冶金传输原理试题.doc

测 试 题 1

（1）回答问题（40分）
  1、作用在流体上的力有那些？
  2、已知静止流体内部x方向的静强压为P，同一点其它方向的压强是多少？
  3、流体什么特性引起的沿程压力损失？
  4、什么是速度、温度及浓度边界层？
5、叙述牛顿粘性定律、付里叶导热定律及菲克第一传质定律，并指出每个物理量的单位，比较它
们的类似性。
6、什么是有效辐射是？
7、-27 0C的物体黑表面的辐射力是多少？
  8、写出Re数的表达式，并指出Re数的作用、构成Re数基本物理量的单位及意义。
  9、写出贝努里方程，并指出每一项的单位及物理意义？
10、在冬天有风的天气感到冷，还是无风的天气感到冷？原因是什么？
（2）计算（60分）
1、对于一维稳态扩散传质，点A的摩尔浓度为2 mol/m3 ，点B的摩尔浓度为Xmol/m3，两点距离为20mm；材料的传质扩散系数为720m2/min，则浓度梯度的的大小、方向及传质通量的大小及方向。
2、有一水平放置的钢坯，表面积1.5×0.5m2, 黑度为0.6, 周围环境温度为20 0C。试比较钢坯温
度在227 0C及1227 0C时，钢坯表面由于辐射和对流换热造成的单位面积的热损失。（已知钢坯温度在200 0C时，周围空气导热系数为3.27×10-2 w/m.0c ，Pr=0.687，Gr=8×109；钢坯温度在1000 0C 时，周围空气导热系数为5.75×10-2 w/m.0c， Pr=0.688，Gr=2×109，Nu=0.15（PrGr）1/3）
3、设钢包为一圆柱形，高为H，直径为D，水口直径为d。求钢包钢水流尽的时间。
4、已知管道直径为50厘米，流体在管道内的平均速度为3m/s, 流体的动力黏性系数为0.005Pa.s, 密度为1000kg/m3。求流体流过管道的雷诺数。判断流体在管道流动中是层流还是湍流？
5、 设玻璃厚度为hmm，导热系数为k1 w/m.0c，窗户面积为A m2。若采用双层窗，玻璃厚度不变，
双层窗玻璃之间的距离是L mm，中间充满静止的空气，空气的导热系数为k2 w/m.0c。设冬天、夏天的室外气温分别是TA1及TA2，对流换热系数为αA1及αA2，室内气温都是TA3，对流换热系数为αA3。无论冬天还是夏天，为了保持室内温度不变，若每106 J 的热量为0.5元，求采用双层窗比单层窗一年节约多少费用（假设冬天夏天各180天）？
6、对于一维稳态导热，点A的温度为20 oC，点B的温度为50 oC，两点距离为20cm；材料的导热系数为1200J/（m. oC.min），求温度梯度的的大小、方向及热流通量大小及方向。

测 试 题 2

一、        举例说明工业过程的动量传输（流体）、热量传输及质量传输，并指出传输过程依靠的是分子扩散还是对流流动说明。（要求：每种传输现象举三个例子，三个例子要属于三个不同的领域，供举九例）（36分）。
二、        填空（20分）
（1）傅立叶导热定律 中的 的物理意义分别是??????、????????及
  ?????????，其单位分别是??????? 、 ???????????  、?????????。（6分）
（2）菲克传质定律 中的 的物理意义分别是??????、????????及  ?????????，其单位分别是??????? 、 ???????????  、????????。（6分）
（3）对流换热包括???????????? 与?4分）
（4）当Pr 时，温度边界层的厚度??????速度边界层的厚度。（2分）
（5）扩散传质是在流体内部或流体与固体壁面之间，将高??????区的物质传输到????????区的传质方式。（2分）

三、计算（44分）
（1）灰体表面温度为527 0C，黑度为0.85, 求其辐射力?（4分）
（2）设墙壁厚度为hmm，供有三层砖砌筑，第一层厚砖厚度H1导热系数为k1 w/m.0c，第二层砖厚度H2导热系数为k2 w/m.0c，第三层砖厚度H3导热系数为k3 w/m.0c。三层砖“串联”砌筑，墙体面积为A m2。设冬天、夏天的室外气温分别是TA1及TA2，对流换热系数为αA1及αA2，室内气温都是TA3，对流换热系数为αA3。若每106 J 的热量为0.5元。求一年的冬天和夏天分别通过墙体进出房间的热量（冬天夏天各180天）？（10分）
（3）已知实际管道内直径为12000mm，管道内流体速度为100m/s，管道内流过温度为20 0C的空气。现在实验室中有（1）横截面的长为200mm、宽为200mm矩形管；（2）长周半径为2000mm、短周半径为100mm的椭圆形管；（3）半径为20mm的圆形管道各一根。1）计算每一根管道的雷诺数。2）现在在试验室要模拟实际管道内的流动状态，你选用那一（几）根管？为什么？并求出其流速。（设实验管道用的空气仍是200C）（15分）

（4）已知流体以来流速度为2m/s流过管径为0.1m的圆管，其努塞尔数满足Nu=0.02RePr；流体的导热系数、运动黏度、导温系数分别为2W/m.oC、10-6m2/s及10-2m2/s. 求流体与平板壁面之间的对流换热系数(15分)。

测 试 题 3

（1）对于一维稳态导热，点A的温度为520 oC，点B的温度为120 oC，两点距离为10cm；连接两点材料的导热系数为400J/（m. oC.min），求温度梯度的的大小、方向及热流通量大小及方向。（10分）
（2）对于一维稳态扩散传质，点A摩尔浓度为2 mol/m3 ，A与B两点之间的传质通量为50 mol/m2.s，两点距离为20mm；连接两点之间材料传质扩散系数为240m2/min，求B点的摩尔浓度的大小；A，B之间的浓度梯度的的大小、方向。（10分）
（3）对于水平放置管道一维稳态流体流动，入口横截面速度为20m/s ，出口横截面的速度为300m/min，两点距离为50mm；流体的运动黏度系数为600m2/min，密度为1000kg/m3。求出口及入口的面积比、出口及入口的动能、管内的速度梯度。（10分）
（4）在判断薄材及厚材、求强制对流换热系数及对流传质系数时，需分别用到那些准数，并用速度、热扩散系数、黏度系数、特征时间、特征厚度（长度）质量扩散系数、导热系数等基本物理量表达出这些准数(30分)。
（5）已知流体以来流速度为2m/s流过管径为0.1m的圆管，其努塞尔数满足Nu=0.02RePr；流体的导热系数、运动黏度、导温系数分别为2W/m.oC、10-6m2/s及10-2m2/s. 求流体与平板壁面之间的对流换热系数(15分)。
（6）（假设无接触热阻）已知一加热炉炉墙由三层材料组成，它们的厚度分别为 及导热系数分别为 。炉墙内外的气流温度分别为 ；对流换热系数分别为 。（以上所用单位均为国际标准制。）求热流通量、炉墙内外壁面及交界面的温度（15分）。

（7）已知一球形封闭黑体空腔，直径为1m，内表面温度为727 OC，在其上表面开一面积为1cm2的小孔，球的内表面发射率为0.8。求其黑体空腔对小孔的角系数、空腔的表面热阻、空腔的表面辐射力大小(单位为国际标准制， 20分)：            
（8）对于方程
1）它描述的是几维传热问题？（2分）
2）对于一维非稳态无内热源固体传热问题方程变为何种形式？（2分）
3）对于二维稳态无内热源的传热问题方程变为何种形式？（6分）

（9）已知管道内直径为1000mm，管道内流体速度为50m/s，管道内流过温度为200 0C的空气。现在实验室中有（1）横截面的长为1000mm、宽为1000mm矩形管；（2）长周半径为1000mm、短周半径为800mm的椭圆形管；（3）半径为200mm的圆形管道各一根。求每根管的等效直径；为使得实验室实验能够模拟实际管道内的流动，你选用那一（几）根管？为什么？并求出其流速。（设实验管道用的空气仍是2000C）（10分）

（10）设钢包为一圆柱形，高为H，直径为D，水口直径为d。求钢包钢水流尽的时间。（10）
（11）解释如下名词（10分）
1）   不可压缩流体
2）   理想流体
3）   有效辐射
4）   扩散传质
5）非稳态传热