机 连续式过滤机有 真空转筒过滤机 。
、在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 壳程流动，加热器顶部 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降。 、（1）为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是 A
（A ）表面光滑，颜色较浅； （B ）表面粗糙，颜色较深 （C ）表面粗糙，颜色较浅
（2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为C ?100，空气进口温度为C ?，出口温度为C ?80，问此套管换热器内管壁温应是_C__。
（A ）接近空气平均温度 （B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度
、举出三种间壁式换热器 套管 、 夹套换热器 、 蛇管换热器 。
二、问答题：（每题5分，共10分） 1．离心泵发生“汽蚀”的主要原因是什么？
离心泵工作时，在叶轮中心区域产生真空形成低压而将液体吸上。如果形成的低压很低，则离心泵的吸上能力越强，表现为吸上高度越高。但是，真空区压强太低，以致于低于体的饱和蒸汽压，则被吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡。含气泡的液体挤入高压区后急剧凝结或破裂。因气泡的消失产生局部真空，周围的液体就以极高的速度流向气泡中心，瞬间产生了极大的局部冲击力，造成对叶轮和泵壳的冲击，使材料手到破坏。把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，称为气蚀现象。
汽蚀是由于液体在一定的温度下达到了它的汽化压力，可见和输送介质，工况有密切的关系
造成汽蚀的主要原因有：
１．进口管路阻力过大或者管路过细； ２．输送介质温度过高；
３．流量过大，也就是说出口阀门开的太大； ４．安装高度过高，影响泵的吸液量；
５．选型问题，包括泵的选型，泵材质的选型等．
解决办法：１．清理进口管路的异物使进口畅通，或者增加管径的大小； ２．降低输送介质的温度； ３．减小流量；
４．降低安装高度；
2、保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？
保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构.夹层因空气被抽出接近真空,可防止对流散热损失.其次,瓶胆夹层内两表面均镀有银,铝等低黑度涂层,增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射。
三、（15分）一敞口高位水槽A 中水流经一喉径为15mm 的文丘里管，将浓碱液槽B 中的碱液（密度为1400 kg/3m ）抽吸入管内混合成稀碱液送入C 槽，各部分标高如附图所示；输水管规格为φ57×3mm ，自A 至文丘里喉部M 处管路总长（包括所有局部阻力损失的当量长度在内）为20m ，摩擦系数可取0.025。
（1） 当水流量为8m 3/h 时，试计算文丘里喉部M
处的真空度为多少mmHg ；
（2） 判断槽的浓碱液能否被抽吸入文丘里内（定
量计算说明判断依据）。
（3） 如果不能被吸入，可采取那些措施？（举两
种方法） 解1：主管道
s
m 2A Vs u /109.0)051
.0)4
(36008
(
/=??==π
(1)文丘里喉部M 处s m A Vs u /58.12]015.0)4//[()3600/8(/2
22=?==π
在高位水槽上面与M 处界面间的列柏努利方程得：
真空度）
(12266.1)
2/09.1()051.0/20(025.0258.127)2/)(/1()2/()(/222222212mmHg O mH g g g u d g u Z Z g p =-=?--=---=λρ
(2) h 碱ρ碱＝ρ水h 水 h 水＝1.5×1400/1000＝2.1m O H 2(>1.66m O H 2)（真空度） 故浓碱液不能被吸入管内。在B 槽液面与M 处水平截面间的列柏努利方程得：
吸 f 22h )/()2/()/(++'+'=g P g u h g Pa ρρ
吸 f 22h )2/()/()P Pa (+'+'=-g u h g ρ
可见吸入量的大小不仅与M 处的真空度、B 槽液面与M 处的位差有关，而且与吸入管的管路情况（管径、管长、粗糙度等）有关，应增加M 点的真空度，可减少B 与M 的位差，增加水的流量，减少A 与M 的位差。
四、 （20分） 用泵将20℃水从敞口贮槽送至表压为2×105Pa 的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如图所示。输送管路尺寸为φ108×4mm 的无缝钢管，吸入管长为20m ，排出管长为100m （各段管长均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门为3/4开度时，真空表读数为30000Pa ，两测压口的垂直距离为0.5m ，忽略两测压口之间的阻力，摩擦系数可取为0.02。试求：
(1)阀门3/4开度时管路的流量(m 3/h)； (2)压强表读数（Pa ）； (3)泵的压头（m ）；
(4)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。 解：（1）阀门3/4开度时管路的流量(m 3/h)；
在贮槽液面0-0′与真空表所在截面1-1′间列柏努利方程。以0-0′截面为基准水平面，有：
∑-+++=++
10,1211020022f h g
p g u z g p g u z ρρ 其中，
2121211
0,204.081
.921.02002.02u u g u d l l h
f =???=?+?=∑∑-λ,
z 0=0， u 0=0, p 0=0（表压）, z 1=2m, p 1=-30000Pa （表压） 代入上式，得： u 1=4.1m/s ， Q=
h m u d /1161.41.04
4
322=?=
π
π
(2)压强表读数（Pa ）；
在压力表所在截面2-2′与容器液面3-3′间列柏努利方程。仍以0-0′截面为基准水平面，有：
∑-+++=++
32,32332
2
2222f h g
p g u z g p g u z ρρ
81
.9221.41.010002.01000510201010002221.45.2???+??++=++g g p
g
解得， p 2=433270Pa （表压）
（3）泵的压头（m ）；
在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得，
m
H g p p z z H f 7.480
81
.9100030000
4332705.0)(1212=+?++=+-+-=ρ 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露。
五、（10分）有一降尘室，长6m ，宽3m ，共20层，每层100mm ，用以除去炉气中的矿尘，矿尘
密度3/3000m kg s =ρ，炉气密度3
/5.0m kg ，粘度0.035m s Pa ?，现要除去炉气中10m μ以上的
颗粒，试求：
（1）为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？ （2）每小时最多可送入炉气若干？
（3）若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？
解：（1）设沉降区为滞流，则 μ
ρρ18)(2g
d u s t -=
因为 ρρ>>s 则
s mm u t /67.410
035.01881
.93000)1010(3
26=?????=
--
11067.610
035.05.01067.41010Re 43
36
----μ
ρ
t t du 假设正确 由降尘室的分离条件，有
s m H L u u t /28.01
.06106.43=??==- （2）36001067.43620203?????==-t Au V =6052.3h m /3
（3） h m Au V
t /6.30256001067.43633=????==-
可见加隔板可提高生产能力，但隔板间距不能过小，过小会影响出灰和干扰沉降。
六、(20分)一立式换热器规格如下：管长3m ，管数30根，管径为 φ5.225? mm ，管程为1。现拟选用此换热器将2CS 饱和蒸气冷凝为饱和液体，其饱和温度为46 ℃ ， 走管外，其流量W=0.1kg/s ，其冷凝潜热为350kJ/kg ，比热容为1kW/(kg ℃) 。水走管内，且与2CS 呈逆流流动。冷却水进出口温
度为10 ℃ 和30℃ 。已知基于换热管外表面的总传热系数分别为/2001w K =?2
m ℃，其与管内的冷却水的流速0.8次方成正比。 （1）所需要的冷却水的用量 （2）此换热器是否合用？
（3）现将换热器有单管程改为双管程，定量计算换热器是否合用？ (4)通过上述计算你得出什么结论？ 解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：
2007.73025.014.330m L d n A =???==π
（1）求所需的传热面积 ①冷凝段的传热量
kW r W Q 353501.0=?=?=
②平均温差 冷却水用量 ()()
s kg t t C Q W c p c /42.0103018.435
12=-?=-=
平均温差
4646→℃
36101630←
℃ C t m ο66.2416
36ln 16
361=-=? ③所需传热面积 23
11.766
.2420010351m t K Q A m =??=?=
A<'
A ，即已有传热面积小于所需传热面积，所以此换热器不合用。 现将换热器有单管程改为双管程，空气的流速增加1倍，K ’＝1.74K
23
108.466
.2474.12001035''1m t K Q A m =???=?=
A>'
A ，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。
1
《内燃机原理》课程教学大纲 课程名称：内燃机原理（Internal Combustion Engine） 课程代码： 学分/学时：3学分/51学时 开课学期：秋季学期 适用专业：车辆工程、动力机械及工程、船舶工程等相关专业 先修课程：工程热力学、传热学、流体力学、机械原理与设计 后续课程：现代发动机设计、发动机电子控制技术、发动机排放控制技术 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表） 课程性质：内燃机原理是车辆工程、动力机械及工程、船舶工程等专业的一门重 要专业技术基础课，是培养发动机设计工程师和科研人员的主干、核心课。 教学目标：内燃机原理是一门理论性较强的专业课程，是汽车及内燃机工程专业 的核心课程。通过本门课程的学习，要使学生掌握内燃机工作过程各项性能指标的概念和内涵，熟悉内燃机理论和实际工作循环的特点，学习内燃机的充量更换、燃料供给与调节、混合气的形成与燃烧以及污染物的生成与排放控制等方面的工作原理及影响因素，能运用所学知识，分析提高内燃机各种工作性能指标、降低排放的技术措施和适用条件，培养成为熟悉内燃机原理的研究或设计人才。为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。（A5.1、A5.2、A5.3、B2、B4、C2） 本课程通过本课程的学习，使学生熟练掌握内燃机工作过程的性能指标，把握点燃式汽油机和压燃式柴油机的混合气形成、燃烧及排放等工作过程的特点，掌握如充量更换规律、现代内燃机燃料供给与调节方式、内燃机各种污染物的生成原理与控制方法等，在此基础上，能够对运用所学内燃机的原理知识，分析内燃机强化、降低油耗和减少排放等各项技术的工作机理和工程实际的可行性。要求学生能够掌握内燃机常规试验的方法和技巧。同时培养学生科学抽象、逻辑思维能力，进一步强化实践是检验理论的唯一标准的认识观。具体来说： （1）掌握内燃机关键性能参数的定性概念，能够把握住内燃机正常的工作状态（A5.1） 2
1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 2222112f 1U P U P w=Z g+h (Z g+)22ρρ ++-+ U 1=0 12P =P 10Z = W=60j/kg f h 30/kg = 2U =1m/s 2(60300.5)/g 3m Z =--= 21Z Z Z 431m ?=-=-= 2. The fluid (density 1200 kg/m 3 ) is pumped at a constant rate 20 m 3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 22112212f U U Z g+W Z g+h 22 ρρP P ++=++ 10P = 5422200P x1.013x10 2.67x10N /m 760 =-=- 31200Kg /m ρ= 1U 0= f h 120J /kg = 22V 20U 1.97m /s A 3600*4006 ===π/*. 1Z 0= 2Z 15= 42 2.67x101.97W 15x9.81120246.88J /kg 12002 =-+++= N W Q 246.88x1200x20/3600=1646W ρ== 3. Water comes out of the pipe (Φ108x4 mm), as shown in Fig. The friction loss of the pipeline which does not cover the loss at the exit of pipe can be calculated by the following equation:
1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的（热传导）和边界层外的（对流传热）合并考虑，并命名为给热。 2、在工程计算中，对两侧温度分别为 t1,t2 的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是或。答案；λ = 3、图 3-2 表示固定管板式换热器的两块管板。由图可知，此换热器为或。体的走向为 管程，管程流 1 1 4 2 2 3 3 5 图 3-2 3-18 附图答案：4；2 → 4 → 1 → 5 → 3；3 → 5 → 1 → 4 → 2 4、4.黑体的表面温度从 300℃升至 600℃，其辐射能力增大到原来的（5.39）倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的 4 次方成正比, ? 600 + 273 ? 摄氏温度,即 ? ? =5.39。 ? 300 + 273 ? 5、 3-24 用 0.1Mpa 的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内， 20℃升至 60℃，由则管内壁的温度约为（100℃） 6、热油和水在一套管换热器中换热，水由 20℃升至 75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率 0.65，则油的入口温度为 (104℃)。 7、因次分析法基础是 (因次的一致性)，又称因次的和谐性。 8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的(剪应力) 9、如果管内流体流量增大 1 倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的(2 倍) 10、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时4 倍。 11、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的（速度梯度），即使（粘度）很小，（内摩擦应力）仍然很大，不容忽视。 12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的（惯性力）与（粘性力）之比。 13、滞流与湍流的本质区别是（滞流无径向运动，湍流有径向运动） 二、问答题：问答题： 1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。 2、下图所示的两个 U 形管压差计中,同一水平面上的两点 A、或 C、的压强是否相等？ B D P1 A P2 p 水 B C 空气 C 水银图 1－1 D 水 P1 1－1 附图 P2 A B D p h1 。 答：在图 1—1 所示的倒 U 形管压差计顶部划出一微小空气柱。空气柱静止不动，说明两侧的压强相等，设为 P。由流体静力学基本方程式： p A = p + ρ空气 gh1 + ρ水 gh1 p B = p + ρ空气 gh1 + ρ空气 gh 1 Q ρ水 > ρ空气 p C = p + ρ空气 gh1 ∴ p A> pB 即 A、B 两点压强不等。而
第三部分 —流体力学、传热学知识 一、单项选择题 1、在水力学中，单位质量力是指（C） □A.单位面积液体受到的质量力；□B.单位体积液体受到的质量力；□C.单位质量液体受到的质量力；□D.单位重量液体受到的质量力。 2、液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为( B ) □A.1 kN/m2 □B.2 kN/m2 □C.5 kN/m2 □D.10 kN/m2 3、有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（B） □A.8 □B.4 □C.2 □D.1 4、已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于( C ) □A.层流区□B.紊流光滑区 □C.紊流过渡粗糙区□D.紊流粗糙区 5、现有以下几种措施： ①对燃烧煤时产生的尾气进行除硫处理；②少用原煤做燃料； ③燃煤时鼓入足量空气；④开发清洁能源。 其中能减少酸雨产生的措施是（C） □A.①②③□B.②③④□C.①②④□D.①③④6、“能源分类相关图”如下图所示，下列四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（C）
□A.煤炭、石油、潮汐能□B.水能、生物能、天然气□C.太阳能、风能、沼气□D.地热能、海洋能、核能7、热量传递的方式是什么？（D） □A.导热□B.对流□C.热辐射□D.以上三项都是8、流体运动的连续性方程是根据（C）原理导出的？ □A.动量守恒□B.质量守恒□C.能量守恒□D.力的平衡9、当控制阀的开口一定，阀的进、出口压力差Δp（B） □A.增加□B.减少□C.基本不变□D.无法判断10、热流密度q与热流量的关系为（以下式子A为传热面积，λ为导热系数，h为对流传热系数）（B） □A.q＝φA □B.q＝φ/A □C.q=λφ□D.q＝hφ 11、如果在水冷壁的管子里结了一层水垢，其他条件不变，管壁温度与无水垢时相比将( B ) □A.不变□B.提高□C.降低□D.随机改变 12、在传热过程中，系统传热量与下列哪一个参数成反比? ( D ) □A.传热面积□B.流体温差 □C.传热系数□D.传热热阻 13、下列哪个不是增强传热的有效措施？（D） □A.波纹管□B.逆流
流体力学与传热学 流体静力学:研究静止流体中压强分布规律及对固体接触面的作用问题 流体动力学:研究运动流体中各运动参数变化规律，流体与固体作用面的相互作用力的问题 传热学研究内容：研究热传导和热平衡规律的科学上篇：流体力学基础 第一章流体及其主要力学性质 第一节流体的概念 一流体的概述 ⒈流体的概念：流体是液体和气体的统称 ⒉流体的特点:易流动性—在微小剪切力的作用下，都将连续不断的产生变形（区 别于固体的特点） ⑴液体：具有固定的体积；在容器中能够形成一定的自由表面；不可压缩性 ⑵气体;没有固定容积;总是充满所占容器的空间;可压缩性
二连续介质的模型 ⒈连续介质的概念 所谓连续介质即是将实际流体看成是一种假想的,由无限多流体质点所组成的稠密而无间隙的连续介质.而且这种连续介质仍然具有流体的一切基本力学性质. ⒉连续介质模型意义 所谓流体介质的连续性,不仅是指物质的连续不间断,也指一些物理性质的连续不间断性.即反映宏观流体的密度,流速,压力等物理量也必定是空间坐标的连续函数(可用连续函数解决流体力学问题）
第二节流体的性质 一密度—--表征流体质量性质 ⒈密度定义:单位体积内所具有的流体质量 ⑴对于均质流体:ρ=m/v 式中ρ-流体的密度（㎏/m 3） m-流体的质量（㎏） v —流体的体积（m 3) ⑵对于非均质流体:ρ=⒉比体积（比容)：单位质量流体所具有的体积（热力学和 气体动力学概念） ⑴对于均质流体：v=V/m=1/ρ（m 3/㎏) 3．液体的密度在一般情况下，可视为不随温度或压强而变化；但气体的密度则随温度和压强可发生很大的变化。 二流体的压缩性和膨胀性 dv dm v m v =??→?0lim
,考试作弊将带来严重后果! 华南理工大学期末考试 《 流体力学与传热 》试卷 1. 考前请将密封线内填写清楚; ２. 所有答案请直接答在试卷上（或答题纸上)； 3.考试形式:闭卷； 、 流体在圆形管道中作完全湍流流动，如果只将流速增加一倍,阻力损失为原来的 4 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/２ 倍。 、离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 N －Q 和 η－Ｑ 曲线 、气体的粘度随温度升高而 增加 ,水的粘度随温度升高而 降低 。 ４、测量流体体积流量的流量计有 转子流量计 、 孔板流量计 和 涡轮流量计。 、(１)离心泵最常用的调节方法是 Ｂ （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 改变压出管路中阀门的开度 （C ） 安置回流支路，改变循环时的大小 （D ） 车削离心泵的叶轮 ）漩涡泵常用的调节方法是 B （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 安置回流支流，改变循环量的大小 （C ） 改变压出管路中阀门的开度 （D ） 改变电源的电压。 6、沉降操作是指在某种 力场 中利用分散相和连续相之间的 密度 ,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。 、最常见的间歇式过滤机有 板框过滤机和叶滤机 连续式过滤机有 真空转筒过滤机 。 、在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体,应让加热蒸汽在 壳程流动,加热器顶部设 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降。 、(1)为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是 Ａ (A ）表面光滑,颜色较浅; （B)表面粗糙,颜色较深 （C ）表面粗糙,颜色较浅 (2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气,设饱和蒸汽温度为C ?100，空气进口温度为C ?,出口温度为C ?80，问此套管换热器内管壁温应是＿Ｃ__。 （A)接近空气平均温度 (B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度 、举出三种间壁式换热器 套管 、 夹套换热器 、 蛇管换热器 。
流体力学与传热学试题及参考答案 一、填空题：（每空1分） 1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的 和边界层外的 合并考虑，并命名为给热。 答案：热传导；对流传热 2、在工程计算中，对两侧温度分别为t1,t2的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是 或 。 答案；2 2 1λλλ+= - ；2 2 1t t += - λ 3、图3-2表示固定管板式换热器的两块管板。由图可知，此换热器为 管程，管程流体的走向为 或 。 1 2 3 图3-2 3-18 附图 答案：4；2→4 →1→5→3；3→5→1→4→2 4、黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比, 而非 摄氏温度,即4 273300273600?? ? ??++=5.39。 5、3-24 用0.1Mpa 的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内，由20℃升至60℃，则管内壁的温度约为 。 答案：100℃ 6、热油和水在一套管换热器中换热，水由20℃升至75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率0.65，则油的入口温度为 。 答案：104℃ 分析：Θε= 20 20 751--T =0.65 ∴1T =104℃ 1 2 3
7、因次分析法的基础是 ，又称因次的和谐性。 答案：因次的一致性 8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的_____________。 答案：剪应力 9、如果管内流体流量增大1倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的 倍。 答案：2 10、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的 倍。 答案：4 11、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的_______________，即使____________很小，____________仍然很大，不容忽视。 答案：速度梯度；粘度；内摩擦应力 12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的______ 与__ ____ 之比。 答案：惯性力；粘性力 13、滞流与湍流的本质区别是 。 答案：滞流无径向运动，湍流有径向运动； 二、问答题：（每小题8分） 1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？ 答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。 如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。 2、下图所示的两个U 形管压差计中,同一水平面上的两点A 、B 或C 、D 的压强是否相等？ 水银 图1－1 1－1附图 12
课程名称：流体力学与传热学 课程编号：130 200040 课程学分：36学分 适用专业：测控技术与仪器 流体力学与传热学教学课程大纲 一、课程性质与任务： 本课程是自动化装置、过程控制系统方向的技术基础课。 通过该课程的学习，使学生对流体平衡、运动规律及能量守恒与转换规律方面具备必要的基本知识，获得传热的一些基本理论、基本知识及传热计算的初步能力，学会运用基本规律来处理和解决实际问题的方法和技能，培养分析问题的能力和创新能力，为学生学习后续课程，从事工程技术工作和进行科学研究打下必2要的基础。 二、课程内容及要求： 总学时数：36； 2学时/端午节放假一天。即共17次课。 第一章绪论（2） a) 流体力学工程应用及其主要的物理性质 基本要求 了解：流体力学的研究对象 流体力学：研究流体平衡、机械运动的规律以及在工程实际中的运用、 任务 研究流体的运动规律； 流体之间或流体与固体之间的相互作用力； 流动过程中动量、能量和质量的传输规律等。 和研究方法； 熟悉：流体宏观模型─连续介质 假定流体是由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连续不断的流体质点所构 成的一种绝无间隙的连续介质。
、理想流体、不可压缩流动； 掌握：流体的粘性 流体微团发生相对运动时所产生的抵抗变形、阻碍流动的性质 和压缩性 温度一定时，流体在外力作用下，其体积缩小的性质 等物理性质。 教学及考核内容 流体的定义，在静力平衡时，不能承受拉力或剪力的物体。 连续介质的概念，流体的主要物理性质（粘性－牛顿内摩擦定律、 流体相对运动 时，层间内摩擦力T 的大小与接触面积、速度梯 而与接触面 压缩性），（质量力、表面力）。 第二章 流体静力学理论基础（4） a) 流体的平衡微分方程 ；流体静力学基本方程；
表面张力的影响 在自然界中看到很多表面张力的现象。比如，露水总是呈球型，而某些昆虫漂浮在水面上。 在水中加入洗涤剂才能清除衣服上的油污，因为洗涤剂含有去污作用的化学物质及表面活性剂，表面活性剂能降低水的表面张力，发生润湿、乳化、分散和起泡等作用。 液体与固体壁接触时，液体沿壁面上升或下降的现象 （1）常见的毛细现象：植物茎吸水，粉笔吸墨水。 （2）有些情况下毛细现象是有害的： 建筑房屋的时候,地基中毛细管会把土壤中的水分引上来,使得室内潮湿。 土壤里有很多毛细管,地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来。 河道中水位和流量的变化 洪水期中水位、流量有涨落现象－非恒定流 平水期中水位、流量相对变化不大－恒定流 容器中液体 当其中的液体处于相对平衡－恒定流。 当容器的旋转角速度突然改变，则容器中的液体运动为--非恒定流 大海中潮起潮落现象－非恒定流 生产中为了安全生产等问题常设置一段液体柱高度封闭气体，称为液封。 作用： ①保持设备内压力不超过某一值； ②防止容器内气体逸出； ③真空操作时不使外界空气漏入。 导热 导热是依靠物质微粒的热振动而实现的。产生导热的必要条件是物体的内部存在温度差，因而热量由高温部分向低温部分传递。 发生导热时，沿热流方向上物体各点的温度是不相同的，呈现出一种温度场，对于稳定导热，温度场是稳定温度场，也就是各点的温度不随时间的变化而变化。 5)量纲与单位： 量纲：物理量所属种类，称为这个物理量的量纲,量纲也称因次（Demension）。 单位：度量各种物理量数值大小的标准。即单位是度量某一物理量的基值，预先人为选定的 6)量纲分类：基本量纲和导出量纲。基本量纲彼此独立（长度L，温度Θ，质量M，时间T），导出量纲由基本量纲组合而成（密度，粘度系数，速度等）。 7) 量纲的和谐性及其应用 一个物理量的量纲与这个量的特性有关，与它的大小无关。 不同量纲的物理量不能加减，任何一个正确的物理方程中，各项量纲一定相同。 如果一个物理方程量纲和谐，则方程的形式不随量度单位的改变而改变。 1、（从传热角度）住新房和旧房的感觉一样么？ 1、由于水的导热系数远远大于空气,而新房墙壁含水较多,所以住新房感觉冷.
Midterm Examination for Fluid Mechanics and Heat Transfer Grade 2004 Name Student No. Class Score 1.(10 points) True or false (1)( ) When a fluid passes through a pipe, the total mechanical energy in section 1 (inlet) is always equal to that in section 2 (outlet). (2)( ) When the developed head H is the same, one pump can not develop more volume flow rate than that two same pumps which work in parallel. (3)( ) In a laminar flow, the frictional loss is proportional to velocity square. (4) ( ) A reciprocating pump is not subject to air binding. (5) ( ) There are three types of flow, that is, laminar, transitional and turbulent flow. 2.(30 points) Fill in the blanks or choose the correct answer (1) The orifice meter belongs to , flow rate meter; while the rotameter is , flow rate meter. A) constant pressure drop; B) constant area; C) variable pressure drop; D) variable area (2) ( ) In order to avoid the cavitation, which of the following methods is feasible? A)increase the operating temperature; B)decrease the diameter of suction pipe; C)install the valve or fittings in the suction pipeline; D)reduce the frictional loss in the suction pipeline (3) The orifice meter is used to measure ; the rotameter is utilized to measure ; the Pitot tube is used to measure . A.average velocity in the orifice; B.volume flow rate in the orifice; C.average velocity in annular space between the float and tube wall; D.volume flow rate in annular space between the float and tube wall; E.local velocity in the pipe; F.average velocity in the pipe
,考试作弊将带来严重后果！ 华南理工大学期末考试 《 流体力学与传热 》试卷 1. 考前请将密封线内填写清楚； 所有答案请直接答在试卷上(或答题纸上)； ．考试形式：闭卷； 、 流体在圆形管道中作完全湍流流动，如果只将流速增加一倍，阻力损失为原来的 4 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/2 倍。 、离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 N-Q 和 η-Q 曲线等。 、气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。 、测量流体体积流量的流量计有 转子流量计 、 孔板流量计 和 涡轮流量计。 、(1)离心泵最常用的调节方法是 B （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 改变压出管路中阀门的开度 （C ） 安置回流支路，改变循环时的大小 （D ） 车削离心泵的叶轮 2）漩涡泵常用的调节方法是 B （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 安置回流支流，改变循环量的大小 （C ） 改变压出管路中阀门的开度 （D ） 改变电源的电压。 6、沉降操作是指在某种 力场 中利用分散相和连续相之间的 密度 差异， 、最常见的间歇式过滤机有 板框过滤机和叶滤机 连续式过滤机有 真空转筒过滤机 。 、在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 壳程流动，加热器顶部 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降。 、（1）为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是 A （A ）表面光滑，颜色较浅； （B ）表面粗糙，颜色较深 （C ）表面粗糙，颜色较浅 （2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为C ?100，空气进口温度为C ?，出口温度为C ?80，问此套管换热器内管壁温应是_C__。 （A ）接近空气平均温度 （B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度 、举出三种间壁式换热器 套管 、 夹套换热器 、 蛇管换热器 。
Problems of Fluid Flow and Heat Transfer for Unit Operations of Chemical Engineering ZHONG Li (College of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology) 1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 2. The fluid (density 1200 kg/m3 ) is pumped at a constant rate 20 m3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 3. Water comes out of the pipe (Φ108x4 mm), as shown in Fig. The friction loss of the pipeline which does not cover the loss at the exit of pipe can be calculated by the following equation: h f =6.5U2 where U is the velocity in the pipe, find a. water velocity at section A-A'. b. water flow rate, in m3 /h.
计算流体力学及传热学结 课论文 题目：岩石破碎与破岩工具 姓名：XX 老师：XX 学号：XX 专业：XX 日期：2014.6.5
螺旋槽纹管基于FLUENT的流体分析 XX （西南石油大学，成都，610500） 摘要：根据螺旋槽纹管的特点，以高温水为介质，用GAMBIT建立了三维螺旋 槽纹管的几何模型模型，采用SIMPLE算法，数值模拟了高温水介质在三维螺 旋槽纹管中流动过程；紊流模型采Realiable k—ε用型，揭示了热水在受到螺旋槽纹影响时的流动规律。通过数值模拟结果可知：螺旋槽纹管内热水主要通过加强壁面水层附近流体动，使管内换热得以强化；螺旋槽纹管与光滑管阻力损失系数比约为4，与实验数据很好地相吻合，可为优化以水为介质的换热器参数的设计，提高换热效率提供一定的理论依据。 关键词：螺旋槽纹管；换热效率；数值模拟 0引言 高效强化传热管的研究一直是传热领域最活跃和最有生命力的重要研究课题，为此人们开发了各种高效异形强化管[1]，其中的一个重要分支螺旋槽纹管（亦称螺纹管）。螺旋槽纹管是一种管壁上具有外凸内凹的螺旋形槽的高效传热异型管，其螺旋槽所导致的形体阻力产生逆向压力梯度，近壁流体流经管壁上螺旋状凸肋时，使边界层出现分离，破坏了流动边界层，加强了流体的径向混合，从而提高了传热速率[2]。目前螺旋槽纹管已广泛应用在动力、船舶、车辆、石水和化学工业中的许多换热器设备上。流体在各类螺旋槽纹管中的流动过程较为复杂，虽然许多学者建立了数学模型和相关的关系式，但仍不能表征流体在管内的实际流动情况，本文采用FLUENT软件分析热水在螺纹槽管中的流动情况，为螺纹 槽管的紊流流动和换热提供理论依据[3]。 1螺旋槽纹管基于FLUENT的流体分析FLUENT用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度 和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。本文采用GAMBIT 建模与划分网格，采用FLUENT分析与后处理[4]。 1.1螺旋槽纹问题分析 问题分析：流体流过螺旋槽纹管时，由于受到螺旋槽的影响，使流动受到扰
1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 222211 2f 1U P U P w=Z g+h (Z g+)22ρρ ++-+ U 1=0 12P =P 10Z = W=60j/kg f h 30/kg = 2U =1m/s 2(60300.5)/g 3m Z =--= 21Z Z Z 431m ?=-=-= 2. The fluid (density 1200 kg/m 3 ) is pumped at a constant rate 20 m 3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 22 1 12212f U U Z g+ W Z g+h 22 ρρP P ++=++ 10P = 5422200 P x1.013x10 2.67x10N /m 760 =-=- 31200Kg /m ρ= 1U 0= f h 120J /kg = 22 V 20U 1.97m /s A 3600*4006===π/*. 1Z 0= 2Z 15= 42 2.67x101.97W 15x9.81120246.88J /kg 12002 =-+++= N W Q 246.88x1200x20/3600=1646W ρ==
流体力学与传热学考试题目 1-1 下图所示的两个U 形管压差计中,同一水平面上的两点A 、B 或C 、D 的压强是否相等？ 答：在图1—1所示的倒U 形管压差计顶部划出一微小空气柱。 空气柱静止不动，说明两侧的压强相等，设为P 。 由流体静力学基本方程式： 1 1gh gh p p A 水空气ρρ++= 1 1gh gh p p B 空气空气ρρ++= 空气水ρρ> ∴ B A p p > 即A 、B 两点压强不等。 而 1 gh p p C 空气ρ+= 1 gh p p D 空气ρ+= 也就是说， C p 、 D p 都等于顶部的压强p 加上1h 高空气柱所引起的压强，所以C 、D 两点压强相等。 同理，左侧U 形管压差计中， B A p p ≠ 而D C p p =。 分析：等压面成立的条件—静止、等高、连通着的同一种流体。两个U 形管压差计的A 、B 两点虽然在静止流体的同一水平面上，但终因不满足连通着的同一种流体的条件而非等压。 1-2 容器中的水静止不动。为了测量A 、B 两水平面的压差，安装一U 形管压差计。图示这种测量方法是否可行？为什么？ 答：如图1—2，取1—1/ 为等压面。 由 1' 1p p =可知： ) (2H R g p O H B ++ρ =gR H h g p Hg O H A ρρ+++)(2 gh p p O H A B 2ρ+= 将其代入上式，整理得 0 )(2=-gR O H Hg ρρ ∵ 2≠-O H Hg ρρ ∴0=R R 等于零，即压差计无读数，所以图示这种测量方法不可行。 分析：为什么压差计的读数为零？难道A 、B 两个截面间没有压差存在吗？显然这不符合事实。A 、B 两个截面间确有压差存在，即h 高的水柱所引起的压强。 问题出在这种测量方法上，是由于导管内充满了被测流体的缘故。连接A 平面测压口的导管中的水在下行过程中，位能不断地转化为静压能。此时，U 型管压差计所测得的并非单独压差，而是包括位能影响在内的“虚拟压强”之差。当该导管中的水引至B 平面时，B —B ’已为等压强面，再往下便可得到无数个等压面。压差计两侧的压强相等，R 当然等于零。 这个结论很重要，在以后的讨论中常遇到。 水银 图1－1 1－1附图 12 1’ 图1-2 1-2 附图
一、填空题 1．相对压强的起量点为；绝对压强的起量点为。 2．当理想流体在水平变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其质量通量；势能。 3．当流量及其他条件一定，离心泵的吸入管径增加，则泵的允许安装高度，输送流体的温度提高，则离心泵的允许安装高度。 4．调节往复泵流量的方法有：，等。 5．滤饼过滤是指：的操作。 6．对恒压过滤，介质阻力可以忽略时，过滤面积增大一倍，则过滤速率为原来的。过滤时间增加一倍，过滤液量增加为原来的倍。 7．列举两种间壁式换热器：、等。（任填两种） 8．为了减少保温瓶的热损失，在瓶胆的夹层中抽真空是为了减少形式的热损失；在瓶胆的夹层中镀水银是为了减少形式的热损失。 二、选择题 1．当管子由水平放置改为垂直放置，而流速不变，其能量损失( ) 。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2．流体静压强P的作用方向为（）。 A．指向受压面B．垂直指向受压面C．垂直受压面D．平行受压面 3．流体在圆形直管中流动时，若流动处于层流区，则下列四种论述中不正确的是( )。A．摩擦系数与速度成反比，阻力损失与速度成正比
B．管内速度分布呈抛物体状 C．阻力损失与流过的管长成正比，与管径的平方成反比 D．摩擦系数与速度成正比，阻力损失与速度成正比 4．重力沉降和离心沉降的理论依据是：（） A．颗粒与流体的密度差B．含尘气体中颗粒的浓度 C．颗粒自身的重量D．颗粒的直径大小 5．为提高离心泵的允许安装高度，以下哪种措施是不当的？（） A．提高流体的温度B．增大离心泵吸入管的管径 C．缩短离心泵吸入管的管径D．减少离心泵吸入管路上的管件 6．以下哪一措施不利于提高转筒真空过滤机的生产能力？（） A．提高转速B．增加浸没度 C．降低悬浮液的温度D．提高真空度 7．有一套管换热器，在内管中空气从20C?被加热到50C?，环隙内有119.6C?的水蒸汽 ?。 冷凝，管壁温度接近（）C A．35 B．119.6 C．77.3 D．无法判断 8．翅片管加热器一般用于（）。 A．两侧均为液体B．一侧为液体沸腾，一侧为高温液体 C．两侧流体均有相变化D．一侧为气体，一侧为蒸汽冷凝 三、简答题 1．为什么调节离心泵出口阀门的开度就可以改变离心泵的输送流量？ 2．判断下述论点的正确性，并说明理由。 “水一定是从流速大的地方往流速小的地方流动的。”