冶金传输原理-动量传输-第4章 试题库

冶金传输原理考试题一、判断下列说法是否正确（2分/题×15题=30分）1、迹线与流线是完全重合的。

2、本书中对应力的双下标描述中，第一个下标是应力的作用面的法向方向，第二个下标为作用力的方向。

3、利用量纲分析法导出准数方程，必须首先得到描述现象的微分方程式以及全部单值条件。

4、欧拉方程是N-S方程的简化。

5、管内流体层流流动时其最大速度是平均速度的两倍。

6、无论是圆管水流还是明渠水流，流态判别雷诺数均为2300。

7、在温度场中，等温面可以是连续的，也可以是不连续的。

8、导温系数就是导热系数。

9、温度梯度是矢量，其方向沿等温面的法线指向温度增加的方向。

10、普朗特准数反映了物体的导热能力与蓄热能力之间的关系。

11、自然界中黑体并不存在，但灰体是广泛存在的。

12、实际物体的辐射力总是小于黑体，其辐射能量的分布遵守普朗克定律。

13、黑体就是黑色的。

14、质量浓度就是密度。

15、球形物体在静止流体中传质时，谢伍德准数为一固定值。

二、选择题（2分/题×10题=20分）1、不同的液体其粘滞性_______，同一种液体的粘滞性具有随温度_______而降低的特性。

A 相同降低B 相同升高C 不同降低D 不同升高2、在研究液体运动时,按照是否考虑粘滞性,可将液流分为A 牛顿液体流动及非牛顿液体流动;B 可压缩液流及不可压缩液流;C 均匀流动及非均匀流动;D 理想液体流动及实际液体流动。

3、雷诺数的物理意义是A.惯性力与压力之比；B.惯性力与重力之比；C.惯性力与黏性力之比；D.惯性力与表面张力之比；4、非恒定流是：A、；B、；C、；D、。

5、如模型比尺为1:20, 考虑粘滞离占主要因素，采用的模型中流体与原型中相同，模型中流速为50m/s,则原型中流速为______m/s。

A 11.1B 1000C 2.5D 2236、下列那个方程可描述自然对流给热？A ()Pr Re,f Nu =；B ()Pr ,Gr f Nu =；C ()Gr f Nu Re,=；D()Sc f Sh Re,=7、根据兰贝特定律，黑体的辐射力是其辐射强度的 倍。

冶金传输原理考试题一、选择题（每题2分，共30分）请在每道题的括号内选择出正确答案，并将其序号填写在答题卡上。

1. 冶金传输原理主要研究的是（）。

A. 金属的冶炼过程B. 金属的物理性质C. 金属的化学性质D. 金属的机械性质2. 冶金传输原理课程的教学目标是培养学生掌握（）。

A. 冶金工艺设计的基本原理B. 金属材料的性能分析方法C. 输送过程中温度、压力、流动速度等参数的计算能力D. 冶金设备的选择与配置能力3. 冶金传输原理的基本假设之一是（）。

A. 金属在输送过程中不会发生相变B. 输送过程中不考虑能量损失C. 流体处于非稳定状态D. 输送过程中不考虑阻力4. 输送系统中由于管道摩擦而产生的能量损失称为（）。

A. 动能损失B. 摩擦损失C. 管道耗散D. 流体摩擦阻力5. 管道输送中的瞬时损失主要是指（）。

A. 弯头和管径突变带来的局部阻力B. 管道与周围环境的传热损失C. 由于管道内液体流动产生的压力波动造成的损失D. 输送过程中发生的事故导致的能量损失二、判断题（每题2分，共20分）请在每道题的括号内选择出正确答案，并将其序号填写在答题卡上。

1. 对于非牛顿流体，其粘滞系数与应变速率呈正相关。

（）A. 正确B. 错误2. 液体在沿管道流动时，由于摩擦阻力将产生管道壁面附近的速度剖面，即流速剖面会变平整。

（）A. 正确B. 错误3. 定常流体运动的主要特点是流量、速度和流态都随时间的变化而变化。

（）A. 正确B. 错误4. 弯头对流体流动的阻力主要是由于流体在弯头处的对流和扰动效应引起的。

（）A. 正确B. 错误5. 管道摩阻系数是和管道长度成正比的。

（）A. 正确B. 错误三、简答题（每题10分，共30分）请简要回答下列问题，并将答案写在答题卡上。

1. 请简述流体的黏度和流变特性对管道输送过程的影响。

答案：黏度是流体流动的基本性质之一，对管道输送过程中的摩擦阻力、能量损失和泵功耗等起到重要影响。

冶金传输原理考研试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 在冶金过程中，下列哪项不是影响金属传输速率的因素？A. 温度B. 压力C. 金属的化学性质D. 金属的物理状态答案：B2. 冶金传输原理中，扩散系数与温度的关系通常可以用以下哪个方程描述？A. D = D0 * exp(-Q/RT)B. D = D0 * exp(Q/RT)C. D = D0 / (1 + exp(Q/RT))D. D = D0 * (1 + exp(-Q/RT))答案：A3. 在冶金过程中，金属的传输主要通过哪种机制？A. 对流B. 扩散C. 过滤D. 电迁移答案：B4. 下列哪项不是影响金属溶解速率的因素？A. 金属的晶格结构B. 溶液的浓度C. 金属的表面粗糙度D. 溶液的pH值答案：C5. 在冶金传输原理中，哪种类型的边界条件通常用于描述固体表面的传输现象？A. 狄利克雷边界条件B. 诺伊曼边界条件C. 罗宾边界条件D. 周期性边界条件答案：C二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述冶金过程中对流传输和扩散传输的区别。

答案：对流传输是指流体中的物质由于整体运动而发生的宏观传输，它与流体的流动速度直接相关，通常发生在流体中，传输速率较快。

扩散传输是指由于分子或原子的热运动导致的微观传输，它不需要整体运动，可以在静止的介质中发生，传输速率相对较慢。

2. 描述冶金传输原理中的菲克第一定律及其物理意义。

答案：菲克第一定律描述了稳态扩散过程中，单位时间内通过单位面积的扩散通量与浓度梯度成正比的关系，即J = -D * (dc/dx)，其中J是扩散通量，D是扩散系数，dc/dx是浓度梯度。

这一定律的物理意义在于，它表明了物质从高浓度区域向低浓度区域传输的速率与浓度梯度的大小成正比，且与介质的扩散性质有关。

3. 解释为什么在冶金过程中需要考虑金属的热力学性质和动力学性质。

答案：在冶金过程中，金属的热力学性质决定了反应的方向和平衡状态，而动力学性质则决定了反应的速率。

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（1000 kg/）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/m31—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1-81 物理大气压（atm）= 760 mmHg = 10332 mm H2O1 物理大气压（atm） = 1.033 kgf/cm2 = 101325 Pa1mmH20 = 9.81 Pa1-21 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=168kPaP 真=-(P 绝-P 大气)=-(68.5kPa-98kPa)=29.5kPa1、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）或流速不太高（V<70米/秒）条件下（如流速较低的通风道），气体压缩程度很小，可忽略气体密度变化而作为不可压缩流体来处理。

1.d2.c3.a （题目改成单位质量力的国际单位）4.b5.b6.a7.c8.a9.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：()()69669951000101d 15101/Pa d 1000102110p V V p β----⨯=-=-⨯=⨯⨯-⨯14. 解：由牛顿内摩擦定律可知，d d xv F Ayμ= 式中 A dl π= 由此得 d 8.57d x v vF Adl N y μμπδ==≈1.a2.c3.b4.c5. 解：112a a p p gh gh gh p ρρρ=++=+汞油水12220.4F gh gh d h m gρρπρ++⎛⎫ ⎪⎝⎭==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 2D 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：24d v πρ则有等式：224d v v πρ=，代入各式得：20.50.2744dz d z dt πρ-=整理得： 120.520.2740.2744td zdz dt t πρ--==⎰⎰解得：()2121215180.2744d t s πρ⎛⎫=--= ⎪⎝⎭8. 解：10p p gh ρ=+a20s p p gh ρ=+()12a 248.7Pa s p p p gh ρρ∆=-=-=第三章习题参考答案（仅限参考）1.b2.c3.c4.c5．答：拉格朗日法即流体质点法必须首先找出函数关系x(a,b,c,t)，y(a,b,c,t)，z(a,b,c,t)，ρ(a,b,c,t)等。

第一章 流体的主要物理性质1-1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 ，列1-1面(水面)到2-2面的贝努利程再选取水平基准面O ’-O ’，列过水断面2-2及3-3的贝努利程(B) 因V2=V3 由式(B)得 图3.20 虹吸管gpH gpa 220222121υγυγ++=++gppa 22222υγγ++=gp g p H H a 202)(2322221υγυγ++=+++ggp2102823222υυγ+=++)(28102水柱m p=-=γ)(19620981022a p p =⨯=)/(85.10)410(8.92)2(222s m ppg a =-⨯=--=γγυ)/(9.1)/(0019.085.104)015.0(3222s L s m A Q ==⨯⨯==πυ5、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程： ρρ22212122p v p v +=+ 根据连续性程，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[)(2212212A 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[)(22223332212'2=-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=--∆=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。

冶金传输原理复习习题一、当一平板在一固定板对面以0.61m/s的速度移动时（如下图），计算稳定状态下的动量通量（N/m2）。

板间距离为2mm，板间流体的粘度为2×10-3Pa.s。

动量通量的传递方向如何？切应力的方向呢？二、温度为38℃的水在一平板上流动(如下图)⑴、如果再x=x1处的速度分布为Vx=3y--y3，求该点壁面切应力。

38℃水的特性参数是⑵、在y=1mm和x=x1处，沿y方面传输的动量通量是多少？⑶、在y=1mm和x=x1处沿x方向有动量传输吗？若有，它是多少（垂直于流动方面的单位面积上的动量通量）？三、已知空气流动速度场为Vx=6（x+y2）,Vy=2y+z3，Vz=x+y+4z,试分析这种流动状况是否连续？四、在金属铸造及冶金中，如连续铸造、铸锭等，通常用浇包盛装金属液进行浇注，如图所示。

设m i是浇包内金属液的初始质量，m c是需要浇注的铸件质量。

为简化计算，假设包的内径D是不变的、因浇口的直径d比浇包的直径小很多，自由液⑴的下降速度与浇口处⑵金属液的流出速度相比可以忽略不计，求金属液的浇注时间。

五、毕托管是用来测量流场中一点流速的仪器。

其原理如图所示，在管道里沿流线装设迎着流动方向开口的细管，可以用来测量管道中流体的总压，试求毕托管的测速公式？六、如图所示为测量风机流量常用的集流管实验装置示意图。

已知其内径D=0.3m空气重度γa=12.6N/m3，由装在管壁下边的U形测压管（内装水）测得Δh=0.25m。

问此风机的风量Q为若干？七、从换热器两条管道输送空气至炉子的燃烧器，管道横断面尺寸均为400mm×600mm，设在温度为400℃时通向燃烧器的空气量为8000kg/h，试求管道中空气的平均流速。

在标准状态下空气的密度为1.293kg/m3。

八、某条供水管路AB自高位水池引出如图所示。

已知：流量Q=0.034m3/s;管径D=15cm；压力表读数ΡB=4.9N/cm2；高度H=20m。

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，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那么运动，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：流体通过固体外表流动时，在紧靠固体外表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＜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ι时流体处于固结状态，只有当切应力大于ι时才开场流动。

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。

14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 时均化原那么:在某一足够长时间段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:物体各局部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展的热量传递称为热传导。

冶传第四章习题答案4-2 如图，水箱中的水通过直径为d ，长度为l ，沿程阻力系数为λ的铅直管向大气中放水，求h 为多大时，流量Q 与l 无关？（忽略局部122'212Z Z h g g u =++损 又 12Z Z Z h l -∆==+ 22'12l d h u λ=损 ∴ 2222221122()2l d d l g h l du u u λλ+=++= 2u ∴ 2224d Q Auu π== 若使Q 与l 无关，即2u 与l 无关A A 44/B A V V m s ==∴且1A B Z Z Z m -∆==-223'1(74)101(41)10000.1019729.81(1)P =-⨯⨯+-∆⨯-+∴损 27.11/27.110.10197 2.76N m kg m m ==⨯ 水柱水柱'0P ∆>∴ 损水流自A 流向B4-4已知一根直立的突然扩大的水管。

如图所示，d 1=150mm,d 2=300mm,V 2=3m/s ，水的密度ρ1=1000㎏/m 3，汞的密度ρ2=13600㎏/m 3,若略去沿程损失，试确定汞比压计中的汞液面何侧较高？差值为多少？解：由题意知1-2两截面间的能量平衡关系为22'1122111122V V P P P ρρ=+∆++损水水 1212AV AV = 且2222113004150A d A d ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=== 12412/V V m s ==∴ ∴222122112()()227000211022Pa P P V V V V ρρ---+==< ∴右侧汞液面高又12136009.81gh h P P ρ-==⨯⨯汞270000.2024136009.81m h ⨯∴= 4-8测90°弯头的局部阻力系数时，在A 、B 两断面接测压管。

如图，弯头水平放置。

已知管路直径mm d 50=。

第一章 流體的主要物理性質1-1何謂流體，流體具有哪些物理性質？答：流體是指沒有固定的形狀、易於流動的物質。

它包括液體和氣體。

流體的主要物理性質有：密度、重度、比體積壓縮性和膨脹性。

2、在圖3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m ，H2=6m ，管徑D=15mm ，如果不計損失，問S 處的壓強應為多大時此管才能吸水"此時管內流速υ2及流量Q 各為若干"(注意：管B 端並未接觸水面或探入水中)解：選取過水斷面1-1、2-2及水準基準面O-O ，列1-1面(水面)到2-2面的貝努利方程再選取水準基準面O ’-O ’，列過水斷面2-2及3-3的貝努利方程(B) 因V2=V3 由式(B)得圖3.20 虹吸管 gpH gpa 220222121υγυγ++=++gppa 22222υγγ++=gp g p H H a 202)(2322221υγυγ++=+++ggp2102823222υυγ+=++)(28102水柱m p=-=γ)(19620981022a p p =⨯=)/(85.10)410(8.92)2(222s m ppg a =-⨯=--=γγυ)/(9.1)/(0019.085.104)015.0(3222s L s m A Q ==⨯⨯==πυ5、有一文特利管(如下圖)，已知d 1 =15cm ，d 2=10cm ，水銀差壓計液面高差∆h =20cm 。

若不計阻力損失，求常溫(20℃)下，通過文氏管的水的流量。

解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2處測量靜壓力差p 1和p 2，則由式const v p =+22ρ可建立有關此截面的伯努利方程： ρρ22212122p v p v +=+根據連續性方程，截面1和2上的截面積A 1和A 2與流體流速v 1和v 2的關係式為2211v A v A =所以 ])(1[)(2212212A A p p v --=ρ 通過管子的流體流量為 ])(1[)(2212212A 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[)(22223332212'2=-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=--∆=πρρρA A h g A Q (m 3/s)式中 ρ、'ρ——被測流體和U 形管中流體的密度。

第一章动量传输的基本概念 1．流体的概念物质不能抵抗切向力，在切向力的作用下可以无限地变形，这种变形称为流动，这类物质称为流体，其变形的速度即流动速度与切向力的大小有关，气体和液体都属于流体。

2 连续介质流体是在空间上和时间上连续分布的物质。

3流体的主要物理性质密度；比容（比体积）；相对密度；重度（会换算） 4.流体的粘性在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动，流体的这种性质叫做流体的粘性，由粘性产生的作用力叫做粘性力或内摩擦力。

1) 由于分子作不规则运动时，各流体层之间互有分子迁移掺混，快层分子进入慢层时给慢层以向前的碰撞，交换能量，使慢层加速，慢层分子迁移到快层时，给快层以向后碰撞，形成阻力而使快层减速。

这就是分子不规则运动的动量交换形成的粘性阻力。

2) 当相邻流体层有相对运动时，快层分子的引力拖动慢层，而慢层分子的引力阻滞快层，这就是两层流体之间吸引力所形成的阻力。

5.牛顿粘性定律在稳定状态下，单位面积上的粘性力（粘性切应力、内摩擦应力）为dydv x yx μτ±==A Fτyx 说明动量传输的方向（y 向）和所讨论的速度分量（x 向）。

符号表示动量是从流体的高速流层传向低速流层。

动力粘度μ，单位Pa·s 运动粘度η，单位m 2/s 。

ρμη=例题1-16.温度对粘度的影响粘度是流体的重要属性，它是流体温度和压强的函数。

在工程常用温度和压强范围内，温度对流体的粘度影响很大，粘度主要依温度而定，压强对粘性的影响不大。

当温度升高时，一般液体的粘度随之降低；但是，气体则与其相反，当温度升高时粘度增大。

这是因为液体的粘性主要是由分子间的吸引力造成的，当温度升高时，分子间的吸引力减小，μ值就要降低；而造成气体粘性的主要原因是气体内部分子的杂乱运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的交换，当温度升高时，气体分子杂乱运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量和动量交换随之加剧，所以μ值将增大。

第4章 流动状态及能量损失【4-1】某送风平直管道，内径d=300mm,流量m in,/2.743m Q =风温25=t ℃，试判断管中流动状态。

解 管中平均风速为s m A Q v /5.173.0414.3602.742=⨯==查相关表得25℃时空气的运动粘度为,/1053.1526s m -⨯=ν管内气流的雷诺数为230010375.31053.153.05.17Re 56>⨯=⨯⨯===-νμρdu du 故空气在管道中做湍流流动。

【4-2】 设矩形截面（1.0m ×1.5m ）的砖砌烟道，排除温度t=600℃的烟气量Q=35000m 3/h,烟道长L=10m,表面粗糙度mm 5=∆,烟气的运动粘度,/109.024s m -⨯=ν烟气600℃时的密度,/403.030m kg =ρ求摩擦阻力。

解 烟气的平均流速s m u /48.636005.10.135000=⨯⨯= 烟道的当量直径m S A d e 2.1)5.10.1(2)5.10.1(44=+⨯==Re 为湍流）(86400109.02.148.6Re 4=⨯⨯==-νeud 烟道的相对粗糙度00417.012005==∆d 查图4.9得03.0=λ,代入达西公式——式（4.26），得222/115.2248.6403.02.11003.02m N u d l p =⨯⨯⨯==∆ρλ【4-3】 管道直径d=100mm,输送水的流量,/01.03s m q v =水的运动粘度,/10126s m -⨯=ν求水在管中的流动状态。

若输送s m /1014.124-⨯=ν的石油，保持前一种情况下的流速不变，流动又是什么状态？解 （1）雷诺数νvd=Re)/(27.11.014.301.04422s m d q v v =⨯⨯==π 23001027.11011.027.1Re 56>⨯=⨯⨯=∴- 故水在管道中是湍流状态。

冶金传输原理试题每题5分，共计30分1. 试由连续性方程说明速度散度的物理含义2. 请说明yx τ的物理含义3. 请写出标量的梯度、拉普拉斯算子运算及矢量的散度、旋度在直角坐标下的表达式，并说明运算后变量为标量还是矢量。

4. 请写出运动方程矢量式并说明各项的含义。

5. 请分别从扩散型与对流型通量的表达式说明动量传输、热量传输、质量传输的相似性。

6. 结合实例说明冶金传输原理在冶金工程中的作用7. 钢包内表面积为A 1，水口截面积为A 2，钢液初始深度为H ，不计阻力，计算钢包流空时间。

要点：2212220,2dMu A dtM hA u gh u ρρ=-=-==而：1222dhA u A dt=-=，积分之：21/2011/221()(/)HA dh h A H A A t ===⎰8.如图所示文特利管可测流量，如处于开口试验段，d=400mm,D=1m,h=150mm,空气和酒精密度分别为1.293,795 kg/m 3 计算出口处的气流速度。

要点：2211221122V P V P ρρ+=+ 12P P gh ρ-=洒所以：22211()2V V h g ρρ-=洒另据：22122 =43.6m/sD V d V V ==9．不可压缩流体沿无限大水平面做稳定流动，在只有重力作用下，赯压力与高度的关系要点：运动方程为：1Pg yρ∂=-∂ 积分可得：P gy C ρ=-+10.Re=3500, 20℃水(ρ=998.23kg/m 3621.00710/m s ν-=⨯)流过直径为50.8mm 长1.3m 的光滑管。

求：(1) 湍流、层流平均流速比、压力损失比 (2) 湍流总压降 (3) 层流时中心流速要点：(1)据Re 定义式，/1层湍=(2)22Lp d λρ∆=，0.250.3164/Re λ湍=，64/Re λ层=，/ 2.25p p ∆∆层湍=(3)Re /0.0694/;0.041,d m s νλ=⋅==湍v22.52/p N m ∆=(4)20.1388/m s ==center v v11.不可压缩流体在两个同轴垂直圆筒间作切向层流流动，外筒以角速度ω旋转，内筒静止，设端口效应可忽略，求流体的速度分布，内筒外径kR ，外筒内径R(可参考P75例题()()1()kR r r kR r Rk kθω-=-v )12.在一半径为R 的圆柱形容器内盛有 液体，该容器绕其自身轴以角速度ω旋转，求系统定态下自由表面的形状。

冶⾦传输原理-动量传输-第4章试题库第4章流动状态及能量损失【4-1】某送风平直管道，内径d=300mm,流量m in,/2.743m Q =风温25=t ℃，试判断管中流动状态。

解管中平均风速为s m A Q v /5.173.0414.3602.742=?==查相关表得25℃时空⽓的运动粘度为,/1053.1526s m -?=ν管内⽓流的雷诺数为230010375.31053.153.05.17Re 56>?=??===-νµρdu du 故空⽓在管道中做湍流流动。

【4-2】设矩形截⾯（1.0m ×1.5m ）的砖砌烟道，排除温度t=600℃的烟⽓量Q=35000m 3/h,烟道长L=10m,表⾯粗糙度mm 5=?,烟⽓的运动粘度,/109.024s m -?=ν烟⽓600℃时的密度,/403.030m kg =ρ求摩擦阻⼒。

解烟⽓的平均流速s m u /48.636005.10.135000=??= 烟道的当量直径m S A d e 2.1)5.10.1(2)5.10.1(44=+?==Re 为湍流）(86400109.02.148.6Re 4=??==-νeud 烟道的相对粗糙度00417.012005==?d 查图4.9得03.0=λ,代⼊达西公式——式（4.26），得222/115.2248.6403.02.11003.02m N u d l p ===?ρλ【4-3】管道直径d=100mm,输送⽔的流量,/01.03s m q v =⽔的运动粘度,/10126s m -?=ν求⽔在管中的流动状态。

若输送s m /1014.124-?=ν的⽯油，保持前⼀种情况下的流速不变，流动⼜是什么状态？解（1）雷诺数νvd=Re)/(27.11.014.301.04422s m d q v v =??==π 23001027.11011.027.1Re 56>?=??=∴- 故⽔在管道中是湍流状态。

西安建筑科技大学研究生试卷冶金传输试题答案一、解释名词（共20分，每题5分）1、连续介质答：将流体视为由连续不断的质点构成的、内部不存在间隙的介质。

连续介质是研究流体运动的一种模型概念2、牛顿流体答：符合牛顿粘性定律，流体剪切应力与速度梯度的一次方成正比的流体。

3、温度梯度答：温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率。

4、热边界层答：流体与固体进行对流换热时，在流体与固体表面间形成具有温度梯度的流体薄层。

二、回答问题（共30分，每题6分）1、什么是迹线？什么是流线？它们有什么区别？①在连续介质的流场中，流体质点在某一段时间间隔内经过的路线叫做迹线。

②在连续介质的流场中，相邻流体质点于同一瞬间的速度向量所构成的连线称为流线。

③迹线是对某一流体质点而言的，它表示在某一段时间间隔内某一特定的流体质点在空间所经过的路线；流线则是对连续分布的许多质点而言的，它表示某一特定时刻这些质点的运动方向。

在稳定流动中，各质点的速度不随时间而变化，因而在不同时刻，流体质点是沿着不变的流线流动，所以流线与迹线重合。

2、什么是层流流动？什么是湍流流动？如何判断两种流动状态？答：①当流体流动时，流体在流动方向上水平平行流动，各层间无横向干扰和掺混。

如果是管流流动是平行管轴的平行流动，此种流动状态称为层流流动。

②当流体流动时，流体质点在各方向都有分速度，相互干扰和掺混的向前，全部流场中流体质点做复杂的无规则运动。

这种流动状态称为湍流流动。

③通常用雷若准数（R e=uρd/μ）1）由紊流向层流转变时R e=23002）由层流向紊流转变时R e可达138003、什么是稳定态传热？什么是非稳定态传热？举例说明。

答：①稳定温度场下发生的传热叫稳定态传热。

所谓稳定温度场是指温度场仅是空间坐标的函数，与时间无关。

以导热为例，发生稳定态导热时，物体各处温度不随时间变化，物体不吸热，也不放热，没有热量的积蓄，仅起导热作用。

例如连续加热炉的炉墙导热。

第四章 习 题1. 解释下列基本概念及术语刃型位错 螺型位错 柏氏矢量 混合位错 割阶与扭折 位错密度 位错的应力场 位错的弹性应变能 线张力 位错的滑移 位错的攀移 位错塞积 柯氏气团 完全位错 不全位错 堆垛层错 层错能 扩展位错 位错反应 肖克莱不全位错 洛玛－柯垂耳位错 束集 弗兰克不全位错2. 简述柏氏矢量的特性解：（1）柏氏矢量与所作的柏氏回路的起点选择、具体途径无关。

（2）如果所作的柏氏回路包含有几个位错，则得出的柏氏矢量是这几个位错的柏氏矢量之总和。

朝向节点的各位错的柏氏矢量之总和必然等于离开节点的位错的柏氏矢量之总和。

（3）从柏氏矢量的这些特性可知，位错线只能终止在晶体表面或晶界上，而不能中断于晶体的内部。

在晶体内部，它只能形成封闭的环或与其它位错相遇于节点。

3. 证明位错线不能终止在晶体内部。

解：设有一位错C 终止在晶体内部，如图所示，终点为A 。

绕位错C 作一柏氏回路L 1，得柏氏矢量b 。

现把回路移动到L 2 位置，按柏氏回路性质，柏氏回路在完整晶体中移动，它所得的柏氏矢量不会改变，仍为b 。

但从另一角度看，L 2 内是完整晶体，它对应的柏氏矢量应为0。

这二者是矛盾的，所以这时不可能的。

4. 一个位错环能否各部分都是螺型位错，能否各部分都是刃型位错？为什么？解：螺型位错的柏氏矢量与位错线平行，一根位错只有一个柏氏矢量，而一个位错环不可能与一个方向处处平行，所以一个位错环不能各部分都是螺型位错。

刃位错的柏氏矢量与位错线垂直，如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面，则位错环处处都是刃型位错。

这种位错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面，这种位错又称棱柱位错。

5. 计算产生1cm 长的直刃型位错所需要的能量，并指出占一半能量的区域半径（设r 0＝1nm ，R ＝1cm ，G ＝50GPa ，b ＝0.25nm ，ν＝1/3）。

解：产生1cm 长的直刃型位错所需要的能量W 1等于1cm 长的直刃型位错的应变能。